Trả lời nhanh
Năng lượng liên kết là năng lượng cần cung cấp để phá vỡ 1 mol liên kết trong phân tử ở thể khí, tạo ra các nguyên tử ở thể khí. Năng lượng liên kết của Cl2 là 243 kJ/mol nghĩa là phải tốn 243 kJ để tách 1 mol phân tử Cl2 thành 2 mol nguyên tử Cl, và quá trình ngược lại toả ra 243 kJ.
Năng lượng liên kết là gì?
Khi hai nguyên tử liên kết với nhau, hệ trở nên bền hơn so với lúc hai nguyên tử đứng riêng. Muốn tách chúng ra, ta phải tốn năng lượng. Lượng năng lượng đó chính là năng lượng liên kết, kí hiệu Eb, đơn vị thường dùng là kJ/mol.
Với phân tử hai nguyên tử, năng lượng liên kết là biến thiên enthalpy của quá trình phân li ở thể khí:
Cl2(g) → 2Cl(g) ΔrH = +243 kJ
Dấu “+” cho biết đây là quá trình thu nhiệt. Năng lượng liên kết luôn là số dương.
Năng lượng liên kết của Cl2 là 243 kJ/mol cho biết điều gì?
- Cần cung cấp 243 kJ để phá vỡ hết liên kết Cl–Cl trong 1 mol phân tử Cl2 (khí), thu được 2 mol nguyên tử Cl (khí).
- Ngược lại, khi 2 mol nguyên tử Cl kết hợp thành 1 mol Cl2 thì giải phóng 243 kJ.
- Giá trị càng lớn thì liên kết càng bền, càng khó bị phá vỡ. So với các halogen khác (Br–Br khoảng 193, I–I khoảng 151 kJ/mol), liên kết Cl–Cl bền hơn Br–Br và I–I.
Lưu ý: F2 (khoảng 159 kJ/mol) là ngoại lệ, kém bền hơn Cl2 do nguyên tử F rất nhỏ nên các cặp electron không liên kết đẩy nhau mạnh.
Năng lượng liên kết và độ bền liên kết
| Liên kết | Eb (kJ/mol, giá trị gần đúng) |
|---|---|
| H–H | 436 |
| Cl–Cl | 243 |
| H–F | 565 |
| H–Cl | 431 |
| H–Br | 366 |
| H–I | 299 |
| O=O | 498 |
| N≡N | 946 |
Nhận xét: từ HF đến HI, Eb giảm dần nên độ bền phân tử giảm dần: HF bền nhất, HI kém bền nhất. Liên kết ba N≡N rất bền, vì thế khí nitrogen trơ ở điều kiện thường. Số liệu trong các bảng ở sách có thể lệch nhau đôi chút, khi làm bài hãy dùng đúng số liệu đề cho.
Công thức tính biến thiên enthalpy theo năng lượng liên kết
Một phản ứng hoá học thực chất là phá vỡ liên kết ở chất đầu (tốn năng lượng) rồi hình thành liên kết ở sản phẩm (toả năng lượng). Do đó, với phản ứng mà các chất đều ở thể khí:
ΔrHo298 = ΣEb(chất đầu) − ΣEb(sản phẩm)
Trong đó ΣEb là tổng năng lượng của tất cả các liên kết trong các phân tử, có nhân với hệ số cân bằng và số liên kết mỗi phân tử.
- ΔrH < 0: phản ứng toả nhiệt (liên kết tạo thành bền hơn liên kết bị phá).
- ΔrH > 0: phản ứng thu nhiệt.
Mẹo nhớ: “đầu trừ sau” – lấy tổng chất đầu trừ tổng sản phẩm. Công thức tính theo enthalpy tạo thành thì ngược lại (sản phẩm trừ chất đầu), đừng nhầm hai công thức này.
