Lý thuyết Phản ứng hóa học và enthalpy (Cánh diều 2024) Hóa 10

Lý thuyết Hóa học lớp 10 Bài 14: Phản ứng hóa học và enthalpy

A. Lý thuyết Phản ứng hóa học và enthalpy

I. Phản ứng tỏa nhiệt và phản ứng thu nhiệt

Các phản ứng hóa học khi xảy ra luôn kèm theo sự giải phóng hoặc hấp thụ năng lượng. Năng lượng này gọi là năng lượng hóa học.

- Phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng tỏa nhiệt.

Ví dụ: Cho vôi sống (CaO) tác dụng với nước sinh ra Ca(OH)2, phản ứng tỏa nhiều nhiệt.

CaO(s) + H2O(l) $\stackrel{}{\to }$ Ca(OH)2(s)

- Phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng thu nhiệt.

Ví dụ: Nung đá vôi thu được vôi sống và khí CO2, phản ứng thu nhiệt.

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

- Các phản ứng kèm theo sự thay đổi năng lượng dạng nhiệt rất phổ biến trong tự nhiên.

+ Phản ứng đốt cháy nhiên liệu (than, gỗm cồn, ...), phản ứng tạo gỉ sắt, phản ứng oxi hóa glucose trong cơ thể, ...

+ Phản ứng trong lò nung vôi, nung clinker xi măng, ... là các phản ứng thu nhiệt.

- Với cùng một phản ứng, ở điều kiện khác nhau về nhiệt độ, áp suất thì lượng nhiệt kèm theo cũng khác nhau.

- Để thuận tiện cho việc so sánh lượng nhiệt kèm theo, người ta sử dụng điều kiện chuẩn và quy định như sau:

Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol L-1 (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ thường được chọn là 298K (25oC).
Lưu ý: Kí hiệu thể của chất

g (gas): chất khí

s (solid): chất rắn

l (liquid): chất lỏng

aq (aqueous): chất tan trong nước

II. Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

1. Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất hóa học

- Enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) của một chất, kí hiệu là Δf$H_{298}^0,$là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn.

- Khi phản ứng tỏa nhiệt Δf $H_{298}^0$< 0.

- Khi phản thu tỏa nhiệt Δf $H_{298}^0$> 0.

Ví dụ 1: Ở điều kiện chuẩn, phản ứng của 1 mol Na (thể rắn) với 0,5 mol Cl2 (thể khí) thu được 1 mol NaCl (thể rắn) và giải phóng 411,2 kJ nhiệt. Biết rằng, ở điều kiện chuẩn, Na thể rắn bền hơn Na ở thể lỏng; chlorine dạng phân tử Cl2 bền hơn dạng nguyên tử Cl.

Ta nói enthalpy tạo thành của NaCl rắn ở điều kiện chuẩn là - 411,2 kJ mol-1. Phản ứng trên được biểu diễn như sau:

Na(s) + $\frac{1}{2}$Cl2(g) $\stackrel{}{\to }$ NaCl(s)               Δf $H_{298}^0$= - 411,2 kJmol-1

Ví dụ 2: Ở điều kiện chuẩn, cần phải cung cấp 91,3 kJ nhiệt lượng cho quá trình 0,5 mol N2(g) phản ứng với 0,5 mol O2(g) để thu được 1 mol NO(g).

Như vậy, enthalpy tạo thành chuẩn của NO ở thể khí là 91,3 kJmol-1. Phản ứng trên được biểu diễn như sau:

$\frac{1}{2}$N2(s) + $\frac{1}{2}$O2(g) $\stackrel{}{\to }$ NO(g)               Δf $H_{298}^0$= 91,3 kJmol-1

Lưu ý: Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất bền nhất đều bằng 0.

Ví dụ: Δf $H_{298}^0$(Na(s)) = 0 kJmol-1                  Δf $H_{298}^0$(Cl2(g)) = 0 kJmol-1

2. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng hóa học

- Khái niệm: Biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hóa học, kí hiệu là Δr $H_{298}^0$ hính là lượng nhiệt (tỏa ra hoặc thu vào) của phản ứng đó ở điều kiện chuẩn.

Ví dụ 1: Phản ứng đốt cháy ethanol (C2H5OH) tỏa rất nhiều nhiệt.

C2H5OH(l) + 3O2(g) $\stackrel{}{\to }$ 2CO2(g) + 3H2O(l)               Δr$H_{298}^0$= -1368 kJmol-1

Như vậy, ở điều kiện chuẩn khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol C2H5OH, sản phẩm là CO2(g) và H2O(l), thì sẽ giải phóng một lượng nhiệt là 1368 kJ.

Lưu ý: Cũng phản ứng này, nếu nước ở thể hơi thì giá trị Δr$H_{298}^0$sẽ khác đi. Đây là lí do cần phải ghi rõ thể của các chất khi viết phương trình các phản ứng có kèm theo giá trị Δr$H_{298}^0$

Ví dụ 2: Phản ứng nhiệt phân CuO là phản ứng thu nhiệt:

2CuO(s) $\stackrel{}{\to }$ Cu2O(s) + $\frac{1}{2}$O2(g)                             Δr$H_{298}^0$= 287,4 kJmol-1

Ở điều kiện chuẩn, để thu được 1 mol Cu2O(s) từ CuO(s), cần phải cung cấp 287,4 kJ nhiệt lượng.

Ví dụ 3: Phản ứng trung hòa giữa NaOH và HCl là phản ứng tỏa nhiệt.

NaOH(aq) + HCl(aq) $\stackrel{}{\to }$ NaCl(aq) + H2O(l)           Δr$H_{298}^0$= -57,9 kJmol-1

B. Trắc nghiệm Phản ứng hóa học và enthalpy

Câu 1. Cho phản ứng: N2 (g) + 3H2 (g) ⟶ 2NH3 (g)

Ở điều kiện chuẩn, cứ 1 mol N2 phản ứng hết sẽ tỏa ra 92,22 kJ. Enthalpy tạo thành chuẩn của NH3 là

A. ${\Delta }_f{H}_{298}^0$ = − 92,22 kJ mol−1

B. ${\Delta }_f{H}_{298}^0$ = 92,22 kJ mol−1

C. ${\Delta }_f{H}_{298}^0$ = − 46,11 kJ mol−1

D. ${\Delta }_f{H}_{298}^0$ = 46,11 kJ mol−1

Đáp án: C

Giải thích:

N2 (g) + 3H2 (g) ⟶ 2NH3 (g)

Ta có, cứ 1 mol N2 phản ứng hết sẽ tỏa ra 92,22 kJ và tạo thành 2 mol NH3

⇒ cứ 0,5 mol N2 phản ứng hết sẽ tỏa ra 92,22.0,5 = 46,11 (kJ) và tạo thành 1 mol NH3

Mà đây là phản ứng tỏa nhiệt nên  < 0.

Vậy enthalpy tạo thành chuẩn của NH3 là  = − 46,11 kJ mol−1

Câu 2. Phản ứng nào dưới đây cần cung cấp năng lượng trong quá trình phản ứng?

A. Phản ứng tạo gỉ kim loại

B. Phản ứng quang hợp

C. Phản ứng nhiệt phân

D. Phản ứng đốt cháy

Đáp án: C

Giải thích:

Phản ứng tạo gỉ kim loại, phản ứng quang hợp không cần cung cấp nhiệt.

Phản ứng nhiệt phân cần cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt trong quá trình phản ứng. Dừng cung cấp nhiệt phản ứng sẽ dừng lại.

Ví dụ: CaCO3  CaO + CO2

Phản ứng đốt cháy chỉ cần nhiệt lúc khơi mào phản ứng. Sau đó phản ứng tự tỏa nhiệt để duy trì.

Câu 3. Khẳng định đúng là

A. Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất đều bằng 0

B. Enthalpy tạo thành chuẩn của các hợp chất đều bằng 0

C. Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất bền nhất đều bằng 0

D. Cả A, B và C đều sai

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất bền nhất đều bằng 0.

Câu 4. Biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hóa học (${\Delta }_r{H}_{298}^0$) chính là

A. lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn

B. lượng nhiệt tỏa ra của phản ứng đó ở điều kiện chuẩn

C. lượng nhiệt thu vào của phản ứng đó ở điều kiện chuẩn

D. Cả B và C đều đúng

Đáp án: D

Giải thích:

Biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hóa học () chính là lượng nhiệt tỏa ra hoặc thu vào của phản ứng đó ở điều kiện chuẩn.

Câu 5. Cho phản ứng: 2Na (s) + $\frac{1}{2}$O2 (g) ⟶ Na2O (s) có ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = − 418,0 kJ mol−1.

Nếu chỉ thu được 0,2 mol Na2O ở điều kiện chuẩn thì lượng nhiệt tỏa ra là

A. 418 kJ

B. 209 kJ

C. 836 kJ

D. 83,6 kJ

Đáp án: D

Giải thích:

Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất () là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn.

2Na (s) + O2 (g) ⟶ Na2O (s) có  = − 418,0 kJ mol−1

Nếu tạo thành 1 mol Na2O thì lượng nhiệt tỏa ra là 418,0 kJ

Vậy nếu tạo thành 0,2 mol Na2O thì lượng nhiệt tỏa ra là 418,0 . 0,2 = 83,6 (kJ)

Câu 6. Cho các phát biểu sau

(1) Phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng tỏa nhiệt.

(2) Phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng thu nhiệt.

(3) Phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng tỏa nhiệt.

(4) Phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng thu nhiệt.

Các phát biểu đúng là

A. (1) và (2)

B. (1) và (4)

C. (2) và (3)

D. (3) và (4)

Đáp án: B

Giải thích:

Các phát biểu đúng là

(1) Phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng tỏa nhiệt.

(4) Phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng thu nhiệt.

Câu 7. Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với

A. 1 bar (đối với chất khí)

B. nồng độ 1 mol L−1 (đối với chất tan trong dung dịch)

C. nhiệt độ thường được chọn là 298 K (25° C)

D. Cả A, B và C

Đáp án: D

Giải thích:

Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với 1 bar (đối với chất khí); nồng độ 1 mol L−1 (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ thường được chọn là 298 K (25° C).

Câu 8. Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất (${\Delta }_f{H}_{298}^0$) là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành

A. 1 gam chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn

B. 1 gam chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện tiêu chuẩn

C. 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn

D. 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện tiêu chuẩn

Đáp án: C

Giải thích:

Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất () là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn.

Câu 9. Ở điều kiện chuẩn. Khi phản ứng tỏa nhiệt thì

A. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ > 0

B. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$= 0

C. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$< 0

D. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$≤ 0

Đáp án: C

Giải thích:

Ở điều kiện chuẩn. Khi phản ứng tỏa nhiệt thì  ≤ 0

Câu 10. Ở điều kiện chuẩn. Khi phản ứng thu nhiệt thì

A. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ > 0

B. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = 0

C. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ < 0

D. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ ≥ 0

Đáp án: A

Giải thích:

Ở điều kiện chuẩn. Khi phản ứng thu nhiệt thì  > 0.

Câu 11. Cho phản ứng: CH4 (g) + 2O2 (g) ⟶ CO2 (g) + 2H2O (l) ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = − 890,5 kJ.

Phản ứng $\frac{1}{2}$CH4 (g) + O2 (g) ⟶ $\frac{1}{2}$CO2 (g) + H2O (l) có giá trị ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ là

A. − 890,5 kJ

B. 890,5 kJ

C. – 445,25 kJ

D. 445,25 kJ

Đáp án: C

Giải thích:

Đáp án đúng là: C

 = − 890,5. = – 445,25 (kJ)

Câu 12. Đốt cháy hoàn toàn 1 gam C2H2 (g) ở điều kiện chuẩn, thu được CO2 (g) và H2O (l), giải phóng 50,01 kJ. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy 1 mol C2H2 (g) là

A. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = − 50,01 kJ

B. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = 50,01 kJ

C. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = − 1300,26 kJ

D. ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = 1300,26 kJ

Đáp án: C

Giải thích:

 =  (mol)

Vậy đốt cháy  mol C2H2 (g) giải phóng 50,01 kJ.

