2. Bài 14. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Trình bày cách tính enthalpy của phản ứng hoá học dựa vào năng lượng liên kết và dựa vào enthalpy tạo thành của các chất

Lời giải chi tiết:

- Cách tính enthalpy của phản ứng hóa học dựa vào năng lượng liên kết

Trong đó: $$ và $$ là tổng năng lượng liên kết trong phân tử các chất đầu và các chất sản phẩm

- Cách tính enthalpy của phản ứng hóa học dựa vào enthalpy tạo thành của các chất

Trong đó: $$ và $$ là tổng enthalpy tạo thành ở điều kiện chuẩn của sản phẩm và chất đầu của phản ứng

Cho phản ứng tổng quát aA + bB -> mM + nN. Hãy chọn các phương án tính đúng. $$ của phản ứng:

(a) $$

(b) $$

(c) $$

(d) $$

Phương pháp giải:

- Theo năng lượng liên kết :$$

- Theo enthalpy tạo thành của các chất: $$

Lời giải chi tiết:

- Đáp án: (a) và (c)

Thành phần chính của đa số các loại đá dùng trong xây dựng là CaCO₃, chúng vừa có tác dụng chịu nhiệt, vừa chịu được lực. Dựa vào bảng 13.1 SGK trang 84, tính $$ của phản ứng:

CaCO₃(s) $$ CaO(s) + CO₂(g)

Phản ứng có xảy ra thuận lợi ở điều kiện thường không?

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức tính: $$ và bảng số liệu

Lời giải chi tiết:

=> Phản ứng không xảy ra ở điều kiện thường do có $$

Propene là nguyên liệu cho sản xuất nhựa polypropylene (PP). PP được sử dụng để sản xuất các sản phẩm ông, màng, dày cách điện, kéo sợi, đồ gia dụng và các sản phẩm tạo hình khác.

Phản ứng tạo thành propene từ propyne:

CH₃-C≡CH(g) + H₂(g) ->CH₃-CH=CH₂(g)

a) Hãy xác định số liên kết C-H; C-C; C=C trong hợp chất CH₃-C≡CH (propyne).

b) Từ năng lượng của các liên kết (Bảng 14.1, SGK trang 89), hãy tính biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành propene trên.

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức $$ và bảng số liệu

Lời giải chi tiết:

a) Trong hợp chất CH₃-C≡CH có 4 liên kết C-H, 1 liên kết C-C và 1 liên kết C≡C

b) Biến thiên enthalpy của phản ứng là:

=> $$

=> $$

Tính nhiệt tạo thành chuẩn của HF và NO dựa vào năng lượng liên kết (Bảng 14.1 SGK), của F₂, H₂, HF, N₂, O₂, NO. Giải thích sự khác nhau về nhiệt tạo thành của HF và NO.

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức $$ và bảng số liệu

Lời giải chi tiết:

- Biến thiên enthalpy của phản ứng H₂(g) + F₂(g) -> 2HF(g) là:

=> $$

=> $$ < 0

=> Phản ứng xảy ra

- Biến thiên enthalpy của phản ứng N₂(g) + O₂(g) " 2NO(g) là:

=> $$

=> $$ > 0

=> Phản ứng không xảy ra

- Giải thích: Do năng lượng liên kết giữa liên kết ba của 2 nguyên tử Nitrogen rất lớn nên cần cung cấp năng lượng từ bên ngoài để phá vỡ liên kết N≡N

Phosgene là chất khí không màu, mùi cỏ mục, dễ hoá lỏng; khối lượng riêng 1,420 g/cm³ (ở 0°C); t = 8,2°C. Phosgene ít tan trong nước; dễ tan trong các dung môi hữu cơ, bị thuỷ phân chậm bằng hơi nước; không cháy, là sản phẩm công nghiệp quan trọng; dùng trong tổng hợp hữu cơ để sản xuất sản phẩm nhuộm, chất diệt cỏ, polyurethane,…

Phosgene là một chất độc. Ở nồng độ 0,005 mg/L đã nguy hiểm đối với người, trong khoảng 0,1 – 0,3 mg/L, gây tử vong sau khoảng 15 phút.

