skkn HIỆU ỨNG NHIỆT của PHẢN ỨNG hóa học

Nhiệt động hóa học ứng dụng các định luật của nhiệt động học để khảo sát cácquá trình hóa lý khác nhau như: Tính toán nhiệt cho các quá trình, xác định khả năng,hướng và mức độ xảy ra củ

Mẫu 1A

1 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Nhiệt động hóa học là môn nghiên cứu năng lượng và chuyển hóa năng lượng màtrước hết là nhiệt và mối quan hệ chuyển hóa giữa nhiệt với công và các dạng nănglượng khác

Nhiệt động hóa học ứng dụng các định luật của nhiệt động học để khảo sát cácquá trình hóa lý khác nhau như: Tính toán nhiệt cho các quá trình, xác định khả năng,hướng và mức độ xảy ra của các phản ứng hóa học…Nắm vững các kiến thức về nhiệtđộng hóa học là rất cần thiết và quan trọng

Trong quá trình dạy và học môn Hóa học, khi nắm vững lý thuyết về nhiệt độnghóa học các em sẽ dễ dàng hơn trong việc giải thích được tại sao phản ứng này lại xảy

ra còn phản ứng kia lại không, tại sao có phản ứng lại tỏa nhiệt nhưng có những phảnứng lại thu nhiệt… Thông qua việc nắm kiến thức về nhiệt phản ứng học sinh rènluyện tính tích cực, trí thông minh, tự lập, sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú trong học tậpmôn Hóa học để cho môn học không còn khô khan và cứng nhắc nữa

Xuất phát từ suy nghĩ muốn giúp học sinh không gặp phải khó khăn và nhanhchóng tìm được niềm đam mê, hứng thú với môn hóa trong quá trình học tập Chính vì

vậy tôi chọn đề tài: “HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC”

1.2 MỤC ĐỊCH CHỌN ĐỀ TÀI

- Các hóa học luôn kèm theo sự biến đổi về năng lượng (chủ yếu dưới dạng nhiệt)cho nên việc nghiên cứu hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học sẽ có một ý nghĩa nhấtđịnh đối với hóa học

- Xác định khả năng, hướng và mức độ xảy ra của các phản ứng hóa học

- Giúp học sinh tính toán được nhiệt của phản ứng qua đó xác định phản ứng đó

là thu hay tỏa nhiệt

1.3 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

Tìm hiểu về :

- Hiệu ứng nhiệt của các quá trình hóa học và phương trình nhiệt hoá học

- Định luật Hess và các hệ quả, ứng dụng của định luật Hess

- Sự phụ thuộc của hiệu ứng vào nhiệt độ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG

HÓA HỌC

Quảng Bình, tháng 11 năm 2018

- Làm một số dạng bài tập liên quan đến nhiệt hóa học

Nếu các phản ứng có chất khí tham gia thì giá trị [H và [U sẽ khác nhau Trongtrường hợp khí tham gia là lý tưởng:

PV = nRTp[V = [n RTn: là biến thiên số mol khí trong phản ứng ở nhiệt độ tuyệt đối T

R là hằng số khí R = 8,312at.lit / mol độ

[H = [U + [nRT

Khi [n = 0 thì [H = [U

2.2 Phương trình nhiệt hóa học.

Phương trình nhiệt hoá học là phương trình phản ứng hoá học bình thường có ghikèm hiệu ứng nhiệt và trạng thái tập hợp của các chất tham gia và thu được sau phảnứng Đa số các phản ứng xảy ra ở áp suất không thay đổi nên ta xét chủ yếu biến thiên[H [1]

H2(k) +1/2O2(k)  H2O(l) [H =-285.84kJ

2H2(k) +O2(k)  2H2O(l) [H =-571.68 kJ

Ta quy ước: Quá trình thu nhiệt [H>0

Quá trình tỏa nhiệt [H<0

Hiệu ứng nhiệt ΔH của 1 phản ứng ở áp suất không đổi và một nhiệt độ xác định bằng tổng entanpy của các sản phẩm phản ứng trừ đi tổng entanpi của các chất tham gia phản ứng: [H = Σ[HSPpư - Σ[Hchất đầu pư

2.3 Các loại nhiệt thường gặp.

 Nhiệt tạo thành.

Nhiệt tạo thành (còn gọi là sinh nhiệt ) của một hợp chất là hiệu ứng nhiệt củaphản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ứng bền vững ở điều kiện đã cho

Khi đó ta có nhiệt tạo thành tiêu chuẩn, tức entanpi tạo thành mol tiêu chuẩn và kí hiệu

là [H0

Chỉ có thể đo trực tiếp được nhiệt tạo thành trong 1 số ít trường hợp như HCl,

Quy tắc tính nhiệt tạo thành: “Entanpi của một phản ứng hóa học bằng tổng

entanpi sinh của các sản phẩm trừ entanpi sinh của các chất phản ứng”

