Lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Hóa học 10 Bài 14 từ đó học tốt môn Hóa 10.

Giải bài tập Hóa học lớp 10 Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Giải hóa học 10 trang 88 Chân trời sáng tạo

Mở đầu trang 88 Hóa học 10: Methane cháy tỏa nhiệt lớn nên được dùng làm nhiên liệu. Khi trộn methane và oxygen với tỉ lệ thích hợp thì sẽ tạo ra hỗn hợp nổ

Biến thiên enthalpy của phản ứng trên được tính toán dựa trên các giá trị nào?

Lời giải:

Biến thiên enthalpy của phản ứng được tính toán dựa trên giá trị năng lượng liên kết hoặc dựa vào enthalpy tạo thành

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

Câu hỏi 1 trang 88 Hóa học 10: Quan sát Hình 14.1 cho biết liên kết hóa học nào bị phá vỡ, liên kết hóa học nào được hình thành khi H₂ phản ứng với O₂ tạo thành H₂O (ở thể khí)?

Phương pháp giải:

Quan sát Hình 14.1 và rút ra nhận xét

Lời giải:

- Khi H₂ phản ứng với O₂ tạo thành H₂O (ở thể khí)

   + Liên kết H-H và O=O bị phá vỡ

   + Liên kết H-O-H được hình thành

Giải hóa học 10 trang 89 Chân trời sáng tạo

Câu hỏi 2 trang 89 Hóa học 10: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết phải viết được công thức cấu tạo của tất cả các chất trong phản ứng để xác định số lượng và loại liên kết. Xác định số lượng mỗi loại liên kết trong các phân tử sau: CH₄, CH₃Cl, NH₃, CO₂.

Phương pháp giải:

- Viết công thức cấu tạo của các chất

=> Xác định được các loại liên kết

Lời giải:

- CH₄:

 

=> Có 4 liên kết C-H

- CH₃Cl:

 

=> Có 3 liên kết C-H, 1 liên kết C-Cl

- NH₃

 

=> Có 3 liên kết N-H

- CO₂

=> Có 2 liên kết C=O

Câu hỏi 3 trang 89 Hóa học 10: Dựa vào năng lượng liên kết ở Bảng 14.1, tính biến thiên enthalpy của phản ứng và giải thích vì sao nitrogen (N$\equiv$N) chỉ phản ứng với oxygen (O=O) ở nhiệt độ cao hoặc có tia lửa điện để tạo thành nitrogen monoxide (N=O).

N₂(g) + O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ 2NO(g)

Phương pháp giải:        

 

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

Lời giải:

N₂(g) + O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ 2NO(g)

=> Phản ứng trên có 1 liên kết N$\equiv$N, 1 liên kết O=O và 2 liên kết N=O

Ta có:

   + N₂ có 1 liên kết N$\equiv$N với E_b = 945 kJ/mol

   + O₂ có 1 liên kết O=O với E_b = 498 kJ/mol

   + NO có 1 liên kết N=O với E_b = 607 kJ/mol

Mà: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

=> ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = E_b(N₂) + E_b(O₂) – 2E_b(NO) = 945 + 498 – 2. 607 = 229 kJ/mol > 0

=> Phản ứng thu nhiệt

=> Để phản ứng xảy ra, cần cung cấp lượng nhiệt lớn 229 kJ/mol

=> Nitrogen chỉ phản ứng với oxygen khi ở nhiệt độ cao hoặc có tia lửa điện để tạo thành NO

Luyện tập trang 89 Hóa học 10: Xác định ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ của phản ứng sau dựa vào giá trị E_b ở Bảng 14.1:

CH₄(g) + Cl₂(g) $\stackrel{askt}{\to }$ CH₃Cl(g) + HCl(g)

Hãy cho biết phản ứng trên tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

Phương pháp giải:

Bước 1: Xác định số lượng liên kết và loại liên kết của các chất trong phản ứng

Bước 2: Áp dụng công thức: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

=> Phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt

Lời giải:

