Lý thuyết Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học – Hóa 10 Chân trời sáng tạo

Lý thuyết Hóa học 10 Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Bài giảng Hóa học 10 Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

I. Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết

- Phản ứng hóa học xảy ra khi có sự phá vỡ các liên kết hóa học của chất đầu (cđ) và hình thành các liên kết hóa học của sản phẩm (sp). Sự phá vỡ các liên kết cần cung cấp năng lượng, sự hình thành các liên kết lại giải phóng năng lượng.

- Cho phản ứng tổng quát ở điều kiện chuẩn:

aA (g) + bB (g) → mM (g) + nN (g)

Tính ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$của phản ứng khi biết các giá trị năng lượng liên kết (E_b) theo công thức:

${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}=\mathrm{a}\times {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{A}\right)+\mathrm{b}\times {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{B}\right)-\mathrm{m}\times {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{M}\right)-\mathrm{n}\times {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{N}\right)$

Hay tổng quát: ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}=\sum {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{cd}\right)-\sum {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{sp}\right)$

Với ∑E_b (cđ); ∑E_b (sp): tổng năng lượng liên kết trong phân tử chất đầu và sản phẩm của phản ứng.

- Ví dụ: Dựa vào bảng năng lượng liên kết (phía trên) tính biến thiên enthalpy của phản ứng: 3H₂(g) + N₂(g) → 2NH₃(g)

${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}=\sum {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{cd}\right)-\sum {\mathrm{E}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{sp}\right)$

= 3.E_b(H₂) + E_b(N₂) – 2.E_b(NH₃)

= 3.E_b(H-H)+ E_b(N≡N) – 2.3.E_b(N-H)

= 3.432 + 945 – 2.3.391

= -105 kJ < 0⇒ Phản ứng tỏa nhiệt

Chú ý: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết được áp dụng cho phản ứng trong đó các chất đều có liên kết cộng hóa trị ở thể khí khi biết giá trị năng lượng liên kết của tất cả các chất trong phản ứng.

II. Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào enthalpy tạo thành

- Cho phương trình hóa học tổng quát:

aA + bB → mM + nN

${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}=\mathrm{m}\times {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{M}\right)+\mathrm{n}\times {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{N}\right)-\mathrm{a}\times {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{A}\right)-\mathrm{b}\times {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{B}\right)$

- Tổng quát: ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}=\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{sp}\right)-\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{cd}\right)$

Với $\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{sp}\right);\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{cd}\right)$: tổng enthalpy tạo thành ở điều kiện chuẩn tương ứng của sản phẩm và chất đầu của phản ứng.

- Ví dụ: Tính ∆_r${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$phản ứng đốt cháy hoàn toàn benzene C₆H₆(l) trong khí oxygen.

C₆H₆(l) + $\frac{15}{2}$O₂(g) $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$6CO₂(g) + 3H₂O(l)

∆ _r${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$= 6.∆ _f${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$(CO₂) + 3. ∆ _f${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$(H₂O) - ∆ _f${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$(C₆H₆) - $\frac{15}{2}$∆ _f${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$(O₂)

∆ _r${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$= 6.(-393,50) + 3.(-285,84) – (+49,00) - $\frac{15}{2}$.0

∆ _r${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$= -3267,52 kJ

Câu 1. Cho phản ứng có dạng: aA (g) + bB (g) ⟶ mM (g) + nN (g)

Công thức tính biến thiên enthalpy phản ứng theo năng lượng liên kết E_b là

A. ${∆}_r{H}_{298}^0$ = $E_b\left(A\right)+E_b\left(B\right)-E_b\left(M\right)-E_b\left(N\right)$

B. ${∆}_r{H}_{298}^0$ = $a\times E_b\left(A\right)+b\times E_b\left(B\right)-m\times E_b\left(M\right)-n\times E_b\left(N\right)$

C. ${∆}_r{H}_{298}^0$ = $E_b\left(M\right)+E_b\left(N\right)-E_b\left(A\right)-E_b\left(B\right)$

D. ${∆}_r{H}_{298}^0$ = $m\times E_b\left(M\right)+n\times E_b\left(N\right)-a\times E_b\left(A\right)-b\times E_b\left(B\right)$

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: B

Cho phản ứng có dạng: aA (g) + bB (g) ⟶ mM (g) + nN (g)

Công thức tính biến thiên enthalpy phản ứng theo năng lượng liên kết là:

${∆}_r{H}_{298}^0$ = $a\times E_b\left(A\right)+b\times E_b\left(B\right)-m\times E_b\left(M\right)-n\times E_b\left(N\right)$

Trong đó, E_b(A), E_b(B), E_b(M), E_b(N) lần lượt là tổng năng lượng liên kết của tất cả các liên kết trong các phân tử A, B, M và N.

