Bài 14 Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học Mở đầu trang 88 Hóa học 10 Methane cháy tỏa nhiệt lớn nên được dùng làm nhiên liệu Khi trộn methane và oxygen với tỉ lệ thích hợp thì sẽ tạo ra hỗn[.]
Bài 14: Tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học Mở đầu trang 88 Hóa học 10: Methane cháy tỏa nhiệt lớn nên dùng làm nhiên liệu Khi trộn methane oxygen với tỉ lệ thích hợp tạo hỗn hợp nổ Biến thiên enthalpy phản ứng tính tốn dựa giá trị nào? Trả lời: t CO2(g) + 2H2O(l) CH4(g) + 2O2(g) Biến thiên enthalpy phản ứng cháy methane tính theo hai cách: - Cách 1: Dựa vào lượng liên kết chất r Ho298 E b (cd) E b (sp) ∆r Ho298 = Eb(CH4) + 2.Eb(O2) – Eb(CO2) – 2.Eb(H2O) ∆r Ho298 = 4.Eb(C-H) + 2.Eb(O=O) – Eb(C=O) – 2.2.Eb(O-H) - Cách 2: Dựa vào nhiệt tạo thành chuẩn chất r Ho298 f H0298 (sp) f Ho298 (cd) ∆r Ho298 = ∆f Ho298 (CO2) + 2.∆f Ho298 (H2O) – ∆f Ho298 (CH4) – 2.∆f Ho298 (O2) B/ Câu hỏi Xác định biến thiên enthalpy phản ứng dựa vào lượng liên kết Câu hỏi trang 88 Hóa học 10: Quan sát Hình 14.1 cho biết liên kết hóa học bị phá vỡ, liên kết hóa học hình thành H2 phản ứng với O2 tạo thành H2O (ở thể khí)? Trả lời: Khi H2 phản ứng với O2 tạo thành H2O (ở thể khí) liên kết H-H O=O bị phá vỡ, liên kết H -O-H hình thành Câu hỏi trang 89 Hóa học 10: Tính biến thiên enthalpy phản ứng dựa vào lượng liên kết phải viết công thức cấu tạo tất chất phản ứng để xác định số lượng loại liên kết Xác định số lượng loại liên kết phân tử sau: CH4, CH3Cl, NH3, CO2 Trả lời: Phân tử Công thức cấu tạo Số lượng loại liên kết CH4 liên kết C-H CH3Cl liên kết C-H liên kết C-Cl NH3 liên kết N-H CO2 liên kết C=O Câu hỏi trang 89 Hóa học 10: Dựa vào lượng liên kết Bảng 14.1, tính biến thiên enthalpy phản ứng giải thích nitrogen (N≡N) phản ứng với oxygen (O=O) nhiệt độ cao có tia lửa điện để tạo thành nitrogen monoxide (N=O) t / tia lua dien 2NO(g) N2(g) + O2(g) Trả lời: t / tia lua dien 2NO(g) N2(g) + O2(g) ∆ r Ho298 = Eb(N2) + Eb(O2) – 2Eb(NO) ∆ r Ho298 = Eb(N≡N) + Eb(O=O) – 2Eb(N=O) ∆ r Ho298 = 945 + 498 – 2.607 = 229 kJ > ⇒ Cần thực nhiệt độ cao có tia lửa điện phản ứng xảy Luyện tập trang 89 Hóa học 10: Xác định ∆ r Ho298 phản ứng sau dựa vào giá trị Eb Bảng 14.1: a skt CH3Cl(g) + HCl(g) CH4(g) + Cl2(g) Hãy cho biết phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt? Trả lời: ∆ r Ho298 = Eb(CH4) + Eb(Cl2) – Eb(CH3Cl) – Eb(HCl) ∆ r Ho298 = 4.Eb(C-H) + Eb(Cl-Cl) – 3Eb(C-H) – Eb(C-Cl) – Eb(H-Cl) ∆ r Ho298 = 4.413 + 243 – 3.413 – 339 – 427 ∆ r Ho298 = -110 kJ < ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt Vận dụng trang 90 Hóa học 10: Dựa vào số liệu lượng liên kết Bảng 14.1, tính biến thiên enthalpy phản ứng sau: t 2H2O(g) 2H2(g) + O2(g) (1) t 7CO2(g) + 8H2O(g) C7H16(g) + 11O2(g) (2) So sánh kết thu được, từ cho biết H2 hay C7H16 nhiên liệu hiệu cho tên lửa (biết C7H16 có liên kết C-C 16 liên kết C-H) Trả lời: t 2H2O(g) 2H2(g) + O2(g) (1) ∆ r Ho298 (1) = 2.Eb(H2) + Eb(O2) – 2.Eb(H2O) ∆ r Ho298 (1) = 2.Eb(H-H) + Eb(O=O) – 2.2.Eb(O-H) ∆ r Ho298 (1) = 2.432 + 498 – 2.2.467 = -506 kJ t 7CO2(g) + 8H2O(g) C7H16(g) + 11O2(g) (2) ∆ r Ho298 (2) = Eb(C7H16) + 11.Eb(O2) – 7.Eb(CO2) – 8.Eb(H2O) ∆ r Ho298 (2) = 6.Eb(C-C) + 16Eb(C-H) + 11.Eb(O=O) – 7.2.Eb(C=O) – 8.2.Eb(O-H) ∆ r Ho298 (2) = 6.347 + 16.413 + 11.498 – 7.2.745 – 8.2.467 = -3734 kJ Ta thấy: ∆ r Ho298 (2) < ∆ r Ho298 (1) ⇒ Phản ứng (2) xảy thuận lợi phản ứng (1) ⇒ C7H16 nhiên liệu hiệu cho tên lửa Luyên tập trang 90 Hóa học 10: Tính ∆ r Ho298 hai phản ứng sau: 3O2(g) → 2O3(g) (1) 2O3(g) → 3O2(g) (2) Liên hệ giá trị ∆ r Ho298 với độ bền O3, O2 giải thích, biết phân tử O3 gồm liên kết đôi O=O liên kết đơn O-O Trả lời: 3O2(g) → 2O3(g) (1) ∆ r Ho298 (1) = 3.Eb(O2) – 2.Eb(O3) ∆ r Ho298 (1) = 3.Eb(O=O) – 2.[Eb(O-O) + Eb(O=O)] ∆ r Ho298 (1) = 3.498 – 2.(204 + 498) = 90 kJ 2O3(g) → 3O2(g) (2) ∆ r Ho298 (2) = 2.Eb(O3) - 3.Eb(O2) ∆ r Ho298 (2) = 2.[Eb(O-O) + Eb(O=O)] - 3.Eb(O=O) ∆ r Ho298 (2) = 2.(204 + 498) - 3.498 = -90 kJ Dựa vào kết tính tốn cho thấy q trình: 3O2 → 2O3 có ∆ r Ho298 > chứng tỏ khơng có khả tồn Q trình: 2O3 → 3O2 có ∆ r Ho298 < 0, chứng tỏ khả tồn O2, O2 trạng thái bền nguyên tố oxygen Xác định biến thiên enthalpy phản ứng dựa vào enthalpy tạo thành Vận dụng trang 91 Hóa học 10: Tính biến thiên enthalpy phản ứng phân hủy trinitroglycerin (C3H5O3(NO2)3), theo phương trình sau (biết nhiệt tạo thành nitroglycerin -370,15 kJ/mol): 4C3H5O3(NO2)3(s) → 6N2(g) + 12CO2(g) + 10H2O(g) + O2(g) Hãy giải thích trinitroglycerin ứng dụng làm thành phần thuốc súng không khói Trả lời: 4C3H5O3(NO2)3(s) → 6N2(g) + 12CO2(g) + 10H2O(g) + O2(g) ∆ r Ho298 = 6.∆ f Ho298 (N2) + 12 ∆ f Ho298 (CO2) + 10 ∆ f Ho298 (H2O) + ∆ f Ho298 (O2) – ∆ o f H 298 (C3H5O3(NO2)3) ∆ r Ho298 = 6.0 + 12.(-393,50) + 10.(-241,82) + – 4.(-370,15) = -5659,6 kJ < < ⇒ Phản ứng tỏa lượng nhiệt lớn tạo chất khí CO2, H2O, N2 O2 nên trinitroglycerin ứng dụng làm thành phần thuốc súng khơng khói Câu hỏi trang 91 Hóa học 10: Giá trị biến thiên enthalpy phản ứng có liên quan tới hệ số chất phương trình nhiệt hóa học khơng? Giá trị enthalpy tạo thành thường đo điều kiện nào? Trả lời: - Giá trị biến thiên enthalpy phản ứng có liên quan tới hệ số chất phương trình nhiệt hóa học - Giá trị enthalpy tạo thành thường đo điều kiện chuẩn: Áp suất bar (đối với chất khí), nồng độ mol/L (đối với chất tan dung dịch) thường chọn nhiệt độ 25oC (hay 298K) Luyện tập trang 91 Hóa học 10: Dựa vào giá trị enthalpy tạo thành Bảng 13.1, tính giá trị ∆ r Ho298 phản ứng sau: t CO2(g) + 2SO2(g) CS2(l) + 3O2(g) (1) t 2N2(g) + 6H2O(g) 4NH3(g) + 3O2(g) (2) Trả lời: t CO2(g) + 2SO2(g) CS2(l) + 3O2(g) (1) ∆ r Ho298 (1) = 1.