0

) (

0

) , (

- Entanpi sinh nguyên tử: Khi 1 mol hợp chất được tạo ra từ các nguyên tử thì

độ biến thiên entanpi của quá trình này gọi là entanpi sinh nguyên tử

- Entanpi sinh của chất tan: Là hiệu ứng nhiệt của quá trình hình thành 1 mol

chất ở trạng thái tan từ các đơn chất ở trạng thái bền vững nhất trong các điều kiện đãcho về nhiệt độ và áp suất

Ví dụ: 1.Tính entanpi hòa tan của 1 mol HCl(k) trong 200 mol nước ở 250C

 NaCl trong 200 mol H2O + H2O(l)

Giải: 1 HCl(K)  200molH2O HCltrong 200 mol H2O

2

) 200 (

298 , )

100 (

298

,

) ( 298 , )

200 (

298 ,

mol HCltrong s

NaOHtrong

s

Ol H s mol

NaCltrong s

H H

H H

- Entanpi sinh của ion trong dung dịch nước là quá trình biến thiên entanpi của

phản ứng hình thành 1 mol ion bị hidrat hóa từ các đơn chất

Ví dụ: Entanpi sinh của 

aq Cl

s H

s H

Nhiệt cháy (còn gọi là thiêu nhiệt): Là hiệu ứng nhiệt của phản ứng dốt cháy 1

mol chất bằng khí oxi (O 2 ) để tạo thành sản phẩm cháy ở áp suất không đổi Sản phẩm

N2(k), SO2(k) và HCl(k.)

Quy tắc tính nhiệt cháy: “Hiệu ứng nhiệt của 1 phản ứng hóa học bằng tổng các

entanpi cháy của các chất phản ứng trừ đi tổng entanpi cháy của các sản phẩm”

Người ta dùng entanpi cháy để xác định entanpi sinh của 1 hợp chất hữu cơ vàhiệu ứng nhiệt của các phản ứng hữu cơ vì các đại lượng này khó xác định bằng thựcnghiệm.

* Nhiệt chuyển pha

Quá trình chuyển pha là quá trình trong đó một chất chuyển từ trạng thái tập hợpnày sang trạng thái tập hợp khác

Quá trình chuyển pha có thể là thăng hoa, bay hơi, nóng chảy, biến đổi đa hình,chuyển từ trạng thái vô định hình sang trạng thái tinh thể

Hiệu ứng nhiệt kèm theo quá trình chuyển pha là nhiệt chuyển pha

* Năng lượng liên kết

Năng lượng của một liên kết định vị là năng lượng được giải phóng khi liên kếthóa học được hình thành từ các nguyên tử cô lập

“Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học bằng tổng các năng lượng liên kết của các phẩn tử sản phẩm trừ đi tổng các năng lượng liên kết của các chất phản ứng”

* Năng lượng mạng lưới tinh thể ion

Trong điều kiện bình thường, các hợp chất ion có cấu trúc tinh thể Trong mạng

lưới tinh thể ion không có ranh giới giữa các phân tử Mỗi tinh thể được coi như 1phân tử Do đó đối với loại hợp chất này, người ta ít dùng năng lượng liên kết mà dùngnăng lượng mạng lưới tinh thể

“Là năng lượng được giải phóng khi 1 mol chất tinh thể được hình thành từ cácion ở thể khí”

Không thể đo trực tiếp năng lượng mạng lưới tinh thể bằng phương pháp tínhnhiệt hóa học

Phương pháp tính năng lượng mạng lưới tinh thể ion dựa vào các dữ kiện thựcnghiệm về năng lượng của các quá trình khác do H.Born và F.Haber đề xuất nênphương pháp này còn gọi là phương pháp chu trình Born – Haber

2.4 Sự phụ thuộc của hiệu ứng nhiệt vào nhiệt độ và áp suất

Phương trình này được thiết lập từ định luật Hess tức là hiệu ứng nhiệt không phụthuộc vào đường đi chỉ phụ thuộc và trạng thái đầu và cuối

Xét phương trình: aA +bB +  gG + dD + thực hiện ở áp suất không đổi Ởnhiệt độ T1 hiệu ứng nhiệt phản ứng là H T1 Chuyển chất phản ứng lên nhiệt độ T2,

2 2

phẩm) dT

Theo định luật Hess: H T1  H1  H2  H T2

1 1

dT C H

H

T

T P T

T   



2

1 1 2

Từ phương trình Kirchhoff thấy sự phụ thuộc hiệu ứng nhiệt của phản ứng vàonhiệt độ là do sự khác nhau giữa nhiệt dung mol phân tử đẳng áp của chất sản phẩm vàchất phản ứng quyết định

2.5 Định luật Hess và các hệ quả, ứng dụng của định luật Hess.