CH₄(g) + Cl₂(g) $\stackrel{askt}{\to }$ CH₃Cl(g) + HCl(g)

- Chất đầu:

   + CH₄ có 4 liên kết C-H

   + Cl₂ có 1 liên kết Cl-Cl

- Sản phẩm

   + CH₃Cl có 3 liên kết C-H, 1 liên kết C-Cl

   + HCl có 1 liên kết H-Cl

Mà: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

=> ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = E_b(CH₄) + E_b(Cl₂) – E_b(CH₃Cl)- E_b(HCl)

= 4 E_b(C-H) + E_b(Cl-Cl) – 3E_b(C-H) - E_b(C-Cl) - E_b(H-Cl)

= 4.413 + 243 – 3. 413 – 339 - 427 = -110 kJ/mol < 0

=> Phản ứng tỏa nhiệt

Giải hóa học 10 trang 90 Chân trời sáng tạo

Vận dụng trang 90 Hóa học 10: Dựa vào số liệu về năng lượng liên kết ở Bảng 14.1, hãy tính biến thiên enthalpy của 2 phản ứng sau:

2H₂(g) + O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$2H₂O(g) (1)

C₇H₁₆(g) + 11O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ 7CO₂(g) + 8H₂O(g) (2)

So sánh kết quả thu được, từ đó cho biết H₂ hay C₇H₁₆ là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa (biết trong C₇H₁₆ có 6 liên kết C-C và 16 liên kết C-H)

Phương pháp giải:

Bước 1: Xác định số lượng liên kết và loại liên kết của các chất trong phản ứng

Bước 2: Áp dụng công thức: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

Lời giải:

- Xét phản ứng: 2H₂(g) + O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$2H₂O(g) (1)

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

=> ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$(1) = 2E_b(H₂) + E_b(O₂) – 2E_b(H₂O)

= 2.E_b(H-H) + E_b(O=O) – 2.2.E_b(O-H)

= 2.432 + 498 – 2.2.467 = -506 kJ/mol

- Xét phản ứng: C₇H₁₆(g) + 11O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ 7CO₂(g) + 8H₂O(g) (2)

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

=> ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$(2) = E_b(C₇H₁₆) + 11.E_b(O₂) – 7.E_b(CO₂) – 8.E_b(H₂O)

= 6.E_b(C-C) + 16. E_b(C-H) + 11.E_b(O=O) – 7.2.E_b(C=O)  – 8.2.E_b(O-H)

= 6.347 + 16.432 + 11.498 –7.2.745 - 8.2.467 = -3432 kJ/mol

Ta có: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$(2) < ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$(1)

=> Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn so với phản ứng (1)

=> C₇H₁₆ là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa

Luyện tập trang 90 Hóa học 10: Tính ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ của hai phản ứng sau:

3O₂(g) → 2O₃(g)  (1)

2O₃(g)  → 3O₂(g)  (2)

Liên hệ giữa giá trị ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ với độ bền của O₃, O₂ và giải thích, biết phân tử O₃ gồm 1 liên kết đôi O=O và 1 liên kết đơn O-O

Phương pháp giải:

Bước 1: Xác định số lượng liên kết và loại liên kết của các chất trong phản ứng

Bước 2: Áp dụng công thức: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

Lời giải:

- Xét phản ứng: 3O₂(g) → 2O₃(g)  (1)

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

=> ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$(1) = 3. E_b(O₂) – 2.E_b(O₃)

=  3.E_b(O=O) – 2.(E_b(O=O) + E_b(O-O))

= 3.498 –2.(498 + 204) = 90 kJ/mol > 0

- Xét phản ứng: 2O₃(g)  → 3O₂(g)  (2)

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

=> ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$(2) = 2.E_b(O₃) - 3. E_b(O₂)

=  2.(E_b(O=O) + E_b(O-O)) - 3.E_b(O=O)

= 2.(498 + 204) - 3.498  = -90 kJ/mol < 0

=> Phản ứng (1) xảy ra cần phải cung cấp năng lượng là 90 kJ/mol. Phản ứng (2) xảy ra tỏa ra năng lượng là 90 kJ/mol

=> Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn

=> Liên kết O₃ bền hơn O₂

Giải hóa học 10 trang 91 Chân trời sáng tạo

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

Vận dụng trang 91 Hóa học 10: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng phân hủy trinitroglycerin (C₃H₅O₃(NO₂)₃), theo phương trình sau (biết nhiệt tạo thành của nitroglycerin là -370,15 kJ/mol):

4 C₃H₅O₃(NO₂)₃(s) → 6N₂(g) + 12CO₂(g) + 10H₂O(g) + O₂(g)

Hãy giải thích vì sao trinitroglycerin được ứng dụng làm thành phần thuốc súng không khói

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$= $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(sp) - $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(bđ)

Lời giải:

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = 6.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(N₂) + 12.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(CO₂) + 10.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(H₂O) + ${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(O₂) - 4.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(C₃H₅O₃(NO₂)₃)

= 6.0 + 12.(-393,50) + 10.(-241,82) + 1.0 – 4.(-370,15)

= -5659,60 kJ < 0

=> Phản ứng phân hủy trinitroglycerin tỏa ra lượng nhiệt rất lớn => Gây tính sát thương cao

=> Trinitroglycerin được ứng dụng làm thành phần của thuốc súng không khói

Câu hỏi 4 trang 91 Hóa học 10: Giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng có liên quan tới hệ số các chất trong phương trình nhiệt hóa học không? Giá trị enthalpy tạo thành thường được đo ở điều kiện nào?

Lời giải:

- Giá trị biến thiên enthalpy tỉ lệ với hệ số các chất trong phương trình

Ví dụ: 2NO₂(g) → N₂O₄(g) có ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = -57,24 kJ

=> NO₂(g) → ½ N₂O₄(g) có ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = -57,24 : 2 = -28,62 kJ

Luyện tập trang 91 Hóa học 10: Dựa vào giá trị enthalpy tạo thành ở Bảng 13.1, hãy tính giá trị ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ của các phản ứng sau:

CS₂(l) + 3O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂(g) + 2SO₂(g)  (1)

4NH₃(g) + 3O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2N₂(g) + 6H₂O(g)  (2)    

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$= $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(sp) - $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(bđ)

Lời giải:

- Xét phản ứng: CS₂(l) + 3O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂(g) + 2SO₂(g)  (1)

Chất	CS2(l)	O2(g)	CO2(g)	SO2(g)
${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$	+87,90	0	-393,50	-296,80

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ =${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(CO₂) + 2.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(SO₂) - ${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(CS₂) - 3.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(O₂)

= (-393,50) + 2.(-296,80) – (+87,90) - 3.0

= -1075 kJ

- Xét phản ứng: 4NH₃(g) + 3O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ 2N₂(g) + 6H₂O(g) (2)                                                               

Chất	NH3(g)	O2(g)	N2(g)	H2O(g)
${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$	-45,90	0	0	-241,82

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = 2.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(N₂) + 6.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(H₂O) – 4.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(NH₃) - 3.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(O₂)

= 2.0 + 6.(-241,82) – 4.(-45,90) – 3.0

= -1267,32 kJ

Bài tập (trang 92,93)

Giải hóa học 10 trang 92 Chân trời sáng tạo

Bài 1 trang 92 Hóa học 10: Tính ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ của các phản ứng sau dựa theo năng lượng liên kết (sử dụng số liệu từ Bảng 14.1):

a) N₂H₄(g) → N₂(g) + 2H₂(g)

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

Phương pháp giải:

Bước 1: Xác định số lượng liên kết và loại liên kết của các chất trong phản ứng

Bước 2: Áp dụng công thức: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

Lời giải:

a) N₂H₄(g) → N₂(g) + 2H₂(g)

Công thức cấu tạo của N₂H₄:

 

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

=> ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = E_b(N₂H₄) – E_b(N₂) – 2. E_b(H₂)

=  E_b(N-N) + 4.E_b(N-H) – E_b(N$\equiv$N) - 2.E_b(H-H)