Câu 2. Số lượng mỗi loại liên kết trong phân tử CH₃Cl là

A. 1 liên kết C – H, 1 liên kết C – Cl;

B. 3 liên kết C – H, 1 liên kết H – Cl;

C. 2 liên kết C – H, 1 liên kết C – Cl;

D. 3 liên kết C – H, 1 liên kết C – Cl.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: B

Công thức cấu tạo của CH₃Cl là:

Vậy trong 1 phân tử CH₃Cl có 3 liên kết C – H, 1 liên kết C – Cl.

Câu 3. Cho phản ứng sau ở điều kiện chuẩn:

2H₂ (g) + O₂ (g) $\stackrel{t^o}{\to }$2H­₂O (g)

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng trên tính theo năng lượng liên kết là

A. – 506 kJ;

B. 428 kJ;

C. − 463 kJ;

D. 506 kJ.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: A

2H – H (g) + O = O (g) $\stackrel{t^o}{\to }$2H – O – H (g)

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng là

${∆}_r{H}_{298}^0$ = $2\times E_b\left(H_2\right)+E_b\left(O_2\right)-2\times E_b\left(H_{2}O\right)$

= $2\times E_b(H-H)+E_b(O=O)-2\times 2\times E_b(H-O)$

= $2\times 432+498-2\times 2\times 467$

= − 506 (kJ)

Cụm từ tích hợp điền vào chỗ chấm trên lần lượt là

A. cung cấp, giải phóng;

B. giải phóng, cung cấp;

C. cung cấp, cung cấp;

D. giải phóng, giải phóng.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: A

Sự phá vỡ liên kết cần cung cấp năng lượng, sự hình thành liên kết giải phóng năng lượng.

Câu 5. Cho phản ứng:

4HCl (g) + O₂ (g) $\stackrel{t^o}{\to }$2Cl­₂ (g) + 2 H­₂O (g)

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng trên tính theo năng lượng liên kết là bao nhiêu? Phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

A. ${∆}_r{H}_{298}^0$ = − 148 kJ, phản ứng tỏa nhiệt;

B. ${∆}_r{H}_{298}^0$ = − 148 kJ, phản ứng thu nhiệt;

C. ${∆}_r{H}_{298}^0$ = 215 kJ, phản ứng tỏa nhiệt;

D. ${∆}_r{H}_{298}^0$ = 215 kJ, phản ứng thu nhiệt.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: A

4H − Cl (g) + O = O (g) $\stackrel{t^o}{\to }$2Cl – Cl (g) + 2H – O – H (g)

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng là

${∆}_r{H}_{298}^0$ = $4\times E_b\left(HCl\right)+E_b\left(O_2\right)-2\times E_b\left(C{l}_2\right)-2\times E_b\left(H_{2}O\right)$

= $4\times E_b(H-Cl)+E_b(O=O)-2\times E_b(Cl-Cl)-2\times 2\times E_b(O-H)$

= $4\times 427+498-2\times 243-2\times 2\times 467$

= − 148 (kJ)

${∆}_r{H}_{298}^0$ = − 148 kJ < 0 nên phản ứng tỏa nhiệt.

Câu 6. Cho phản ứng:

3O₂ (g)⟶2O₃ (g)(1)

2O₃ (g) ⟶ 3O₂ (g)(2)

Biết phân tử O₃ gồm 1 liên kết đôi O = O và 1 liên kết đơn O – O.

So sánh ${∆}_r{H}_{298}^0$ của hai phản ứng là

A. ${∆}_r{H}_{298}^0$ (1) >${∆}_r{H}_{298}^0$ (2);

B. ${∆}_r{H}_{298}^0$ (1) = ${∆}_r{H}_{298}^0$ (2);

C. ${∆}_r{H}_{298}^0$ (1) < ${∆}_r{H}_{298}^0$ (2);

D. ${∆}_r{H}_{298}^0$ (1) ≤ ${∆}_r{H}_{298}^0$ (2).

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: A

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (1) là:

${∆}_r{H}_{298}^0$(1) = $3\times E_b\left(O_2\right)-2\times E_b\left(O_3\right)$

= $3\times 498-2\times (498+204)$

= 90 (kJ)

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (2) là:

${∆}_r{H}_{298}^0$ (2) = $2\times E_b\left(O_3\right)-3\times E_b\left(O_2\right)$

= $2\times (498+204)-3\times 498$

= − 90 (kJ)

Do đó: ${∆}_r{H}_{298}^0$(1) > ${∆}_r{H}_{298}^0$(2)

Câu 7. Cho phản ứng có dạng: aA + bB ⟶ mM + nN

Công thức tính biến thiên enthalpy phản ứng theo enthalpy tạo thành là

A. ${∆}_r{H}_{298}^0$=

$m\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(M\right)+n\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(N\right)-a\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(A\right)-b\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(B\right)$