Phosgene được điều chế bằng cách cho hỗn hợp CO và Cl₂, đi qua than hoạt tính. Biết E_b(Cl-Cl) = 243 kJ/mol; E_b(C-Cl) = 339 kJ/mol; E_b(C=O) = 745 kJ/mol; E_b(C≡O) = 1075 kJ/mol.

Hãy tính biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành phosgene từ CO và Cl₂.

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức $$

Lời giải chi tiết:

Kim loại nhôm có thể khử được oxide của nhiều nguyên tố. Dựa vào nhiệt tạo thành chuẩn của các chất (Bảng 13.1 SGK), tính biến thiên enthalpy của phản ứng nhôm khử 1 mol mỗi oxide sau

a) Fe₃O₄(s)                                                     

b) Cr₂O₃(s)

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức tính: $$ và bảng số liệu

Lời giải chi tiết:

- Biến thiên enthalpy của phản ứng 8Al(s) + 3Fe₃O₄(s)  9Fe(s) + 4Al₂O₃(s) là:

=> $$ (Do $$ của đơn chất = 0)

=> $$

=> Biến thiên enthalpy của phản ứng nhôm khử 1 mol Fe₃O₄ là

- Biến thiên enthalpy của phản ứng 2Al(s) + Cr₂O₃(s)  2Cr(s) + Al₂O₃(s) là:

=> $$ (Do $$ của đơn chất = 0)

=> $$

=> Biến thiên enthalpy của phản ứng nhôm khử 1 mol Cr₂O₃ là $$

Cho 3 hydrocarbon X, Y, Z đều có 2 nguyên tử C trong phân tử. Số nguyên tử H trong các phân tử tăng dần theo thứ tự X, Y, Z.

a) Viết công thức cấu tạo của X, Y, Z.

b) Viết phương trình đốt cháy hoàn toàn X, Y, Z với hệ số nguyên tối giản.

c) Tính biến thiên enthalpy của mỗi phản ứng dựa vào enthalpy tạo thành tiêu chuẩn trong bảng sau:

d) Từ kết quả tính toán đưa ra kết luận về ứng dụng của phản ứng đốt cháy X, Y, Z trong thực tiễn.

Phương pháp giải:

- Trong hợp chất C_xH_yO_z thì y luôn là số chẵn và y ≤ 2x + 2

- Công thức tính biến thiên enthalpy: $$

Lời giải chi tiết:

a) - Số nguyên tử Hydrogen trong hợp chất ≤ 2.2 + 2 = 6 và phải là số chẵn

=> Các công thức của X, Y và Z lần lượt là: C₂H₂; C₂H₄ và C₂H₆

b) Phương trình đốt cháy:

2C₂H₂ + 5O₂  4CO₂ + 2H₂O

C₂H₄ + 3O₂  2CO₂ + 2H₂O

2C₂H₆ + 7O₂  4CO₂ + 6H₂O

c) - Xét phương trình 2C₂H₂ + 5O₂  4CO₂ + 2H₂O

=> $$

(Do $$ của đơn chất = 0)

=> $$

- Xét phương trình C₂H₄ + 3O₂  2CO₂ + 2H₂O

=> $$

(Do $$ của đơn chất = 0)

=> $$

- Xét phương trình 2C₂H₆ + 7O₂  4CO₂ + 6H₂O

=> $$

(Do $$ của đơn chất = 0)

=> $$

d) $$ của cả 3 phương trình đều có giá trị lớn và < 0 " trong thực tiễn được dùng làm nhiên liệu.