∆ f Ho298 (CO2) + 2.∆ f Ho298 (SO2) - 1.∆ f Ho298 (CS2) – 3.∆ f Ho298 (O2) ∆ r Ho298 (1) = -393,50 + 2.(-296,80) – 1.87,90 – 3.0 = -1075 kJ t 2N2(g) + 6H2O(g) 4NH3(g) + 3O2(g) (2) ∆ r Ho298 (2) = 2.∆ f Ho298 (N2) + 6.∆ f Ho298 (H2O) - 4.∆ f Ho298 (NH3) – 3.∆ f Ho298 (O2) ∆ r Ho298 (2) = 2.0 + 6.(-241,82) – 4.(-45,9) – 3.0 = -1267,32 kJ Bài Bài trang 92 Hóa học 10: Tính ∆ r Ho298 phản ứng sau dựa theo lượng liên kết (sử dụng số liệu từ Bảng 14.1): a) N2H4(g) → N2(g) + 2H2(g) t 2Cl2(g) + 2H2O(g) b) 4HCl(g) + O2(g) Trả lời: a) N2H4(g) → N2(g) + 2H2(g) ∆ r Ho298 = Eb(N2H4) – Eb(N2) – 2.Eb(H2) ∆ r Ho298 = Eb(N-N) + 4.Eb(N-H) – Eb(N≡N) – 2.Eb(H-H) ∆ r Ho298 = 163 + 4.391 – 945 – 2.432 = -82 kJ t 2Cl2(g) + 2H2O(g) b) 4HCl(g) + O2(g) ∆ r Ho298 = 4.Eb(HCl) + Eb(O2) – 2Eb(Cl2) – 2Eb(H2O) ∆ r Ho298 = 4.Eb(H-Cl) + Eb(O=O) – 2.Eb(Cl-Cl) – 2.2.Eb(O-H) ∆ r Ho298 = 4.427 + 498 -2.243 – 2.2.467 = -148 kJ Bài trang 92 Hóa học 10: Dựa vào Bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng đốt cháy hoàn toàn mol benzene C6H6(l) khí oxygen, tạo thành CO2(g) H2O(l) So sánh lượng nhiệt sinh đốt cháy hoàn toàn 1,0 g propane C3H8(g) với lượng nhiệt sinh đốt cháy hoàn toàn 1,0 g benzenne C6H6(l) Trả lời: C6H6(l) + 15 t 6CO2(g) + 3H2O(l) O2(g) ∆ r Ho298 = 6.∆ f Ho298 (CO2) + ∆ f Ho298 (H2O) - ∆ f Ho298 (C6H6) ∆ r Ho298 = 6.(-393,50) + 3.(-285,84) – (+49,00) - 15 15 ∆ f Ho298 (O2) ∆ r Ho298 = -3267,52 kJ 1,0 gam C6H6(l) ứng với mol C6H6(l) 78 Đốt cháy mol C6H6(l) tỏa 3267,52 kJ nhiệt lượng ⇒ Đốt cháy 1 mol C6H6(l) tỏa 3267,52 = 41,89 kJ nhiệt lượng 78 78 t 3CO2(g) + 4H2O(l) C3H8(g) + 5O2(g) ∆ r Ho298 = 3.∆ f Ho298 (CO2) + ∆ f Ho298 (H2O) - ∆ f Ho298 (C3H8) – 5.∆ f Ho298 (O2) ∆ r Ho298 = 3.(-393,50) + 4.(-285,84) – (-105,00) - 5.0 ∆ r Ho298 = -2218,86 kJ 1,0 gam C3H8(g) ứng với mol C3H8(g) 44 Đốt cháy mol C3H8(g) tỏa 2218,86 kJ nhiệt lượng ⇒ Đốt cháy 1 mol C3H8(g) tỏa 2218,86 = 50,43 kJ nhiệt lượng 44 44 Lượng nhiệt sinh đốt cháy hoàn toàn 1,0 g propane C3H8(g) nhiều đốt cháy hoàn toàn 1,0 g benzenne C6H6(l) Bài trang 93 Hóa học 10: Dựa vào enthalpy tạo thành Bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng nhiệt nhôm: t 2Fe(s) + Al2O3(s) 2Al(s) + Fe2O3(s) Từ kết tính trên, rút ý nghĩa dấu giá trị ∆ r Ho298 phản ứng Trả lời: t 2Fe(s) + Al2O3(s) 2Al(s) + Fe2O3(s) ∆ r Ho298 = 2.