⇒ đốt cháy 1 mol C2H2 (g) giải phóng  (kJ)

Vì giải phóng năng lượng nên  < 0. Vậy  = − 1300,26 kJ

Câu 13. Ở đều kiện chuẩn, cần phải đốt cháy hoàn toàn bao nhiêu gam CH4 (g) để cung cấp đủ nhiệt cho phản ứng tạo 1 mol CaO (s) bằng cách nung CaCO3 (s). Giả thiết hiệu suất các quá trình đều là 100%.

A. 0,2 gam

B. 3,2 gam

C. 5 gam

D. 80 gam

Đáp án: B

Giải thích:

Ta có: CaCO3 (s) ⟶ CaO (s) + CO2 (g)  = 179,2 kJ

Để thu được 1 mol CaO (s) cần cung cấp 179,2 kJ nhiệt lượng.

Lại có: CH4 (g) + 2O2 (g) ⟶ CO2 (g) + 2H2O (l)  = − 890,5 kJ

Cứ đốt cháy hoàn toàn 1 mol CH4 (g) thì giải phóng nhiệt lượng là 890,5 kJ

⇒ Để thu được 1 mol CaO (s) cần đốt cháy  (mol) CH4 (g)

⇒  ≈ 3,2 (gam)

Câu 14. Cho biết phản ứng tạo thành 2 mol HCl (g) ở điều kiện chuẩn tỏa ra 184,6 kJ:

H2 (g) + Cl2 (g) ⟶ 2HCl (g) (*)

Những phát biểu nào dưới đây đúng?

(1) Nhiệt tạo thành chuẩn của HCl (g) là − 184,6 kJ mol−1.

(2) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (*) là − 184,6 kJ.

(3) Nhiệt tạo thành chuẩn của HCl (g) là – 92,3 kJ mol−1.

(4) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (*) là – 92,3 kJ.

A. (1) và (2)

B. (2) và (3)

C. (3) và (4)

D. (1) và (4)

Đáp án: B

Giải thích:

(1) Nhiệt tạo thành chuẩn của HCl (g) là − 184,6 kJ mol−1. ⇒ sai vì − 184,6 kJ mol−1 là nhiệt tạo thành của 2 mol HCl (g).

(2) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (*) là − 184,6 kJ. ⇒ đúng.

(3) Nhiệt tạo thành chuẩn của HCl (g) là – 92,3 kJ mol−1. ⇒ đúng.

(4) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (*) là – 92,3 kJ. ⇒ sai vì phản ứng (*) ứng với 2 mol HCl (g).

Câu 15. Cho phản ứng:

NaOH (aq) + HCl (aq) ⟶ NaCl (aq) + H2O (l) (*) ${\Delta }_r{H}_{298}^0$ = − 57,9 kJ.

Khẳng định sai là

A. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (*) là − 57,9 kJ

B. Nhiệt tạo thành chuẩn của NaCl (aq) là − 57,9 kJ mol−1

C. Phản ứng (*) là phản ứng tỏa nhiệt

D. Phản ứng (*) làm nóng môi trường xung quanh

Đáp án: B

Giải thích:

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (*) là − 57,9 kJ ⇒ đúng.

Nhiệt tạo thành chuẩn của NaCl (aq) là − 57,9 kJ mol−1 ⇒ sai vì đây không phải phản ứng tạo thành NaCl từ các đơn chất ở dạng bền nhất.

 Phản ứng (*) là phản ứng tỏa nhiệt ⇒ đúng vì  < 0

Phản ứng (*) làm nóng môi trường xung quanh ⇒ đúng vì phản ứng tỏa nhiệt làm nóng môi trường xung quanh.

Bài giảng Hóa học 10 Bài 14: Phản ứng hóa học và enthalpy - Cánh diều