Cho các phản ứng:

CaCO₃(s) $$ CaO(s) + CO₂(g)                $$

C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) $$ 2CO₂(g) + 3H₂O(l)   $$

C(graphite, s) + O₂(g) $$ CO₂(g)                    $$

a) Phản ứng nào có thể tự xảy ra (sau giai đoạn khơi mào ban đầu), phản ứng nào không thể tự xảy ra?

b) Khối lượng ethanol hay graphite cần dùng khi đốt cháy hoàn toàn đủ tạo lượng nhiệt cho quá trình nhiệt phân hoàn toàn 0,1 mol CaCO₃. Giả thiết hiệu suất các quá trình đều là 100%.

Phương pháp giải:

a) Phản ứng nào có $$ > 0 không thể tự xảy ra. Phản ứng nào có $$ < 0 có thể tự xảy ra sau khi khơi mào.

b) Tính $$ của quá trình nhiệt phân hoàn toàn 0,1 mol CaCO₃. => Tính mol ethanol và graphite cần dùng => Tính khối lượng ethanol và graphite cần dùng

Lời giải chi tiết:

a) Phản ứng CaCO₃(s) $$ CaO(s) + CO₂(g) không tự xảy ra do $$ > 0 (cần cung cấp thêm năng lượng bên ngoài). Hai phản ứng còn lại tự xảy ra sau khi khơi mào do có $$ < 0 (tự tạo thêm năng lượng khi phản ứng diễn ra)

b) $$ của quá trình nhiệt phân hoàn toàn 0,1 mol CaCO₃ là

- $$mol $$ $$gam

- $$mol $$ $$gam

Lactic acid hay acid sữa là hợp chất hoá học đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh hoá, lần đầu tiên được phân tách vào năm 1780 bởi nhà hoá học Thuỵ Điển Carl Wilhelm Scheele. Lactic acid có công thức phân tử C₃H₆O₃, công thức cấu tạo CH₃-CH(OH)-COOH

Khi vận động mạnh cơ thể không đủ cung cấp oxygen, thì cơ thể sẽ chuyển hoá glucose thành lactic acid từ các tế bào để cung cấp năng lượng cho cơ thể (lactic acid tạo thành từ quá trình này sẽ gây mỏi cơ) theo phương trình sau:

C₆H₁₂O₆(aq) $$ 2C₃H₆O₃(aq) $$

Biết rằng cơ thể chỉ cung cấp 98% năng lượng nhờ oxygen, năng lượng còn lại nhờ vào sự chuyển hoá glucose thành lactic acid.

Giả sử một người chạy bộ trong một thời gian tiêu tốn 300 kcal. Tính khối lượng lactic acid tạo ra từ quá trình chuyển hóa đó (biết 1 cal = 4,184 J).

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức đổi cal sang J $$ Tính năng lượng tạo thành của lactic acid $$ Tính số mol lactic acid tạo thành $$ Tính khối lượng lactic acid tạo thành

Lời giải chi tiết:

- Năng lượng của sự chuyển hoá glucose thành lactic acid là

2%.300kcal = 6 kcal = 6000 cal = 25104 J = 25,104 kJ

- Do C₆H₁₂O₆(aq) $$ 2C₃H₆O₃(aq) có $$

=> $$mol => $$gam

Chloromethane (CH₃Cl), còn được gọi là methyl chloride, Refrigerant-40 hoặc HCC 40. CH₃Cl từng được sử dụng rộng rãi như một chất làm lạnh. Hợp chất khí này rất dễ cháy, có thể không mùi hoặc có mùi thơm nhẹ.

Từ năng lượng của các liên kết (Bảng 14.1 SGK), hãy tính biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành chloromethane:

CH₄(g) + Cl₂(g) $$CH₃Cl(g) + HCl(g)

Cho biết phản ứng dễ dàng xảy ra dưới ánh sáng mặt trời. Kết quả tính có mâu thuẫn với khả năng dễ xảy ra của phản ứng không?

