Bài tập Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học có đáp án

Phản ứng có kèm theo sự thay đổi năng lượng dưới dạng nhiệt năng đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống.

Ví dụ:

- Phản ứng đốt cháy than tỏa một lượng nhiệt lớn giúp đun nấu và sưởi ấm.

C + O$_{2}$ $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow }$ CO$_{2}$

- Phản ứng thủy phân collagen thành gelatin (là một loại protein dễ tiêu hóa) diễn ra khi hầm xương động vật là phản ứng thu nhiệt.

- Phương trình hóa học của phản ứng nhiệt nhôm để hàn đường ray:

2Al + Fe$_{2}$O$_{3 \overset{t^{\circ}}{\rightarrow }}$Al$_{2}$O$_{3}$ + 2Fe

- Nhận xét về sự thay đổi nhiệt: Phản ứng tỏa nhiệt rất lớn (trên 2 500$^{o}$C)

- Hiện tượng:

+ Ở bước 1 ghi nhận giá trị của nhiệt kế là khoảng 25$^{o}$C.

+ Ở bước 2, CaO màu trắng tan trong nước, nhiệt độ tăng dần trên trên nhiệt kế.

+ Sau 2 phút ghi nhận giá trị của nhiệt kế là khoảng 50$^{o}$C.

- Kết luận: Nhiệt độ chất lỏng trong cốc tăng lên từ 25$^{o}$C đến 50$^{o}$C

- Giải thích: CaO đã phản với nước theo phương trình: CaO + H$_{2}$O → Ca(OH)$_{2}$

Phản ứng này tỏa nhiệt nên làm nhiệt độ chất lỏng trong cốc tăng.

- Hiện tượng: Cả hai quá trình đều xuất hiện khí bay ra.

- Phương trình hóa học:

+ Đốt cháy than: C + O$_{2}$ $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow }$ CO$_{2}$

+ Đốt cháy ethanol: C$_{2}$H$_{5}$OH + 3O$_{2}$ $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow }$ 2CO$_{2}$ + 3H$_{2}$O

- Cả hai quá trình trên đều làm nhiệt độ môi trường xung quanh tăng lên.

Dự đoán sự thay đổi nhiệt độ của nước trong cốc:

Nhiệt độ của nước trong cốc sẽ giảm đi (hay nước sẽ mát hơn).

- Hiện tượng:

+ Trước khi đốt nóng hỗn hợp không có hiện tượng gì xảy ra.

+ Sau khi đốt nóng, có bọt khí nổi lên và đẩy nước ra khỏi bình tam giác

- Nếu ngừng đốt nóng thì phản ứng dừng lại, khí không được sinh ra thêm nữa.

Phương trình nhiệt hóa học cho biết:

- Nhiệt phản ứng (Nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng).

∆$_{r}$H > 0 ⇒ Phản ứng thu nhiệt.

∆$_{r}$H < 0 ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt.

- Trạng thái của các chất đầu (cđ) và sản phẩm (sp).

(s): rắn

(aq): dung dịch

(l): lỏng

(g): khí.

Phản ứng (1) là thu nhiệt vì ∆$_{r}$${H}_{298}^{o}$ = +131,25 kJ > 0

Phản ứng (2) là tỏa nhiệt vì ∆$_{r}$${H}_{298}^{o}$ = -231,04 kJ < 0

∆$_{f}$${H}_{298}^{o}$(SO$_{2}$, g) = -296,80 kJ/mol < 0

⇒ Hợp chất SO$_{2}$(g) bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền S(s) và O$_{2}$(g).

Các phản ứng có enthalpy tạo thành dương (lấy nhiệt từ môi trường):

Phản ứng tạo thành các chất: C$_{2}$H$_{2}$(g), C$_{2}$H$_{4}$(g), C$_{6}$H$_{6}$(l), CS$_{2}$(aq), HI(g), N$_{2}$O(g), N$_{2}$O$_{4}$(g), NO(g), NO$_{2}$(g).

1J = 0,239 cal

⇒ 1 kJ = 0,239 kcal

∆$_{f}$${H}_{298}^{o}$(Fe$_{2}$O$_{3}$, s) = -825,50 kJ/mol = -825,50 . 0,239 kcal/mol = -197,29 kcal/mol

∆$_{f}$${H}_{298}^{o}$(NO, g) = +90,29 kJ/mol = +21,58 kcal/mol

∆$_{f}$${H}_{298}^{o}$(H$_{2}$O, g) = -241,82 kJ/mol = -57,79 kcal/mol

∆$_{f}$${H}_{298}^{o}$(C$_{2}$H$_{5}$OH, l) = -277,63 kJ/mol = -66,35 kcal/mol

Biến thiên enthalpy của phản ứng: ∆$_{r}$${H}_{298}^{o}$ = -111,68 kJ < 0

∆$_{f}$${H}_{298}^{o}$(sp) < ∆$_{f}$${H}_{298}^{o}$(cđ)

CaCO$_{3}$(s) $\overset{t^{\circ}}{\rightarrow }$ CaO(s) + CO$_{2}$(g) ∆$_{r}$${H}_{298}^{o}$ = +178,49 kJ

Sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng nhiệt phân CaCO$_{3}$

Nhiệt phản ứng (2) (∆$_{r}$ ${H}_{298}^{o}$= -546,00 kJ) âm hơn nhiệt phản ứng (1) (∆$_{r}$${H}_{298}^{o}$ = -283,00 kJ)

⇒ Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn.

NaHCO$_{3}$(s) + CH$_{3}$COOH(aq) → CH$_{3}$COONa(aq) + CO$_{2}$(g) + H$_{2}$O(l) ∆$_{r}$${H}_{298}^{o}$ = 94,30kJ

- Phản ứng trên là thu nhiệt vì ∆$_{r}$${H}_{298}^{o}$= 94,30kJ > 0$_{{H}_{298}^{o}}$

- Một số ứng dụng khác của phản ứng trên:

+ Thông tắc cống, bồn cầu, máy giặt, bồn rửa bát,…

+ Làm xốp bánh.

+ Tẩy trắng quần áo, giày dép, răng miệng.

+ Vệ sinh cơ thể, tẩy tế bào chết cho da.

+ Hút ẩm giày, tủ quần áo.

Đáp án đúng là: D

∆$_{r}$${H}_{298}^{o}$= +180 kJ > 0

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

Đáp án đúng là: A

Phản ứng có biến thiên enthalpy là ∆$_{r}$ ${H}_{298}^{o}$= -a kJ < 0 ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt

Năng lượng chất tham gia phản ứng lớn hơn năng lượng chất sản phẩm.

Đáp án đúng là: A

Phản ứng giữa hydrochloric acid (HCl) và sodium hydroxide (NaOH) là phản ứng tỏa nhiệt (∆$_{r}$${H}_{298}^{o}$= -57,3 kJ).

Khi hydrochloric acid (HCl) phản ứng với sodium hydroxide (NaOH) nhiệt độ tăng dần. Đến khi phản ứng kết thúc, nhiệt độ sẽ giảm dần để cân bằng với nhiệt độ môi trường.

Sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng: