Kiến thức trọng tâm Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học - hóa học 10 Chân trời sáng tạo

Kiến thức trọng tâm Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học - hóa học 10 Chân trời sáng tạo Năng lượng – yếu tố quyết định của...

Kiến thức trọng tâm Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học - hóa học 10 Chân trời sáng tạo

Năng lượng – yếu tố quyết định của mọi phản ứng

Mỗi phản ứng hóa học không chỉ biến đổi chất, mà còn biến đổi năng lượng. Hiểu và tính toán sự biến thiên enthalpy (ΔH) giúp chúng ta:

Dự đoán chiều phản ứng,
Tính hiệu suất năng lượng,
Ứng dụng trong công nghiệp, y học, sinh học và năng lượng tái tạo.

I. Kiến thức trọng tâm tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

1. Định nghĩa biến thiên enthalpy (ΔH)

Biến thiên enthalpy của một phản ứng là:

ΔH = Hsản phẩm − Hphản ứng

ΔH < 0: phản ứng tỏa nhiệt
ΔH > 0: phản ứng thu nhiệt

2. Công thức tính biến thiên enthalpy phản ứng từ enthalpy tạo thành.

ΔHphản ứng = ∑ΔH fo(sản phẩm)− ∑ΔHfo(phản ứng)

ΔH⁰_f: enthalpy tạo thành chuẩn (kJ/mol) của các chất.

3. Quy tắc Hess

Nếu một phản ứng xảy ra theo nhiều giai đoạn, tổng enthalpy của toàn bộ quá trình bằng tổng enthalpy của từng bước:

ΔH toàn phản ứng = ∑ΔH giai đoạn

Ứng dụng cực mạnh trong phản ứng phức tạp!

II. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1 (Cơ bản):

Tính ΔH cho phản ứng đốt cháy CH₄:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Dữ kiện:

ΔH⁰_f (CH₄) = –74,8
ΔH⁰_f (CO₂) = –393,5
ΔH⁰_f (H₂O) = –285,8
O₂ là đơn chất → ΔH⁰_f = 0

Giải:

ΔH=[(−393,5)+2×(−285,8)]–[(−74,8)+0]=(−965,1)–(–74,8)=–890,3 kJ

Phản ứng tỏa nhiệt mạnh

Ví dụ 2 (Nâng cao – dùng quy tắc Hess):

Tính ΔH cho phản ứng:

C(graphite)+ (1/2) . O2 → CO

Biết:

ΔH⁰ (C + O₂ → CO₂) = –393,5

ΔH⁰ (CO + ½O₂ → CO₂) = –283,0

Giải (áp dụng quy tắc Hess):

Đảo chiều phương trình (2):

CO2 → CO + ½ O2(ΔH=+283,0)

Cộng với phương trình (1):

C + O2 → CO2(ΔH=–393,5)

Tổng: C + ½ O2 → CO(ΔH=–393,5+283,0=–110,5)

ΔH = –110,5 kJ

III. Bài tập ôn luyện

Bài 1: Tính ΔH phản ứng:

C2H6 + (7/2)O2 → 2CO2 + 3H2O

Cho:

ΔH⁰_f (C₂H₆) = –84,7
ΔH⁰_f (CO₂) = –393,5
ΔH⁰_f (H₂O) = –285,8

Bài 2: Áp dụng quy tắc Hess:

Tính ΔH của phản ứng:

N2 + 2O2 → 2NO2

Biết:

ΔH⁰ (N₂ + O₂ → 2NO) = +180

ΔH⁰ (2NO + O₂ → 2NO₂) = –114

(Gợi ý: cộng hai phản ứng để được phản ứng tổng hợp NO₂)

IV. Công thức tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết.

Công thức tổng quát:

ΔH=∑E phá vỡ liên kết(chất phản ứng) −∑E hình thành liên kết (sản phẩm)

Ý nghĩa các thành phần:

ΔH: biến thiên enthalpy của phản ứng (nhiệt phản ứng), đơn vị kJ/mol
E: năng lượng liên kết (bond energy) – năng lượng cần để bẻ gãy 1 mol liên kết trong pha khí
∑ phá vỡ liên kết: tổng năng lượng để phá vỡ tất cả các liên kết trong chất phản ứng
∑ hình thành liên kết: tổng năng lượng giải phóng khi các liên kết trong sản phẩm được hình thành

Nguyên tắc:

Phá liên kết: cần năng lượng (hấp thu → giá trị dương)
Hình thành liên kết: giải phóng năng lượng (toả ra → giá trị âm)

V. Liên hệ tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học vào trong thực tiễn.

Trong đời sống:

Đốt cháy nhiên liệu (than, gas, dầu) → tạo nhiệt lượng lớn, tính ΔH để thiết kế lò đốt.
Quá trình đốt calo trong cơ thể → năng lượng chuyển hóa tương đương ΔH phản ứng.
Tính ΔH giúp tính toán năng suất điện trong pin nhiên liệu H₂ – xu hướng năng lượng sạch.

Trong công nghiệp: