Bài 17 Biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học I Phản ứng tỏa nhiệt, phản ứng thu nhiệt Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hấp t[.]
Bài 17: Biến thiên enthalpy phản ứng hóa học I Phản ứng tỏa nhiệt, phản ứng thu nhiệt Phản ứng tỏa nhiệt phản ứng giải phóng lượng dạng nhiệt Phản ứng thu nhiệt phản ứng hấp thụ lượng dạng nhiệt Ví dụ: Khi than, củi cháy, khơng khí xung quanh ấm phản ứng tỏa nhiệt Pha viên sủi vitamin C vào nước, viên sủi tan, thấy nước cốc mát hơn, xảy phản ứng thu nhiệt Khi nung vôi, người ta sử dụng phản ứng đốt than để cung cấp nhiệt cho phản ứng phân hủy đá vôi Phản ứng đốt than phản ứng tỏa nhiệt, phản ứng phân hủy đá vôi phản ứng thu nhiệt II Biến thiên enthalpy phản ứng Biến thiên enthalpy Hầu hết q trình hóa học thực tế xảy điều kiện áp suất không đổi Nhiệt lượng tỏa hay thu vào phản ứng điều kiện gọi biến thiên enthalpy phản ứng (nhiệt phản ứng), kí hiệu rH Phương trình hóa học kèm theo trạng thái chất giá trị rH gọi phương trình nhiệt hóa học Ví dụ: Phản ứng đốt cháy mol khí hydrogen mol khí oxygen, tạo thành mol nước trạng thái lỏng, tỏa nhiệt lượng 571,6 kJ Phản ứng có biến thiên enthalpy r Ho298 = –571,6 kJ, biểu diễn phương trình nhiệt hóa học sau: 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) r H0298 = –571,6 kJ Ví dụ 2: Phản ứng nhiệt phân hoàn toàn mol Cu(OH)2, tạo thành mol CuO mol H2O, thu vào nhiệt lượng 9,0 kJ Phản ứng có biến thiên enthalpy r Ho298 = +9,0 kJ biểu diễn phương trình nhiệt hóa học sau: t Cu(OH)2(s) CuO(s) + H2O(l) o r Ho298 = +9,0 kJ Biến thiên enthalpy chuẩn Biến thiên enthalpy chuẩn nhiệt tỏa hay thu vào phản ứng xác định điều kiện chuẩn: áp suất bar (đối với chất khí), nồng độ mol/l (đối với chất tan dung o dịch) nhiệt độ thường chọn 25oC (298K), kí hiệu r H298 Ví dụ: Phản ứng đốt cháy hồn tồn mol carbon graphite khí oxygen dư (ở điều kiện chuẩn) tạo mol CO2, nhiệt lượng tỏa 393,5 kJ Phương trình nhiệt hóa học phản ứng viết sau: t C(graphite) + O2(g) CO2(g) o r Ho298 = –393,5 kJ Ý nghĩa biến thiên enthalpy Dấu biến thiên enthalpy cho biết phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt: r Ho298 > 0: phản ứng thu nhiệt r Ho298 < 0: phản ứng tỏa nhiệt Chú ý: Gía trị tuyệt đối biến thiên enthalpy lớn nhiệt lượng tỏa hay thu vào phản ứng nhiều Ví dụ: Xét phản ứng t CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) o CH3OH(l) + t O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) o r Ho298 = –890 kJ r Ho298 = –726 kJ Vậy, đốt mol methane (16 g) tỏa nhiệt lượng nhiều đốt mol methanol (32 g) Chú ý: Các phản ứng xảy nhiệt độ phòng thường phản ứng tỏa nhiệt, phản ứng thu nhiệt thường xảy đun nóng III Tính biến thiên enthalpy phản ứng theo nhiệt tạo thành Khái niệm nhiệt tạo thành Nhiệt tạo thành (fH) chất biến thiên enthalpy phản ứng tạo thành mol chất từ đơn chất dạng bền vững nhất, điều kiện xác định Nhiệt tạo thành chuẩn ( f Ho298 ) nhiệt tạo thành điều kiện chuẩn Nhiệt tạo thành chuẩn đơn chất dạng bền vững Ví dụ: f Ho298 (O2 (g)) kJ Ví dụ 1: Nước lỏng tạo thành từ khí hydrogen khí oxygen theo phản ứng: H2(g) + O2(g) H2O(l) Ở điều kiện chuẩn, mol H2O(l) tạo thành từ mol H2(g) mol O2(g) giải phóng nhiệt lượng 285,8 kJ Như vậy, nhiệt tạo thành nước lỏng: f Ho298 (H2O(l)) 285,8 kJ/mol Ví dụ 2: Phản ứng 1 N2(g) + O2(g) NO(g) có biến thiên enthalpy: 2 f Ho298 (H2O(l)) 90,3 kJ/mol Giá trị > 0, tức phản ứng phản ứng thu nhiệt Tính biến thiên enthalpy phản ứng theo nhiệt tạo thành Biến thiên enthalpy phản ứng xác định hiệu số tổng nhiệt tạo thành chất sản phẩm (sp) tổng nhiệt tạo thành chất đầu (cđ) Ở điều kiện chuẩn: r Ho298 f Ho298 (sp) f Ho298 (cđ) Trong tính toán cần lưu ý đến hệ số chất phương trình hóa học Ví dụ 1: Xác định biến thiên enthalpy phản ứng sau điều kiện chuẩn SO2(g) + O2(g) SO3(l) biết nhiệt tạo tạo thành f Ho298 SO2(g) –296,8 kJ/mol, SO3(l) – 441,0 kJ/mol Hướng dẫn giải: r Ho298 f Ho298 (SO3 (l)) [f Ho298 (SO2 )(g)) f Ho298 (O2 (g)) = – 441,0 – (–296,8 + 0× ) = –144,2 (kJ) Ví dụ 2: Xác định biến thiên enthalpy phản ứng sau điều kiện chuẩn 4FeS2(s) + 11O2(g) 2Fe2O3(s) + 8SO2(g) biết nhiệt tạo thành f Ho298 chất FeS2(s), Fe2O3(s) SO2(g) –177,9 kJ/mol, –825,5 kJ/mol –296,8 kJ/mol Hướng dẫn giải: Tổng nhiệt tạo thành chất ban đầu là: r Ho298 (cđ) = f Ho298 (FeS2 (s)) f Ho298 (O2 (g)) 11 = (–177,9)×4 + 0×11 = –711,6 (kJ) Tổng nhiệt tạo thành chất sản phẩm là: r Ho298 (sp) f Ho298 (Fe2 O3 (s)) f Ho298 (SO2 (g)) = (–825,5)×2 + (–296,8)×8 = –4025,4 (kJ) Vậy, biến thiên enthalpy phản ứng: r Ho298 f Ho298 (sp) f Ho298 (cđ) = –4025,4 – (–711,6) = –3313,8 (kJ) IV Tính biến thiên enthalpy phản ứng theo lượng liên kết Biến thiên enthalpy phản ứng (mà chất thể khí), hiệu số tổng lượng liên kết chất đầu tổng lượng liên kết sản phẩm (ở điều kiện nhiệt độ áp suất) Ở điều kiện chuẩn: r Ho298 = E b (cđ) – E b (sp) Ví dụ 1: Tính biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) biết Eb (H–H) = 436 kJ/mol, Eb (Cl–Cl) = 243 kJ/mol, Eb (H–Cl) = 432 kJ/mol Hướng dẫn giải: Biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng là: r Ho298 = Eb (H–H) + Eb (Cl–Cl) – 2×Eb (H–Cl) = 436 + 243 – 2×432 = –185 (kJ) Phản ứng tỏa nhiệt tạo thành liên kết H–Cl tỏa lượng lớn lượng cần thiết để phá vỡ liên kết H–H Cl–Cl Ví dụ 2: Xác định biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng C2H4(g) + H2(g) C2H6(g) biết lượng liên kết (ở điều kiện chuẩn): Hướng dẫn giải: r Ho298 = Eb (C=C) + 4Eb (C–H) + Eb (H–H) – Eb (C–C) – 6Eb (C–H) = 612 + 4×418 + 436 – 346 – 6×418 = –134 (kJ) ... C2H6(g) biết lượng liên kết (ở điều kiện chuẩn): Hướng dẫn giải: r Ho298 = Eb (C=C) + 4Eb (C–H) + Eb (H–H) – Eb (C–C) – 6Eb (C–H) = 612 + 4×418 + 436 – 346 – 6×418 = –1 34 (kJ) ... Eb (H–H) = 436 kJ/mol, Eb (Cl–Cl) = 243 kJ/mol, Eb (H–Cl) = 432 kJ/mol Hướng dẫn giải: Biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng là: r Ho298 = Eb (H–H) + Eb (Cl–Cl) – 2×Eb (H–Cl) = 436 + 243 – 2×432... f Ho298 (SO2 (g)) = (–8 25,5)×2 + (–2 96,8)×8 = –4 025,4 (kJ) Vậy, biến thiên enthalpy phản ứng: r Ho298 f Ho298 (sp) f Ho298 (cđ) = –4 025,4 – (–7 11,6) = –3 313,8 (kJ) IV Tính biến