Enthalpy tạo thành (nhiệt tạo thành) - Hóa 10 Chân trời sáng tạo

Enthalpy tạo thành (nhiệt tạo thành)- Hóa 10 Chân trời sáng tạo I. Enthalpy tạo thành là gì? Enthalpy tạo thành (ký hiệu: ΔH⁰f) là nhiệt lư...

Enthalpy tạo thành (nhiệt tạo thành)- Hóa 10 Chân trời sáng tạo

I. Enthalpy tạo thành là gì?

Enthalpy tạo thành (ký hiệu: ΔH⁰f) là nhiệt lượng (enthalpy) hấp thụ hoặc tỏa ra khi tạo thành 1 mol một chất từ các nguyên tố tạo nên nó trong điều kiện tiêu chuẩn (25°C, 1 atm).

Đây là đại lượng quan trọng trong nhiệt hóa học giúp chúng ta dự đoán và tính toán năng lượng liên quan đến phản ứng.

II. Kiến thức cần nhớ

Ký hiệu: ΔH⁰f hoặc ΔHf chuẩn

Đơn vị: kJ/mol

ΔHf⁰ < 0: Phản ứng tạo thành tỏa nhiệt (thường gặp ở các hợp chất bền)

ΔHf⁰ > 0: Phản ứng tạo thành thu nhiệt

ΔHf⁰ của các nguyên tố ở dạng chuẩn: Luôn = 0 (ví dụ: O₂ khí, H₂ khí, C dạng graphit…)

III. Ví dụ

1. Tạo thành nước (H₂O):

H2(g) + (1/2)O2(g) → H 2O(l)

ΔH f∘ =−285.8 kJ/mol

Nghĩa là: khi tạo ra 1 mol nước lỏng từ khí H₂ và O₂ thì tỏa ra 285,8 kJ nhiệt.

2. Tạo thành CO₂:

C(graphit)+ O2 (g) → CO2(g)

ΔH f∘ =−393.5 kJ/mol

→ CO₂ có enthalpy tạo thành âm → là sản phẩm rất bền → thường xuất hiện trong phản ứng đốt cháy.

IV. Ứng dụng của Enthalpy tạo thành - nhiệt tạo thành trong thực tế

Ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực công nghiệp năng lượng: Tính toán nhiệt sinh ra từ phản ứng đốt cháy nhiên liệu: than, xăng, khí tự nhiên

Tính toán năng lượng sinh ra từ đốt cháy nhiên liệu
Các phản ứng đốt cháy than, xăng, dầu, khí tự nhiên đều là phản ứng tỏa nhiệt, tức ΔH < 0.
Nhờ tính được ΔH (enthalpy phản ứng), kỹ sư có thể ước lượng nhiệt lượng sinh ra trong các nhà máy nhiệt điện, động cơ đốt trong.
Ví dụ thực tiễn:
Đốt cháy 1 mol CH₄ (khí metan) giải phóng khoảng -890 kJ/mol, cung cấp năng lượng cho hệ thống sưởi ấm, nấu ăn hoặc phát điện.

Ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực thiết kế phản ứng hóa học: Lựa chọn phản ứng tối ưu về năng lượng: chọn phản ứng tỏa nhiệt để tiết kiệm năng lượng

Tối ưu phản ứng tiết kiệm năng lượng
Kỹ sư hóa học lựa chọn các phản ứng tỏa nhiệt thay vì phản ứng thu nhiệt để giảm tiêu hao năng lượng.
Việc tính enthalpy giúp xác định hướng thuận lợi của phản ứng, góp phần thiết kế quy trình hiệu quả hơn.
Ví dụ:
Trong sản xuất axit sulfuric (H₂SO₄), phản ứng oxi hóa SO₂ thành SO₃ là phản ứng tỏa nhiệt mạnh. Việc thu hồi nhiệt từ phản ứng này giúp tiết kiệm nhiên liệu.

Ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực sản xuất pin và acquy: Đánh giá năng lượng trong các phản ứng điện hóa nhờ vào giá trị ΔH.

Dự đoán năng lượng từ các phản ứng điện hóa
Enthalpy liên quan đến thế điện cực và hiệu suất năng lượng trong pin.
Từ ΔH và ΔG (năng lượng tự do Gibbs), ta có thể đánh giá hiệu quả và độ an toàn của pin, acquy.
Ví dụ thực tiễn:
Pin kẽm–carbon (Zn–MnO₂) là hệ tỏa nhiệt nhẹ, dễ kiểm soát. Ngược lại, pin lithium-ion có hiệu suất năng lượng cao nhưng cần kiểm soát nhiệt tốt để tránh cháy nổ.

Ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm: Tính năng lượng sinh ra khi cơ thể hấp thụ thực phẩm – hỗ trợ tính calo

Tính calo từ phản ứng đốt cháy thực phẩm
Thực phẩm khi vào cơ thể bị phân giải (oxid hóa) sinh năng lượng – biểu thị bằng đơn vị kcal hoặc kJ.
Dựa vào enthalpy của phản ứng phân hủy carbohydrate, protein, lipid, chuyên gia có thể tính được năng lượng cung cấp cho cơ thể.
Ví dụ thực tiễn:
1g glucose (C₆H₁₂O₆) sinh ra ~17 kJ (4 kcal) khi phân hủy hoàn toàn. Đây là nguyên lý tính calo trong thực phẩm đóng gói.

Ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực Y – Sinh học – Dược học: Tính toán năng lượng khi phân giải ATP hoặc tổng hợp protein trong tế bào

Tính năng lượng trong phản ứng sinh hóa như phân giải ATP, tổng hợp protein
Trong tế bào, ATP là "đồng tiền năng lượng".
Phản ứng phân giải ATP thành ADP có ΔH ~ -30.5 kJ/mol, cung cấp năng lượng cho vận động, tổng hợp protein, dẫn truyền thần kinh…
Ví dụ thực tiễn:
Khi bạn chạy bộ, cơ bắp cần năng lượng từ hàng triệu phản ứng phân giải ATP để co duỗi liên tục.

Ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực môi trường – Nhiên liệu sạch: Đánh giá mức độ hiệu quả của phản ứng cháy sạch như: hydrogen fuel cell, ethanol, biodiesel…

So sánh hiệu suất năng lượng của các nhiên liệu mới
Nhờ enthalpy, ta có thể đánh giá phản ứng cháy nào hiệu quả, ít khí thải hơn.
Đây là công cụ hỗ trợ nghiên cứu hydrogen fuel cell, ethanol sinh học, diesel sinh học (biodiesel) – những nhiên liệu bền vững và thân thiện môi trường.

Ví dụ thực tiễn:

Hydrogen fuel cell: 2H₂ + O₂ → 2H₂O, ΔH = -286 kJ/mol. Sản phẩm là nước tinh khiết, không khí CO₂ – cực kỳ sạch.

V. Mẹo học nhanh

Ghi nhớ công thức tính enthalpy phản ứng từ ΔH tạo thành:

ΔH∘ = ∑ΔH f∘(sản phẩm)− ∑ΔH f∘(phản ứng)

Nguyên tố dạng chuẩn luôn có ΔHf⁰ = 0 → không cần tính trong công thức

Giá trị ΔHf càng âm → chất càng bền về mặt nhiệt

VI. Kết luận

Enthalpy tạo thành của một chất (nhiệt tạo thành của một chất) là công cụ giúp chúng ta hiểu sâu về năng lượng của các phản ứng hóa học. Dù là thiết kế động cơ đốt trong, sản xuất thuốc, chế tạo pin hay đơn giản là hiểu cách cơ thể chuyển hóa thực phẩm – nhiệt tạo thành luôn đóng vai trò trung tâm.

Học tốt enthalpy tạo thành là nền tảng để chinh phục nhiệt hóa học – một trong những chủ đề hay và ứng dụng rộng rãi nhất trong hóa học và đời sống.

Xem thêm:

Bài 13:

Bài tập chương 5: Năng Lượng hóa học.

Phản ứng tỏa nhiệt và phản ứng thu nhiệt - Hóa học 10 chân trời sáng tạo.

Công thức tính biến thiên Enthalpy chuẩn của phản ứng hóa học.

Hướng dẫn viết phương trình nhiệt hóa học từ sơ đồ biểu diễn biến thiên Enthalpy.

Hướng dẫn viết phương trình nhiệt hóa học tương ứng với sơ đồ biểu diễn biến thiên Enthalpy.

Enthalpy tạo thành của một chất - Nhiệt tạo thành của một chất.

Bài 14:

Tính biến thiên Enthalpy của phản ứng theo hệ số tỉ lượng - Hóa học 10 chân trời sáng tạo.

Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết - Hóa Học 10 Chân trời sáng tạo.