Lý thuyết Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học (Chân trời sáng tạo 2024) Hóa 10

Lý thuyết Hóa học lớp 10 Bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

A. Lý thuyết Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

I. Phản ứng tỏa nhiệt

- Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng có sự giải phóng nhiệt năng ra môi trường.

- Ví dụ:

+ Phản ứng nhiệt nhôm tỏa một lượng nhiệt rất lớn làm nóng chảy hỗn hợp chất phản ứng và sắt sinh ra. Ứng dụng để hàn đường ray

2Al + Fe2O3 $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$Al2O3 + 2Fe

+ Phản ứng đốt cháy than tỏa một lượng nhiệt lớn giúp nấu chín thức ăn và sưởi ấm.

C + O2 $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$ CO2

II. Phản ứng thu nhiệt

- Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

Ví dụ: Phản ứng nung đá vôi là phản ứng thu nhiệt:

CaCO3(s) $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$ CaO(s) + CO2(g)

Nếu ngừng cung cấp nhiệt thì phản ứng sẽ không tiếp tục xảy ra.

III. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng

1. Biến thiên enthalpy của phản ứng

- Biến thiên enthalpy của phản ứng (hay nhiệt phản ứng) được kí hiệu là ∆rH, thường tính theo đơn vị kJ hoặc kcal.

- Biến thiên enthalpy của phản ứng là nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của một phản ứng hóa học trong quá trình đẳng áp (áp suất không đổi).

- Biến thiên enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của một phản ứng hóa học, được kí hiệu ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$, là nhiệt kèm theo phản ứng đó trong điều kiện chuẩn.

- Điều kiện chuẩn: áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/ L (đối với chất tan trong dung dịch) và thường chọn nhiệt độ 25oC (hay 298K).

2. Phương trình nhiệt hóa học

- Phương trình nhiệt hóa học là phương trình phản ứng hóa học có kèm theo nhiệt phản ứng và trạng thái của các chất đầu (cđ) và sản phẩm (sp).

- Phản ứng thu nhiệt (hệ nhận nhiệt của môi trường) thì ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}>0$.

- Phản ứng tỏa nhiệt (hệ tỏa nhiệt ra môi trường) thì ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}<0$

Ví dụ:

C(s) + H2O(g) $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$ CO(g) + H2(g)             ∆ r${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$ = +131,25 kJ > 0                 (1)

⇒ Phản ứng (1) là phản ứng thu nhiệt.

CuSO4 (aq) + Zn(s) → ZnSO4(aq) + Cu(s)     ∆ r${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$ = -231,04 kJ  < 0         (2)

⇒ Phản ứng (2) là phản ứng tỏa nhiệt.

IV. Enthalpy tạo thành (nhiệt tạo thành)

- Enthalpy tạo thành của một chất là nhiệt kèm theo phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền nhất.

- Enthalpy tạo thành (hay nhiệt tạo thành) được kí hiệu bằng ∆fH, thường được tính theo đơn vị kJ/ mol hoặc kcal/ mol.

- Enthalpy tạo thành trong điều kiện chuẩn được gọi là enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) và được kí hiệu là ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$.

Chú ý:

1. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$của đơn chất bền nhất bằng 0 (xét ở điều kiện chuẩn).

2. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$< 0, chất bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền tạo nên nó.

3. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$> 0, chất kém bền hơn mặt năng lượng so với các đơn chất bền tạo nên nó.

V. Ý nghĩa của dấu và giá trị ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$

- Phản ứng tỏa nhiệt: $\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{sp}\right)<\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{c}\text{d}\right)\Rightarrow {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}<0$

- Phản ứng thu nhiệt: $\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{sp}\right)>\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{c}\text{d}\right)\Rightarrow {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}>0$

- Thường các phản ứng có ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$ < 0 thì xảy ra thuận lợi.

Chú ý: Phản ứng thu nhiệt cần cung cấp nhiệt liên tục, nếu dừng cung cấp nhiệt phản ứng sẽ không tiếp diễn

B. Trắc nghiệm Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Câu 1. Cho các phát biểu sau

(1) Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự giải phóng nhiệt năng ra môi trường.

(2) Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

(3) Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

(4) Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự giải phóng nhiệt năng ra môi trường.

Các phát biểu đúng là

A. (1) và (2);

B. (1) và (4);

C. (2) và (3);

D. (3) và (4).

Câu 2. Phản ứng nào trong các phản ứng dưới đây là phản ứng thu nhiệt?

A. Vôi sống tác dụng với nước: CaO + H2O ⟶Ca(OH)2

B. Đốt cháy than: C + O2 $\stackrel{t^o}{\to }$ CO2

C. Đốt cháy cồn: C2H5OH + 3O2 $\stackrel{t^o}{\to }$ 2CO2 + 3H2O

D. Nung đá vôi: CaCO3 $\stackrel{t^o}{\to }$ CaO + CO2

Câu 3. Cho 2 phương trình nhiệt hóa học sau:

C (s) + H2O (g) $\stackrel{t^o}{\to }$ CO (g) + H2 (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$ = + 131,25 kJ (1)

CuSO4 (aq) + Zn (s) $\stackrel{t^o}{\to }$ ZnSO4 (aq) + Cu (s) ${∆}_r{H}_{298}^0$ = −231,04 kJ (2)

