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

CH₄(g) + 2O₂(g) $\stackrel{t°}{\to }$ 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.

${\Delta }_r{H}_{298}^o=\sum {\Delta }_f{H}_{298}^0\left(sp\right)-\sum {\Delta }_f{H}_{298}^o\left(c\text{d}\right)$

∆_r$H_{298}^o$ = ∆_f$H_{298}^o$(CO₂) + 2.∆_f$H_{298}^o$(H₂O) – ∆_f$H_{298}^o$(CH₄) – 2.∆_f$H_{298}^o$(O₂)

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

${\Delta }_r{H}_{298}^o=\sum E_b\left(c\text{d}\right)-\sum E_b\left(sp\right)$

∆_r$H_{298}^o$ = E_b(CH₄) + 2.E_b(O₂) – E_b(CO₂) – 2.E_b(H₂O)

∆_r$H_{298}^o$ = 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) $\stackrel{t°/tialửa\text{\hspace{0.17em}đ}iện}{\to }$ 2NO(g)

∆ _r$H_{298}^o$ = E_b(N₂) + E_b(O₂) – 2E_b(NO)

∆ _r$H_{298}^o$ = E_b(N≡N) + E_b(O=O) – 2E_b(N=O)

∆ _r$H_{298}^o$ = 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.

∆ _r$H_{298}^o$ = E_b(CH₄) + E_b(Cl₂) – E_b(CH₃Cl) – E_b(HCl)

∆ _r$H_{298}^o$ = 4.E_b(C-H) + E_b(Cl-Cl) – 3E_b(C-H) – E_b(C-Cl) – E_b(H-Cl)

∆ _r$H_{298}^o$ = 4.413 + 243 – 3.413 – 339 – 427

∆ _r$H_{298}^o$ = -110 kJ < 0

⇒ Phản ứng tỏa nhiệt.

2H₂(g) + O₂(g) $\stackrel{t°}{\to }$ 2H₂O(g)                                          (1)

∆ _r$H_{298}^o$₍₁₎ = 2.E_b(H₂) + E_b(O₂) – 2.E_b(H₂O)

∆ _r$H_{298}^o$₍₁₎ = 2.E_b(H-H) + E_b(O=O) – 2.2.E_b(O-H)

∆ _r$H_{298}^o$₍₁₎ = 2.432 + 498 – 2.2.467 = -506 kJ

C₇H₁₆(g) + 11O₂(g) $\stackrel{t°}{\to }$ 7CO₂(g) + 8H₂O(g)                   (2)

∆ _r$H_{298}^o$₍₂₎ = E_b(C₇H₁₆) + 11.E_b(O₂) – 7.E_b(CO₂) – 8.E_b(H₂O)

∆ _r$H_{298}^o$₍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)

∆ _r$H_{298}^o$₍₂₎ = 6.347 + 16.413 + 11.498 – 7.2.745 – 8.2.467 = -3734 kJ

Ta thấy: ∆ _r$H_{298}^o$₍₂₎ < ∆ _r$H_{298}^o$₍₁₎

3O₂(g) → 2O₃(g)    (1)

∆ _r$H_{298}^o$₍₁₎ = 3.E_b(O₂) – 2.E_b(O₃)

∆ _r$H_{298}^o$₍₁₎ = 3.Eb(O=O) – 2.[Eb(O-O) + Eb(O=O)]

∆ _r$H_{298}^o$₍₁₎ = 3.498 – 2.(204 + 498) = 90 kJ

2O₃(g) → 3O₂(g)    (2)

∆ _r$H_{298}^o$₍₂₎ = 2.E_b(O₃) - 3.E_b(O₂)

∆ _r$H_{298}^o$₍₂₎ = 2.[Eb(O-O) + Eb(O=O)] - 3.Eb(O=O)

∆ _r$H_{298}^o$₍₂₎ = 2.(204 + 498) - 3.498 = -90 kJ

⇒Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn

Bên cạnh đó O₃ kém bền hơn O₂

⇒ ∆ _r$H_{298}^o$ càng âm, chất tạo ra càng bền hơn.

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

∆ _r$H_{298}^o$ = 6.∆ _f$H_{298}^o$(N₂) + 12. ∆ _f$H_{298}^o$(CO₂) + 10. ∆ _f$H_{298}^o$(H₂O) + ∆ _f$H_{298}^o$(O₂) – 4. ∆ _f$H_{298}^o$(C₃H₅O₃(NO₂)₃)

∆ _r$H_{298}^o$ = 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)