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

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

=> ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = 4.E_b(HCl) + E_b(O₂) – 2.E_b(Cl₂) – 2.E_b(H₂O)

=  4.E_b(H-Cl) + E_b(O=O) – 2.E_b(Cl-Cl) - 2.2.E_b(O-H)

= 4.427 + 498 – 2.243 – 2.2.467 = -148 kJ

Bài 2 trang 92 Hóa học 10: Dựa vào Bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol benzene C₆H₆(l) trong khí oxygen, tạo thành CO₂(g) và  H₂O(l). So sánh lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g propane C₃H₈(g) với lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g benzenne C₆H₆(l). 

Phương pháp giải:

C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ 6CO₂(g) + 3H₂O(l)

Áp dụng công thức: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$= $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(sp) - $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(bđ)

Lời giải:

- Xét phản ứng: C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ 6CO₂(g) + 3H₂O(l)

Chất	C6H6(l)	O2(g)	CO2(g)	H2O(l)
${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$	+49,00	0	-393,50	-285,84

Khi đốt cháy 1 mol C₆H₆(l)

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

= 6.(-393,50) + 3.(-285,84) – (+49,00) – 15/2.0

= -3267,52 kJ

Ta có: 1,0 g benzene = 1/78 (mol)

=> Lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g benzene = -3267,52 . 1/78 = -41,89 kJ

- Xét phản ứng: C₃H₈(g) + 5O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ 3CO₂(g) + 4H₂O(l)

Chất	C3H8(g)	O2(g)	CO2(g)	H2O(l)
${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$	-105,00	0	-393,50	-285,84

Khi đốt cháy 1 mol C₃H₈(g)

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = 3.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(CO₂) + 4.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(H₂O) - ${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(C₃H₈) – 5.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(O₂)

= 3.(-393,50) + 4.(-285,84) – (-105,00) – 5.0

= -2218,86 kJ

Ta có: 1,0 g C₃H₈ = 1/44 (mol)

=> Lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g C₃H₈ = -2218,86 . 1/44 = -50,43 kJ

=> Lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy 1,0 g propane nhiều hơn khi đốt cháy 1,0 g benzene

Giải hóa học 10 trang 93 Chân trời sáng tạo

Bài 3 trang 93 Hóa học 10: Dựa vào enthalpy tạo thành ở Bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng nhiệt nhôm:

2Al(s) + Fe₂O₃(s) $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Fe(s) + Al₂O₃(s)

Từ kết quả tính được ở trên, hãy rút ra ý nghĩa của dấu và giá trị ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ đối với phản ứng

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$= $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(sp) - $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(bđ)

Lời giải:

- Xét phản ứng: 2Al(s) + Fe₂O₃(s) $\stackrel{t^o}{\to }$ 2Fe(s) + Al₂O₃(s)          $$

Chất	Fe(s)	Al2O3(s)	Al(s)	Fe2O3(s)
${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$	0	-1676,00	0	-825,50

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = 2.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(Fe) + 1.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(Al₂O₃) – 2.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(Al) - 1.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(Fe₂O₃)

= 2.0 + 1.(-1676,00) – 2.0 – 1.(-825,50)

= -850,50 kJ < 0

Phản ứng nhiệt nhôm diễn ra sẽ sinh ra lượng nhiệt lớn là 850,50 kJ

Bài 4 trang 93 Hóa học 10: Cho phương trình nhiệt hóa học sau:

SO₂(g) + ½ O₂(g) $\stackrel{t^o,V_2{O}_5}{\to }$ SO₃(g)  ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = -98,5 kJ

a) Tính lượng nhiệt giải phóng ra khi chuyển 74,6 g SO₂ thành SO₃

b) Giá trị ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ của phản ứng: SO₃(g)  → SO₂(g) + ½ O₂(g) là bao nhiêu?