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Tính ΔrH của phản ứng H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g), biết Eb(H–H) = 436; Eb(Cl–Cl) = 243; Eb(H–Cl) = 431 kJ/mol.
- Chất đầu: 1 liên kết H–H và 1 liên kết Cl–Cl → 436 + 243 = 679 kJ.
- Sản phẩm: 2 phân tử HCl, mỗi phân tử 1 liên kết → 2 × 431 = 862 kJ.
- ΔrH = 679 − 862 = −183 kJ → phản ứng toả nhiệt.
Ví dụ 2. Đốt cháy methane: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g). Cho Eb: C–H = 414; O=O = 498; C=O (trong CO2) = 799; O–H = 464 kJ/mol.
- Chất đầu: CH4 có 4 liên kết C–H; 2O2 có 2 liên kết O=O → 4 × 414 + 2 × 498 = 1656 + 996 = 2652 kJ.
- Sản phẩm: CO2 có 2 liên kết C=O; 2H2O có 4 liên kết O–H → 2 × 799 + 4 × 464 = 1598 + 1856 = 3454 kJ.
- ΔrH = 2652 − 3454 = −802 kJ.
Lỗi sai thường gặp
- Đảo dấu: lấy sản phẩm trừ chất đầu khi dùng Eb.
- Quên nhân hệ số cân bằng hoặc quên đếm đủ số liên kết (H2O có 2 liên kết O–H, CO2 có 2 liên kết đôi C=O, NH3 có 3 liên kết N–H).
- Viết công thức cấu tạo sai nên đếm sai loại liên kết (liên kết đơn, đôi, ba có Eb khác nhau).
- Áp dụng cho chất lỏng/rắn: công thức chỉ chính xác cho chất khí, kết quả chỉ gần đúng so với giá trị thực nghiệm.
Bài luyện tập
Bài 1. Tính ΔrH của phản ứng N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g). Cho Eb: N≡N = 946; H–H = 436; N–H = 391 kJ/mol.
Đáp án: chất đầu = 946 + 3 × 436 = 2254; sản phẩm = 2 × 3 × 391 = 2346; ΔrH = 2254 − 2346 = −92 kJ (toả nhiệt).
Bài 2. Dựa vào bảng trên, hãy sắp xếp HF, HCl, HBr, HI theo chiều giảm dần độ bền phân tử.
Đáp án: HF > HCl > HBr > HI (Eb lần lượt 565 > 431 > 366 > 299 kJ/mol).
Bài 3. Phát biểu “Năng lượng liên kết H–H là 436 kJ/mol” có nghĩa gì?
Đáp án: cần 436 kJ để phá vỡ 1 mol liên kết H–H trong H2 (khí) thành 2 mol nguyên tử H (khí); tạo 1 mol H2 từ nguyên tử H thì toả 436 kJ.
Câu hỏi thường gặp
Năng lượng liên kết là gì?
Là năng lượng cần cung cấp để phá vỡ 1 mol liên kết trong phân tử ở thể khí, tạo thành các nguyên tử ở thể khí. Đơn vị thường dùng là kJ/mol và giá trị luôn dương.
Năng lượng liên kết của Cl2 là 243 kJ/mol cho biết điều gì?
Cần 243 kJ để phá vỡ 1 mol liên kết Cl–Cl, tạo 2 mol nguyên tử Cl ở thể khí. Ngược lại, tạo thành 1 mol Cl2 từ các nguyên tử Cl thì giải phóng 243 kJ.
Công thức tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết là gì?
ΔrH = ΣEb(chất đầu) − ΣEb(sản phẩm), với các chất ở thể khí. Tổng tính theo toàn bộ liên kết trong phân tử, có nhân hệ số cân bằng.
Năng lượng liên kết càng lớn thì liên kết như thế nào?
Liên kết càng bền và càng khó bị phá vỡ. Ví dụ N≡N (946 kJ/mol) bền hơn nhiều so với Cl–Cl (243 kJ/mol).