Hệ thống hóa kiến thức Năng lượng Hóa học lớp 10 Tóm tắt lý thuyết Hóa 10 Chương 5: Năng lượng hóa học I. Năng lượng hóa học là gì? Năng lượ...
Hệ thống hóa kiến thức Năng lượng Hóa học lớp 10
Tóm tắt lý thuyết Hóa 10 Chương 5: Năng lượng hóa học
I. Năng lượng hóa học là gì?
Năng lượng hóa học là năng lượng dự trữ trong các liên kết hóa học của các chất. Khi phản ứng xảy ra, liên kết bị phá vỡ và hình thành, năng lượng sẽ được giải phóng hoặc hấp thụ.
II. Phản ứng tỏa nhiệt và phản ứng thu nhiệt
- Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt.
- Các phản ứng tỏa nhiệt có thể có hoặc không cần khơi mài, khi phản ứng đã xảy ra hầu hết không cần đun nóng tiếp
- Ví dụ: Phản ứng đốt cháy nhiên liệu, phản ứng tạo gỉ sắt, phản ứng oxi hóa glucose trong cơ thể, … đều là các phản ứng tỏa nhiệt.
- Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt.
- Hầu hết các phản ứng thu nhiệt đều cần khơi mào và khi phản ứng xảy ra vẫn cần tiếp tục đun nóng.
- Ví dụ: Các phản ứng trong lò nung vôi, nung clinker xi măng, … là các phản ứng thu nhiệt.
Các phản ứng tỏa nhiệt (DH < 0) thường diễn ra thuận lợi hơn các phản ứng thu nhiệt (DH > 0) vì trong quá trình xảy ra phản ứng, các phản ứng tỏa nhiệt để góp phần cung cấp nhiệt lượng để phản ứng tiếp tục xảy ra, còn phản ứng thu nhiệt ta luôn phải cung cấp nhiệt lượng liên tục và xuyên suốt quá trình phản ứng.
III. Biến thiên Enthalpy của phản ứng
Ví dụ:
- Thả cục Na vào H2O: 2Na(s) + 2H2O(l) → 2NaOH (aq) + H2(g); ΔrH298 =367,50 kJ
Một số từ viết tắt và kí hiệu:
- (s) ⟶ solid ⟶ Thể rắn
- (g) ⟶ (gas) ⟶ Thể khí (hơi)
- (l) ⟶ (liquid) ⟶ Thể lỏng
- (aq) ⟶ (aqua) ⟶ Dung dịch
Phương trình phản ứng hóa học kèm theo trạng thái của các chất đầu (cđ) và sản phẩm (sp) và giá trị nhiệt phản ứng ( ΔrH298 hay ΔrH ) được gọi là phương trình nhiệt hóa học. ⟶ Lưu ý rằng : Cần phải ghi rõ trạng thái (thể) của các chất khi các phản ứng kèm theo giá trị ΔrH298 vì cũng các phản ứng này, nếu ở một số trạng thái khác thì giá trị ΔrH298 sẽ khác đi do enthalpy tạo thành chuẩn của các chất ở trạng thái khác nhau là khác nhau.
2. Enthalpy tạo thành chuẩn (nhiệt tạo thành chuẩn)
Enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) của một chất, kí hiệu là ΔfH298, 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.
- ΔfH298 = 0 của các đơn chất bền vững bằng 0
- ΔfH298 <0 ⇒ chất bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền tạo nên nó.
- ΔfH298 >0 ⇒ chất kém bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền tạo nên nó.
Trong đó f là viết tắt của từ “formation”: tạo thành ΔfH298 càng âm thì chất đó càng bền về mặt năng lượng (nhiệt) và ngược lại
Ví dụ 1:
2Na(s) + O2(g) → Na2O(s) ΔfH298 =-417,98 kJ/mol
Ở điều kiện chuẩn, phản ứng của 2 mol Na(thể rắn) với mol O2 (thể khí) thu được 1 mol Na2O (thể rắn) và giải phóng (tỏa ra) một lượng nhiệt là -417,98 kJ.
⟶ Kết luận : Ta nói enthalpy tạo thành của Na2O (thể rắn) ở điều kiện chuẩn là –417,98 kJ/mol.
Hay ΔfH298(Na2O(s))=-417,98 kJ/mol
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:
N2(s) + O2(g) → NO(g) ΔfH298 = 91,3 kJmol^{-1}
Lưu ý: Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất bền nhất đều bằng 0.
Ví dụ: (Na(s)) = 0 kJmol- 1 (Cl2(g)) ΔfH298(Cl2 (g))) = 0 kJmol^{-1}
3. Biến thiên enthalpy chuẩn
3.1. Biến thiên enthalpy
Biến thiên enthalpy của phản ứng (nhiệt phản ứng), kí hiệu là ∆rH là nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng ở một điều kiện xác định.
Phương trình hóa học kèm theo trạng thái của các chất và giá trị ∆rH gọi là phương trình nhiệt hóa học.
- Ví dụ: Ở điều kiện chuẩn, khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol CH4, sản phẩm là CO2(g)và H2O(l), thì sẽ giải phóng một nhiệt lượng là 890 kJ.
Biến thiên enthalpy chuẩn (hiệu ứng nhiệt phản ứng chuẩn)
3.2. Biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hóa học:
Kí hiệu là ∆rH, chính là lượng nhiệt (tỏa ra hoặc thu vào) của phản ứng đó ở điều kiện chuẩn.
Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với:
+ Áp suất: P = 1 bar (đối với chất khí),
+ Nồng độ mol: CM = 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch)
+ Nhiệt độ thường được chọn là: T = 298 K (hay to = 25oC).
Kí hiệu: : Là biến thiên enthalpy
ΔrH: là biến thiên enthalpy chuẩn
ΔrH298:Trong đó r là viết tắc của từ “reaction”: phản ứng
3.3. Ý nghĩa của biến thiên enthalpy
Với các phản ứng có kèm theo sự trao đổi năng lượng dưới dạng nhiệt, có hai khả năng sau đây:
Phản ứng tỏa nhiệt: biến thiên enthalpy của phản ứng có giá trị âm. Biến thiên enthalpy càng âm, phản ứng tỏa ra càng nhiều nhiệt.
- ∆rH < 0: phản ứng tỏa nhiệt.
Phản ứng thu nhiệt: biến thiên enthalpy của phản ứng có giá trị dương. Biến thiên enthalpy càng dương, phản ứng thu vào càng nhiều nhiệt.
- ∆rH > 0: phản ứng thu nhiệt
Chú ý: Các phản ứng tỏa nhiệt () thường diễn ra thuận lợi hơn các phản ứng thu nhiệt ().
Giá trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng càng nhiều.
Ví dụ: Cho phản ứng đốt cháy methane và acetylene:
(1) CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔrH298 = -890 kJ
(2) C2H2(g) + O2(g) → 2CO2(g) + H2O(l) ΔrH298 = -1300,2 kJ
Khi đốt cháy cùng một thể tích khí CH4 và C2H2, lượng nhiệt do C2H2 sinh ra nhiều gấp khoảng 1,5 lần lượng nhiệt do CH4 sinh ra.
IV. Cách tính biến thiên Enthalpy của phản ứng.
1. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo nhiệt tạo thành
Biến thiên enthalpy của phản ứng được xác định bằng hiệu số giữa giữa tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm (sp) và tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu (cđ).
Cho phản ứng tổng quát: aA + bB → cC + dD
Ở điều kiện chuẩn:
Trong tính toán cần lưu ý đến hệ số của các chất trong phương trình hóa học.
COMMENTS