Phương pháp giải:

a)

Chuyển 1 mol SO₂ thành SO₃ sinh ra lượng nhiệt là 98,5 kJ

Chuyển x mol SO₂ thành SO₃ sinh ra lượng nhiệt là y kJ

b)

Áp dụng công thức: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$= $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(sp) - $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(bđ)

Lời giải:

a)

- Mol của 74,6 g SO₂ = 74,6 : 64 = 373/320 (mol)

Chuyển 1 mol SO₂ thành SO₃ sinh ra lượng nhiệt là 98,5 kJ

Chuyển 373/320 mol SO₂ thành SO₃ sinh ra lượng nhiệt là y kJ

=>  y = 98,5 x 373/320 = 114,81 kJ

=> Lượng nhiệt giải phóng ra khi chuyển 74,6 g SO₂ thành SO₃ là 114,81 kJ

b)

- Xét phản ứng: SO₂(g) + ½ O₂(g) $\stackrel{t^o,V_2{O}_5}{\to }$ SO₃(g) 

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$= $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(sp) - $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(bđ)

= ${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(SO₃) - ${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(SO₂) – ½ . ${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(O₂) = -98,5 kJ

- Xét phương trình: SO₃(g)  → SO₂(g) + ½ O₂(g)

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$= $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(sp) - $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(bđ)

=${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(SO₂) + ½ . ${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(O₂) - ${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(SO₃) = +98,5 kJ

Bài 5 trang 93 Hóa học 10: Khí hydrogen cháy trong không khí tạo thành nước theo phương trình hóa học sau:

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g)   ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = -483,64 kJ

a) Nước hay hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn? Giải thích

b) Vẽ sơ đồ biến thiên năng lượng của phản ứng giữa hydrogen và oxygen

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$= $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(sp) - $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(bđ)

Lời giải:

a) Xét phản ứng: 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g)  

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$= $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(sp) - $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(bđ)

= 2.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(H₂O) - ${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(O₂) – 2. ${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(H₂) = -483,64  kJ < 0

=> Hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn

b)

Bài 6 trang 93 Hóa học 10: Xét quá trình đốt cháy khí propane C₃H₈(g):

C₃H₈(g) + 5O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ 3CO₂(g) + 4H₂O(g)

Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng dựa vào nhiệt tạo thành của hợp chất (Bảng 13.1) và dựa vào năng lượng liên kết (Bảng 14.1). So sánh hai giá trị đó và rút ra kết luận

Phương pháp giải:

- Dựa vào nhiệt tạo thành: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$= $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(sp) - $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(bđ)

- Dựa vào năng lượng liên kết: ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

Lời giải:

- Dựa vào nhiệt tạo thành: C₃H₈(g) + 5O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ 3CO₂(g) + 4H₂O(g)

Chất	C3H8(g)	O2(g)	CO2(g)	H2O(l)
${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$	-105,00	0	-393,50	-285,84

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$= $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(sp) - $\mathrm{\Sigma }$${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(bđ)

=> ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = 3.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(CO₂) + 4.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(H₂O) - ${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(C₃H₈) – 5.${\mathrm{\Delta }}_f{H}_{298}^o$(O₂)

= 3.(-393,50) + 4.(-285,84) – (-105,00) – 5.0

= -2218,86 kJ

- Dựa vào năng lượng liên kết: C₃H₈(g) + 5O₂(g) $\stackrel{t^o}{\to }$ 3CO₂(g) + 4H₂O(g)

${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = $\mathrm{\Sigma }$E_b(cđ) - $\mathrm{\Sigma }$E_b(sp)

=> ${\mathrm{\Delta }}_r{H}_{298}^o$ = E_b(C₃H₈) + 5.E_b(O₂) – 3.E_b(CO₂) – 4.E_b(H₂O)

=  2.E_b(C-C) + 8.E_b(C-H) + 5.E_b(O=O) – 3.2.E_b(C=O) – 4.2.E_b(O-H)

= 2.347 + 8.413 + 5.498 – 6.745 – 8.467 = -1718 kJ

Lý thuyết 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

Bài giảng Hóa học 10 Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học - Chân trời sáng tạo

Xem thêm các bài giải SGK Hóa học lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Bài 15: Phương trình tốc độ phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng

Bài 16: Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học

Bài 17: Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA