Bài tập Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học có đáp án

CH₄(g) + 2O₂(g) →t° CO₂(g) + 2H₂O(l)

Biến thiên enthalpy của phản ứng cháy của methane có thể được tính theo hai cách:

- Cách 1: Dựa vào nhiệt tạo thành chuẩn của các chất.

ΔrH298o=∑ΔfH2980(sp)−∑ΔfH298o(cd)

∆_rH298o = ∆_fH298o(CO₂) + 2.∆_fH298o(H₂O) – ∆_fH298o(CH₄) – 2.∆_fH298o(O₂)

- Cách 2: Dựa vào năng lượng liên kết của các chất.

ΔrH298o=∑Eb(cd)−∑Eb(sp)

∆_rH298o = E_b(CH₄) + 2.E_b(O₂) – E_b(CO₂) – 2.E_b(H₂O)

∆_rH298o = 4.E_b(C-H) + 2.E_b(O=O) – 2. E_b(C=O) – 2.2.E_b(O-H)

Khi H₂ phản ứng với O₂ tạo thành H₂O (ở thể khí) liên kết H-H và O=O bị đứt ra, liên kết O-H được hình thành.

N₂(g) + O₂(g) →t°/ tia lửa điện 2NO(g)

∆ _rH298o = E_b(N₂) + E_b(O₂) – 2E_b(NO)

∆ _rH298o = E_b(N≡N) + E_b(O=O) – 2E_b(N=O)

∆ _rH298o = 945 + 498 – 2.607 = 229 kJ

Ta thấy để phá vỡ 1 liên kết N≡N và 1 liên kết O=O để hình thành 2 liên kết N-O cần cung cấp nhiệt lượng lớn (229 kJ).

⇒ Cần thực hiện ở nhiệt độ cao hoặc có tia lửa điện thì phản ứng mới xảy ra.

∆ _rH298o = E_b(CH₄) + E_b(Cl₂) – E_b(CH₃Cl) – E_b(HCl)

∆ _rH298o = 4.E_b(C-H) + E_b(Cl-Cl) – 3E_b(C-H) – E_b(C-Cl) – E_b(H-Cl)

∆ _rH298o = 4.413 + 243 – 3.413 – 339 – 427

∆ _rH298o = -110 kJ < 0

⇒Phản ứng tỏa nhiệt.

2H₂(g) + O₂(g) →t° 2H₂O(g)                                          (1)

∆ _rH298o₍₁₎ = 2.E_b(H₂) + E_b(O₂) – 2.E_b(H₂O)

∆ _rH298o₍₁₎ = 2.E_b(H-H) + E_b(O=O) – 2.2.E_b(O-H)

∆ _rH298o₍₁₎ = 2.432 + 498 – 2.2.467 = -506 kJ

C₇H₁₆(g) + 11O₂(g) →t° 7CO₂(g) + 8H₂O(g)                   (2)

∆ _rH298o₍₂₎ = E_b(C₇H₁₆) + 11.E_b(O₂) – 7.E_b(CO₂) – 8.E_b(H₂O)

∆ _rH298o₍₂₎  = 6.E_b(C-C) + 16E_b(C-H) + 11.E_b(O=O) – 7.2.E_b(C=O) – 8.2.E_b(O-H)

∆ _rH298o₍₂₎ = 6.347 + 16.413 + 11.498 – 7.2.745 – 8.2.467 = -3734 kJ

Ta thấy: ∆ _rH298o₍₂₎ < ∆ _rH298o₍₁₎

Tuy nhiên MH2=2amu; có ΔrH2980=−506kJ còn MC7H16=100amu; có ΔrH2980=−3734kJ

Nếu lấy cùng khối lượng nhiên liệu chứng tỏ hydrogen là một loại khí có nhiệt cháy rất cao.

Thực tế hydrogen là một loại khí có nhiệt cháy cao nhất trong tất cả các nhiên liệu trong thiên nhiên, đã được sử dụng làm nhiên liệu phóng các tàu vũ trụ. Hydrogen là nguồn nhiên liệu an toàn, không gây sự cố cho môi trường, sản phẩm cháy chỉ là nước, được gọi là nhiên liệu sạch, lý tưởng.

3O₂(g) → 2O₃(g)    (1)

∆ _rH298o₍₁₎ = 3.E_b(O₂) – 2.E_b(O₃)

∆ _rH298o₍₁₎ = 3.Eb(O=O) – 2.[Eb(O-O) + Eb(O=O)]

∆ _rH298o₍₁₎ = 3.498 – 2.(204 + 498) = 90 kJ

2O₃(g) → 3O₂(g)    (2)

∆ _rH298o₍₂₎ = 2.E_b(O₃) - 3.E_b(O₂)

∆ _rH298o₍₂₎ = 2.[Eb(O-O) + Eb(O=O)] - 3.Eb(O=O)

∆ _rH298o₍₂₎ = 2.(204 + 498) - 3.498 = -90 kJ

⇒Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn

Bên cạnh đó O₃ kém bền hơn O₂

⇒∆ _rH298o càng âm, chất tạo ra càng bền hơn.

4C₃H₅O₃(NO₂)₃(s) → 6N₂(g) + 12CO₂(g) + 10H₂O(g) + O₂(g)

∆ _rH298o = 6.∆ _fH298o(N₂) + 12. ∆ _fH298o(CO₂) + 10. ∆ _fH298o(H₂O) + ∆ _fH298o(O₂) – 4. ∆ _fH298o(C₃H₅O₃(NO₂)₃)

∆ _rH298o = 6.0 + 12.(-393,50) + 10.(-241,82) + 0 – 4.(-370,15) = -5659,6 kJ < 0

⇒ Phản ứng tỏa lượng nhiệt rất lớn và có khả năng sát thương cao.

⇒ Trinitroglycerin được ứng dụng làm thành phần thuốc súng không khói.

- Giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng có liên quan tới hệ số các chất trong phương trình nhiệt hóa học.

Khi tính giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng thì cần nhân hệ số tỉ lượng với enthalpy tạo thành của các chất tương ứng.

- Giá trị enthalpy tạo thành thường được đo ở điều kiện chuẩn: Áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và thường chọn nhiệt độ 25^oC (hay 298K)

CS₂(l) + 3O₂(g)  →t° CO₂(g) + 2SO₂(g)                          (1)

∆ _rH298o₍₁₎ = 1.∆ _fH298o(CO₂) + 2.∆ _fH298o(SO₂) - 1.∆ _fH298o(CS₂) – 3.∆ _fH298o(O₂)

∆ _rH298o₍₁₎ = -393,50 + 2.(-296,80) – 1.87,90 – 3.0 = -1075 kJ

4NH₃(g) + 3O₂(g) →t° 2N₂(g) + 6H₂O(g)                        (2)

∆ _rH298o₍₂₎ = 2.∆ _fH298o(N₂) + 6.∆ _fH298o(H₂O) - 4.∆ _fH298o(NH₃) – 3.∆ _fH298o(O₂)

∆ _rH298o₍₂₎ = 2.0 + 6.(-241,82) – 4.(-45,9) – 3.0 = -1267,32 kJ

Đốt cháy 1 mol C₆H₆(l) tỏa ra 3267,52 kJ nhiệt lượng

⇒ Đốt cháy 178 mol C₆H₆(l) tỏa ra là 178.3267,52 = 41,89 kJ nhiệt lượng

C3H8(g) + 5O2(g)   3CO2(g) + 4H2O(g)

∆ _r = 3.∆ _f(CO₂) + 4. ∆ _f(H₂O) - ∆ _f(C₃H₈) – 5.∆ _f(O₂)

∆ _r = 3.(-393,50) + 4.(-241,82) – (-105,00) - 5.0

∆ _r = -2042,78 kJ

1,0 gam C₃H₈(g) ứng với 144 mol C₃H₈(g)

Đốt cháy 1 mol C₃H₈(g) tỏa ra 2042, 78 kJ nhiệt lượng

⇒ Đốt cháy 144 mol C₃H₈(g) tỏa ra là 144.2042, 78= 46, 42 kJ nhiệt lượng

Lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g propane C₃H₈(g) nhiều hơn khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g benzenne C₆H₆(l).

a) 74,6 g SO₂ tương ứng với 74,664 mol SO₂

Đốt cháy hoàn toàn 1 mol SO₂(g) sinh ra 98,5 kJ nhiệt lượng

⇒ Đốt cháy hoàn toàn 74,664 mol SO₂(g) sinh ra 98,5. 74,664 = 114,81 kJ nhiệt lượng

b) Lượng nhiệt giải phóng ra khi chuyển 1 mol SO₂ thành 1 mol SO₃ là 98,5 kJ

⇒ Lượng nhiệt cần cung cấp để phân hủy 1 mol SO₃ cũng là 98,5 kJ

⇒ Giá trị ∆ _rH298o của phản ứng: SO₃(g) → SO₂(g) + 12O₂(g) là +98,5 kJ.

a) ∆ _rH298o = Σ∆ _fH298o(sp) - Σ ∆ _fH298o(cđ) < 0

⇔ Σ∆ _fH298o(sp) < Σ ∆ _fH298o(cđ)

Vậy hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn nước.

b) Sơ đồ biến thiên năng lượng của phản ứng giữa hydrogen và oxygen.

C₃H₈(g) + 5O₂(g) →t° 3CO₂(g) + 4H₂O(g)

Tính theo nhiệt tạo thành của hợp chất:

∆ _rH298o = 3.∆ _fH298o(CO₂) + 4. ∆ _fH298o(H₂O) - ∆ _fH298o(C₃H₈) – 5.∆ _fH298o(O₂)

∆ _rH298o = 3.(-393,50) + 4.(-241,82) – (-105,00) - 5.0

∆ _rH298o = -2042,78 kJ

Tính theo năng lượng liên kết:

∆ _rH298o = E_b(C₃H₈) + 5.E_b(O₂) – 3E_b(CO₂) – 4E_b(H₂O)

∆H298o = 2.E_b(C-C) + 8.E_b(C-H) + 5.E_b(O=O) -3.2.E_b(C=O) - 4.2.E_b(O-H)

∆ _rH298o = 2.347 + 8.413 + 5.498 – 3.2.745 – 4.2.467

∆ _rH298o = -1718 kJ

Nhận xét: Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng dựa vào nhiệt tạo thành có giá trị -2 042,78 kJ âm hơn so với biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết – 1718 kJ.