Bài 15 Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học I Ý nghĩa về dấu và giá trị của biến thiên enthalpy phản ứng Với các phản ứng có kèm theo sự trao đổi năng lượng dưới dạng nhiệt, có ha[.]
Bài 15: Ý nghĩa cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học I Ý nghĩa dấu giá trị biến thiên enthalpy phản ứng Với phản ứng có kèm theo trao đổi lượng dạng nhiệt, có hai khả sau đây: - Phản ứng tỏa nhiệt: biến thiên enthalpy phản ứng có giá trị âm Biến thiên enthalpy âm, phản ứng tỏa nhiều nhiệt - Phản ứng thu nhiệt: biến thiên enthalpy phản ứng có giá trị dương Biến thiên enthalpy dương, phản ứng thu vào nhiều nhiệt - Với phản ứng tỏa nhiệt, lượng hệ chất phản ứng cao lượng hệ sản phẩm, phản ứng diễn kèm theo giải phóng lượng dạng nhiệt - Với phản ứng thu nhiệt, lượng hệ chất phản ứng thấp lượng hệ sản phẩm, phản ứng diễn kèm theo hấp thu lượng dạng nhiệt Ví dụ: Cho phản ứng đốt cháy methane acetylene: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) C2H2(g) + O2(g) → 2CO2(g) + H2O(l) Δr H0298 = -890,5 kJmol-1 Δr H0298 = -1300,2 kJmol-1 Với chất khí điều kiện nhiệt độ áp suất, tỉ lệ số mol tỉ lệ thể tích nên đốt cháy thể tích CH4 C2H2, lượng nhiệt C2H2 sinh nhiều gấp khoảng 1,5 lần lượng nhiệt CH4 sinh Thực tế, người ta sử dụng C2H2 đèn xì để hàn, cắt kim loại mà khơng dùng CH4 Hình 15.1 Đèn xì acetylene dùng để hàn, cắt kim loại - So sánh phản ứng thu nhiệt phản ứng tỏa nhiệt: Loại phản ứng Phản ứng thu nhiệt Giai đoạn Phản ứng tỏa nhiệt Giai đoạn khơi mào Hầu hết phản ứng Có thể có không cần khơi cần thiết khơi mào mào, tùy phản ứng cụ thể (đun đốt nóng, …) Giai đoạn tiếp diễn Hầu hết phản ứng Hầu hết phản ứng không cần phải tiếp tục đun cần tiếp tục đun đốt nóng đốt nóng Ví dụ Phản ứng nung vôi cần - Phản ứng cần khơi mào: phản nhiệt từ trình đốt ứng cháy, nổ, … sau đó, phản cháy than, dừng ứng tỏa nhiệt tự tiếp diễn cung cấp nhiệt phản mà khơng cần tiếp tục đun ứng nung vơi khơng nóng - Phản ứng khơng cần khơi tiếp diễn mào: phản ứng tạo gỉ sắt, gỉ đồng, phản ứng trung hịa acid – base, tơi vơi, Lưu ý: Các phản ứng tỏa nhiệt (Δr H0298 < 0) thường diễn thuận lợi phản ứng thu nhiệt (Δr H0298 >0) Ví dụ: Sau đốt nóng, Na tự cháy chlorine hết phản ứng có Δr H0298 âm Na(s) + Cl2(g) → NaCl(s) Δr H0298 = - 411,2 kJmol-1 → Phản ứng diễn thuận lợi nhiều so với phản ứng N2 O2 Ở điều kiện chuẩn, phản ứng xảy đốt nóng đến khoảng 3000oC (cung cấp nhiệt), dừng đốt nóng phản ứng dừng lại 1 N2(s) + O2(g) → NO(g) 2 Δr H0298 = 91,3 kJmol-1 II Cách tính biến thiên enthalpy phản ứng Tính biến thiên enthalpy phản ứng theo enthalpy tạo thành - Giả sử có phản ứng tổng quát: aA + bB → mM + nN - Biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng phản ứng tính theo cơng thức: Δr H0298 = m× Δf H0298 (M) + n× Δf H0298 (N) - a× Δf H0298 (A) - b× Δf H0298 (B) Trong đó: A, B, M, N chất phản ứng; a, b, m, n hệ số tương ứng chất - Chú ý: Enthalpy tạo thành chuẩn đơn chất Ví dụ 1: Cho phản ứng: 2Na2O(s) → 4Na(s) + O2(g) Biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng phản ứng tính sau: Δr H0298 = 4× Δf H0298 (Na(s)) + 1× Δf H0298 (O2(g)) - 2× Δf H0298 (Na2O(s)) = 4×0 + 1×0 - 2× (- 418,0) = 836,0 (kJ) → Do Δr H0298 phản ứng dương nên phản ứng thu nhiệt Ví dụ 2: Biến thiên enthalpy phản ứng đốt cháy hoàn toàn mol C2H6(g) tính sau: C2H6(g) + O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) Δr H0298 = 2×Δf H0298 (CO2(g)) + 3×Δf H0298 (H2O(l)) - 1×Δf H0298 (C2H6(s)) - ×Δf H0298 (O2(g)) = 2×(- 393,5) + 3×(- 285,8) - 1×(- 84) - ×0 = -1560,4 (kJ) → Do Δr H0298 phản ứng âm nên phản ứng tỏa nhiệt mạnh, thuận lợi cung cấp nhiều lượng Tính biến thiên enthalpy phản ứng theo lượng liên kết Khi chất phản ứng thể khí, biến thiên enthalpy phản ứng tính biết giá trị lượng liên kết tất chất phản ứng - Giả sử có phản ứng tổng quát: aA(g) + bB(g) → mM(g) + nN(g) - Biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng phản ứng tính theo cơng thức: Δr H0298 = Eb(A) + b× Eb(B) - m× Eb(M) - n× Eb(N) Trong Eb(A), Eb(B), Eb(M), Eb(N) tổng lượng liên kết tất liên kết phân tử A, B, M, N Lưu ý: Để tính biến thiên enthalpy phản ứng theo lượng liên kết, phải viết công thức cấu tạo tất chất phản ứng để xác định số lượng loại liên kết Ví dụ: Cho phản ứng: C2H6(g) + Cl2(g) → C2H5Cl(g) + HCl(g) Biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng phản ứng tính theo lượng liên kết sau: Δr H0298 = 1× Eb(C2H6) + 1× Eb(Cl2) - 1× Eb(C2H5Cl) - 1× Eb(HCl) Δr H0298 = 1×6EC - H + 1× EC – C + 1×ECl - Cl - 1× (5EC – H + EC – C + EC - Cl) - 1×EH – Cl Δr H0298 = 1×6×414 + 1×347 + 1×243 - 1× (5×414 + 347 + 339) - 1×431 = -113 (kJ) → Phản ứng có Δr H0298 âm nên phản ứng tỏa nhiệt diễn thuận lợi Trong thực tế, cần chiếu ánh sáng mặt trời phản ứng diễn ... Eb(Cl2) - 1× Eb(C2H5Cl) - 1× Eb(HCl) Δr H0298 = 1×6EC - H + 1× EC – C + 1×ECl - Cl - 1× (5EC – H + EC – C + EC - Cl) - 1×EH – Cl Δr H0298 = 1×6×414 + 1×347 + 1×243 - 1× (5×414 + 347 + 339) -... - Phản ứng khơng cần khơi tiếp diễn mào: phản ứng tạo gỉ sắt, gỉ đồng, phản ứng trung hịa acid – base, tơi vôi, Lưu ý: Các phản ứng tỏa nhiệt (Δr H0298 < 0) thường diễn thuận lợi phản ứng thu