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức $$ và bảng số liệu

Lời giải chi tiết:

 Biến thiên enthalpy của phản ứng CH₄(g) + Cl₂(g) " CH₃Cl(g) + HCl(g) là:

=> $$

=> $$ < 0

=> Phản ứng xảy ra " Kết quả tính toán phù hợp với thực tế phản ứng xảy ra dễ dàng trong điều kiện có ánh sáng

Một xe tải đang vận chuyển đất đèn (thành phần chính là CaC₂ và CaO) gặp mưa xảy ra sự cố, xe tải đã bốc cháy.

a) Viết phản ứng của CaC₂ và CaO với nước.

b) Xe tải bốc cháy do các phản ứng trên toả nhiệt kích thích phản ứng cháy của acetylene:

C₂H₂(g) + 2,5O₂(g) $$ 2CO₂(g) + H₂O(g)

Dựa vào Bảng 13.1 SGK, tính biến thiên enthalpy của các phản ứng trên. Cho biết phản ứng toả nhiệt hay thu nhiệt.

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức tính: $$ và bảng số liệu

Lời giải chi tiết:

a) CaC₂(s) + 2H₂O(l) -> Ca(OH)₂(aq) + C₂H₂(g)

CaO(s) + H₂O(l) -> Ca(OH)₂(aq)

b) - Biến thiên enthalpy của phản ứng C₂H₂(g) + 2,5O₂(g) -> 2CO₂(g) + H₂O(g) là:

=> $$ (Do $$ của đơn chất = 0)

=> $$ < 0

=> Phản ứng tỏa nhiệt

Cho phương trình hoá học của phản ứng:

C₂H₄(g) + H₂O(l) $$ C₂H₅OH(l)

Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo nhiệt tạo thành chuẩn của các chất (Bảng 13.1 SGK).

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức tính: $$ và bảng số liệu

Lời giải chi tiết:

- Biến thiên enthalpy của phản ứng C₂H₄(g) + H₂O(l) $$ C₂H₅OH(l) là:

=> $$

=> $$

Cho phản ứng phân huỷ hydrazine:

N₂H₄(g) $$ N₂(g) + 2H₂(g)

a) Tính $$ theo năng lượng liên kết của phản ứng trên.

b) Hydrazine (N₂H₄) là chất lỏng ở điều kiện thường (sôi ở 114°C, khối lượng riêng 1,021 g/cm³). Hãy đề xuất lí do N₂H₄ được sử dụng làm nhiên liệu trong động cơ tên lửa. Biết E_b(N-N) = 160 kJ/mol; E_b(N–H) = 391 kJ/mol, E_b(N≡N) = 945 kJ/mol; E_b(H-H) = 432 kJ/mol.

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức $$ và bảng số liệu

Lời giải chi tiết:

a) - Biến thiên enthalpy của phản ứng N₂H₄(g) $$N₂(g) + 2H₂(g) là:

=> $$

=> $$

b) Các lí do N₂H₄ được sử dụng làm nhiên liệu trong động cơ tên lửa:

- N₂H₄ là chất lỏng nên dễ bảo quản (nếu là chất khí cần nén ở điều kiện áp suất cao dễ gây nguy hiểm và tốn công bảo quản)

- Phương trình có $$< 0 " Phản ứng tự xảy ra mà không cần cung cấp năng lượng

- 1 mol N₂H₄ ở dạng lỏng sau phản ứng sẽ sinh ra tổng cộng 3 mol khí " tạo được áp suất lớn để đẩy tên lửa bay lên

Quá trình hoà tan calcium chloride trong nước:

            CaCl₂(s) $$ Ca²⁺(aq) + 2Cl^-(aq)                                              $$

Tính biến thiên enthalpy của quá trình.

Phương pháp giải:

Dựa vào công thức tính: $$

Lời giải chi tiết:

- Biến thiên enthalpy của phản ứng CaCl₂(s) $$ Ca²⁺(aq) + 2Cl^-(aq) là:

=> $$

=> $$