B. ${∆}_r{H}_{298}^0$=

$m\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(M\right)+n\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(N\right)+a\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(A\right)+b\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(B\right)$

C. ${∆}_r{H}_{298}^0$=

${∆}_f{H}_{298}^0\left(M\right)+{∆}_f{H}_{298}^0\left(N\right)-{∆}_f{H}_{298}^0\left(A\right)-{∆}_f{H}_{298}^0\left(B\right)$

D. ${∆}_r{H}_{298}^0$=

$a\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(A\right)+b\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(B\right)-m\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(M\right)-n\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(N\right)$

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: A

Cho phản ứng có dạng: aA + bB ⟶ mM + nN

Công thức tính biến thiên enthalpy phản ứng theo enthalpy tạo thành là:

${∆}_r{H}_{298}^0$ =

$m\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(M\right)+n\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(N\right)-a\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(A\right)-b\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(B\right)$

Câu 8. Cho phản ứng: NH₃ (g) + HCl (g) ⟶ NH₄Cl (s)

Biết ${∆}_f{H}_{298}^0\left(N{H}_{4}Cl\right(s\left)\right)$= − 314,4 kJ/mol; ${∆}_f{H}_{298}^0\left(HCl\right(g\left)\right)$= − 92,31 kJ/mol; ${∆}_f{H}_{298}^0\left(N{H}_3\right(g\left)\right)$= − 45,9 kJ/mol.

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng tính là

A. – 176,19 kJ;

B. – 314,4 kJ;

C. – 452,61 kJ;

D. 176,2 kJ;

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: A

Ta có: ${∆}_r{H}_{298}^0$ =

${∆}_f{H}_{298}^0\left(N{H}_{4}Cl\right(s\left)\right)-{∆}_f{H}_{298}^0\left(HCl\right(g\left)\right)-{∆}_f{H}_{298}^0\left(N{H}_3\right(g\left)\right)$

⇒${∆}_r{H}_{298}^0$ = $-314,4-(-92,31)-(-45,9)=-176,19$ (kJ)

Câu 9. Tính ${∆}_r{H}_{298}^0$ của phản ứng đốt cháy 1 mol C₂H₂ (g) biết các sản phẩm thu được đều ở thể khí.

Cho enthalpy tạo thành chuẩn của các chất tương ứng là

Chất	C2H2 (g)	CO2 (g)	H2O (g)
${∆}_f{H}_{298}^0$ (kJ/mol)	+ 227	− 393,5	− 241,82

A. – 1270,6 kJ

B. − 1255,82 kJ

C. – 1218,82 kJ

D. – 1522,82 kJ

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: B

C₂H₂ (g) + $\frac{5}{2}$O₂ (g) ⟶2CO₂ (g) + H₂O (g)

${∆}_r{H}_{298}^0$ của phản ứng đốt cháy 1 mol C₂H₂ (g) là

${∆}_r{H}_{298}^0$=

$2\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(C{O}_2\right(g\left)\right)+{∆}_f{H}_{298}^0\left(H_{2}O\right(g\left)\right)-\frac{5}{2}\times {∆}_f{H}_{298}^0\left(O_2\right(g\left)\right)-{∆}_f{H}_{298}^0\left(C_2{H}_2\right(g\left)\right)$

= $2\times (-393,5)+(-241,82)-\frac{5}{2}\times 0-227$

= − 1255,82 (kJ)

Câu 10. Tính ${∆}_r{H}_{298}^0$ của phản ứng đốt cháy 21 gam CO (g) biết các sản phẩm thu được đều ở thể khí.

Cho enthalpy tạo thành chuẩn của các chất tương ứng là

Chất	CO (g)	CO2 (g)	O2 (g)
${∆}_f{H}_{298}^0$ (kJ/mol)	- 110,5	− 393,5	0

A. – 59,43 kJ;

B. – 283 kJ;

C. − 212,25 kJ;

D. – 3962 kJ.

Hiển thị đáp án

Đáp án đúng là: C

CO (g) + $\frac{1}{2}$O₂ (g) ⟶ CO₂ (g)

${∆}_r{H}_{298}^0$ của phản ứng đốt cháy 1 mol CO (g) là

${∆}_r{H}_{298}^0$ = ${∆}_f{H}_{298}^0\left(C{O}_2\right(g\left)\right)-\frac{1}{2}{∆}_f{H}_{298}^0\left(O_2\right(g\left)\right)-{∆}_f{H}_{298}^0\left(CO\right(g\left)\right)$

= $(-393,5)-\frac{1}{2}\times 0-(-110,5)$

= − 283 (kJ)

21 gam CO có số mol là: n_CO = $\frac{21}{28}$= 0,75 (mol)

${∆}_r{H}_{298}^0$ của phản ứng đốt cháy 21 gam CO (g) là: $-283\times 0,75$ = − 212,25 (kJ)