∆ f Ho298 (Fe) + ∆ f Ho298 (Al2O3) – ∆ f Ho298 (Al) - ∆ f Ho298 (Fe2O3) ∆ r Ho298 = 2.0 + (-1676,00) – 2.0 – (-825,5) ∆ r Ho298 = -850,5 kJ < ⇒ Phản ứng nhiệt nhôm sinh lượng nhiệt lớn Bài trang 93 Hóa học 10: Cho phương trình nhiệt hóa học sau: SO2(g) + t , V2O5 SO3(g) O2(g) ∆ r Ho298 = -98,5 kJ a) Tính lượng nhiệt giải phóng chuyển 74,6 g SO2 thành SO3 b) Giá trị ∆ r Ho298 phản ứng: SO3(g) → SO2(g) + O2(g) bao nhiêu? Trả lời: a) 74,6 g SO2 tương ứng với 74,6 mol SO2 64 Đốt cháy hoàn toàn mol SO2(g) sinh 98,5 kJ nhiệt lượng ⇒ Đốt cháy hoàn toàn 74,6 74,6 mol SO2(g) sinh 98,5 = 114,81 kJ nhiệt lượng 64 64 b) Lượng nhiệt giải phóng chuyển mol SO2 thành mol SO3 98,5 kJ ⇒ Lượng nhiệt cần cung cấp để phân hủy mol SO3 98,5 kJ ⇒ Giá trị ∆ r Ho298 phản ứng: SO3(g) → SO2(g) + O2(g) +98,5 kJ Bài trang 93 Hóa học 10: Khí hydrogen cháy khơng khí tạo thành nước theo phương trình hóa học sau: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) ∆ r Ho298 = -483,64 kJ a) Nước hay hỗn hợp oxygen hydrogen có lượng lớn hơn? Giải thích b) Vẽ sơ đồ biến thiên lượng phản ứng hydrogen oxygen Trả lời: a) ∆ r Ho298 = Σ∆ f Ho298 (sp) - Σ ∆ f Ho298 (cđ) < ⇔ Σ∆ f Ho298 (sp) < Σ ∆ f Ho298 (cđ) Vậy hỗn hợp oxygen hydrogen có lượng lớn nước b) Sơ đồ biến thiên lượng phản ứng hydrogen oxygen Bài trang 93 Hóa học 10: Xét q trình đốt cháy khí propane C3H8(g): t 3CO2(g) + 4H2O(g) C3H8(g) + 5O2(g) Tính biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng dựa vào nhiệt tạo thành hợp chất (Bảng 13.1) dựa vào lượng liên kết (Bảng 14.1) So sánh hai giá trị rút kết luận Trả lời: t 3CO2(g) + 4H2O(g) C3H8(g) + 5O2(g) Tính theo nhiệt tạo thành hợp chất: ∆ r Ho298 = 3.∆ f Ho298 (CO2) + ∆ f Ho298 (H2O) - ∆ f Ho298 (C3H8) – 5.∆ f Ho298 (O2) ∆ r Ho298 = 3.(-393,50) + 4.(-241,82) – (-105,00) - 5.0 ∆ r Ho298 = -2042,78 kJ Tính theo lượng liên kết: ∆ r Ho298 = Eb(C3H8) + 5.Eb(O2) – 3Eb(CO2) – 4Eb(H2O) ∆ r Ho298 = 2.Eb(C-C) + 8.Eb(C-H) + 5.Eb(O=O) -3.2.Eb(C=O) - 4.2.Eb(O-H) ∆ r Ho298 = 2.347 + 8.413 + 5.498 – 3.2.745 – 4.2.467 ∆ r Ho298 = -1718 kJ Biến thiên enthalpy chuẩn phản ứng dựa vào nhiệt tạo thành có giá trị âm so với biến thiên enthalpy chuẩn dựa vào lượng liên kết ... Ho298 = Eb(CH4) + Eb(Cl2) – Eb(CH3Cl) – Eb(HCl) ∆ r Ho298 = 4.Eb(C-H) + Eb(Cl-Cl) – 3Eb(C-H) – Eb(C-Cl) – Eb(H-Cl) ∆ r Ho298 = 4.413 + 243 – 3.413 – 339 – 427 ∆ r Ho298 = - 110 kJ < ⇒ Phản ứng tỏa... 4.Eb(HCl) + Eb(O2) – 2Eb(Cl2) – 2Eb(H2O) ∆ r Ho298 = 4.Eb(H-Cl) + Eb(O=O) – 2.Eb(Cl-Cl) – 2.2.Eb(O-H) ∆ r Ho298 = 4.427 + 498 -2.243 – 2.2.467 = -148 kJ Bài trang 92 Hóa học 10: Dựa vào Bảng 13.1,... + 6.∆ f Ho298 (H2O) - 4.∆ f Ho298 (NH3) – 3.∆ f Ho298 (O2) ∆ r Ho298 (2) = 2.0 + 6.(-241,82) – 4.(-45,9) – 3.0 = -1267,32 kJ Bài Bài trang 92 Hóa học 10: Tính ∆ r Ho298 phản ứng sau dựa theo