Khẳng định đúng là

A. Phản ứng (1) là phản ứng tỏa nhiệt, phản ứng (2) là phản ứng thu nhiệt;

B. Phản ứng (1) là phản ứng thu nhiệt, phản ứng (2) là phản ứng tỏa nhiệt;

C. Phản ứng (1) và phản ứng (2) là phản ứng thu nhiệt;

D. Phản ứng (1) và phản ứng (2) là phản ứng tỏa nhiệt.

Câu 4. Enthalpy tạo thành của một chất (${∆}_{f}H$) là nhiệt kèm theo phản ứng tạo thành

A. 1 gam chất đó từ các đơn chất bền nhất;

B. 1 lít chất đó từ các đơn chất dạng bền nhất;

C. 1 mol chất đó từ các đơn chất bền nhất;

D. 1 mol chất đó từ các hợp chất bền nhất.

Câu 5. Cho phản ứng sau:

S (s) + O2 (g) $\stackrel{t^o}{\to }$ SO2 (g) ${∆}_f{H}_{298}^0$ (SO2, g) = – 296,8 kJ/mol

Khẳng định sai là

A. ${∆}_f{H}_{298}^0$ (SO2, g) = – 296,8 kJ/mol là lượng nhiệt tỏa ra khi tạo ra 1 mol SO2 (g) từ đơn chất S (s) và O2 (g), đây là các đơn chất bền nhất ở điều kiện chuẩn;

B. Ở điều kiện chuẩn ${∆}_f{H}_{298}^0$ (O2, g) = 0;

C. Ở điều kiện chuẩn ${∆}_f{H}_{298}^0$ (S, s) = 0;

D. Hợp chất SO2(g) kém bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền S (s) và O2 (g).

Câu 6. Cho ${∆}_f{H}_{298}^0$ (Fe2O3, s) = − 825,5 kJ/mol. Biết 1 J = 0,239 cal. Enthalpy tạo thành chuẩn theo đơn vị (kcal) của Fe2O3 (s) là

A. 197,2945 kJ/mol;

B. − 197,2945 kJ/mol;

C. 3454 kJ/mol;

D. − 3454 kJ/mol.

Câu 7. Cho phản ứng: Na (s) + $\frac{1}{2}$Cl2 (g) ⟶NaCl (s) có ${∆}_f{H}_{298}^0$(NaCl, s) = − 411,1 kJ/mol.

Nếu chỉ thu được 0,5 mol NaCl (s) ở điều kiện chuẩn thì lượng nhiệt tỏa ra là

A. 411,1 kJ;

B. 25,55 kJ;

C. 250,55 kJ;

D. 205,55 kJ.

Câu 11. Cho phản ứng: N2 (g) + 3H2 (g) ⟶ 2NH3 (g)

Ở điều kiện chuẩn, cứ 1 mol N2 phản ứng hết sẽ tỏa ra 91,8 kJ. Enthalpy tạo thành chuẩn của NH3 là

A. ${∆}_f{H}_{298}^0$ = − 91,8 kJ/mol;

B. ${∆}_f{H}_{298}^0$ = 91,8 kJ/mol;

C. ${∆}_f{H}_{298}^0$ = − 45,9 kJ/mol;

D. ${∆}_f{H}_{298}^0$ = 45,9 kJ/mol.

Câu 12. Cho biết phản ứng tạo thành 2 mol HCl (g) ở điều kiện chuẩn tỏa ra 184,62 kJ:

H2 (g) + Cl2 (g)⟶ 2HCl (g) (*)

Những phát biểu nào dưới đây đúng?

(1) Enthalpy tạo thành chuẩn của HCl (g) là − 184,62 kJ/mol.

(2) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (*) là − 184,62 kJ.

(3) Enthalpy tạo thành chuẩn của HCl (g) là – 92,31 kJ/mol.

(4) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (*) là 184,62 kJ.

A. (1) và (2);

B. (2) và (3);

C. (3) và (4);

D. (1) và (4).

Câu 13. Cho các phản ứng dưới đây:

(1) CO (g) + $\frac{1}{2}$O2 (g) ⟶ CO2 (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$= − 283 kJ

(2) C (s) + H2O (g) $\stackrel{t^o}{\to }$ CO (g) + H2 (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$ = + 131,25 kJ

(3) H2 (g) + F2 (g) ⟶ 2HF (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$= − 546 kJ

(4) H2 (g) + Cl2 (g)⟶ 2HCl (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$= − 184,62 kJ

Phản ứng xảy ra thuận lợi nhất là

A. Phản ứng (1);

B. Phản ứng (2);

C. Phản ứng (3);

D. Phản ứng (4).

Câu 14. Phương trình nhiệt hóa học giữa nitrogen và oxygen như sau:

N2 (g) + O2 (g) ⟶ 2NO (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$ = +180 kJ

Kết luận nào sau đây đúng?

A. Nitrogen và oxygen phản ứng mạnh hơn khi ở nhiệt độ thấp;

B. Phản ứng tỏa nhiệt;

C. Phản ứng xảy ra thuận lợi hơn ở điều kiện thường;

D. Phản ứng hóa học xảy ra có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

Câu 15. Biến thiên enthalpy của một phản ứng được ghi ở sơ đồ dưới đây. Kết luận nào sau đây là đúng?

A. Phản ứng tỏa nhiệt;

B. Năng lượng chất tham gia phản ứng nhỏ hơn năng lượng sản phẩm;

C. Biến thiên enthalpy của phản ứng là a kJ/mol;

D. Phản ứng thu nhiệt.

Bài giảng Hóa học 10 Bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học - Chân trời sáng tạo