2.5.1 Định luật Hess (1812-1850)

Năm 1840 G.I.Hess đã phát minh ra định luật căn bản của nhiệt động hóa học

Khái niệm: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào trạng tháiđầu và trạng thái cuối chứ không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian.[1]

Nội dung: “Nếu có nhiều cách để chuyển chất ban đầu thành những sản phẩm

giống nhau thì hiệu ứng nhiệt tổng cộng theo cách nào cũng như nhau ’’

Nói cách khác: Hiệu ứng nhiệt của quá trình hóa học chỉ phụ thuộc vào bản chất

và trạng thái của các chất đầu và sản phẩm chứ không phụ thuộc vào đường đi

NaOH và hiệu ứng nhiệt tổng cộng của cách nào cũng bằng: -102.0 kcal

Cách 1:

Na(r) + 1/2O2(k)  1/2Na2O2(r) H1= - 60,3 kcal1/2H2(k) + 1/4O2(k)  1/2H2O(l) H2 =-34,1 kcal1/2Na2O2 + 1/2H2O(l)  NaOH(r) + 1/4O2(k) H3 = -7,6kcal

Tổng cộng: Na(r) + 1/2O2(k) + 1/2H2(k) NaOH(r) H = ??

Thì ta có: H = -60,3 - 34,1 - -7,6 =-102,0 kcal

Cách 2:

H2(k) + 1/2O2(k)  H2O(l) H1=-68,3 kcal

Na (r) + H2O(l)  NaOH + 1/2H2 H2=-33,7kcal

Tổng cộng: Na(r) + 1/2H2(k) + 1/2O2(k) NaOH (r) H=??

Ta có: H=-68,3-33,7=-102,0kcal

Chú ý: Entanpi một chất được tính với một mol chất đó Biến thiên entanpi tínhđược từ entanpi của các chất ở diều kiện chuẩn được gọi là biến thiên entanpi chuẩn vàđược kí hiệu là H0 hoặc khi chú ý cả nhiệt độ nữa thì được kí hiệu là H0

298.

+ Đối với các khí, trạng thái chuẩn là trạng thái khí lí tưởng ở áp suất 1 atm.+ Đối với các chất rắn và các chất lỏng, trạng thái chuẩn là trạng thái của chấttinh khiết

+ Nhiệt độ thường được lấy là 250C = 2980K

2.5.2 Hệ quả của định luật Hess.

trừ tổng nhiệt tạo thành của các chất ban đầu (có kể cả hệ số )

Hiệu ứng nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt đốt cháy các chất đầu trừ đi tổng nhiệtđốt cháy của các chất sản phẩm (có kể cả hệ số )

H =Hđc (tác chất ) - Hđc (sản phẩm )Vd: CH3COOH(l)+C2H5OH(l)CH3COOC2H5 + H2O H = ?

H = Hđc(CH3COOH) + Hđc(C2H5OH) -Hđc(CH3COOC2H5)

= -208,2 - 326,7 + 545,9 = 11 kcal

 Hiệu ứng nhiệt của quá trình thuận và hiệu ứng nhiệt của quá trình nghịch bằng

nhau về trị số và ngược dấu nhau H tt = - H ng

2.5.3 Ứng dụng của định luật Hess.

 Tìm hiểu hiệu ứng nhiệt của một số phản ứng không thể xác định bằng thực nghiệm

 Tìm nhiệt tạo thành của một chất

Ví dụ: tìm nhiệt tạo thành của rượu etylic từ các dữ kiện:

C2H5OH(l) + 3O2(k) CO2 (k) + H2O(l) H = -327 kcal

Htt = ?

Giải: Áp dụng hệ quả 1 của định luật Hess ta có:

H = 2 x (-94) + 3 x (-68,3) - Htt (C2H5OH) = -327 kcal

Rút ra: Htt (C2H5OH) = 2 x (-94) + 3 x (-68,3) – (-327) = - 65,9 kcal

 Định năng lượng liên kết

==>Hlk(O-H ) = ¼(2×435,9 + 498,7 + 483,68 ) = 463,545 kJ

 Xác định năng lượng mạng lưới của tinh thể

Năng lượng mang ion là năng lượng tạo thành mạng tinh thể hợp chất từ các ioncủa trạng thái khí

Ví dụ: Năng lượng mang ion của tinh thể NaCl chính là hiệu ứng nhiệt của phản ứng:

Từ các dữ kiện sau, ta có thể tính được năng lượng mạng ion của tinh thể NaCl:

Theo định luật Hess ta có:

Từ đó ta có năng lượng mạng tinh thể ion muối ăn:

II MỘT SỐ BÀI TẬP LIÊN QUAN

Bài tập 1 (đề thi đề nghị môn hóa lớp 10 trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong –

thành phố Hồ Chí Minh): Thí nghiệm đo nhiệt lượng có thể được dùng để xác định

nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của MgO

a Viết phương trình phản ứng tạo thành MgO với sự biến thiên entanpi của phản

dung dịch là 4 , 025J/g 0Cvà nhiệt trung hòa là 55,9 kJ/mol nước

c Khi cho 0,221 gam Mg vào dụng cụ đo nhiệt lượng như trong thí nghiệm trên

dung riêng của dung dịch là 3 , 862J /g 0C và hằng số nhiệt lượng kế được lấy từ câub.

d Khi 0,576g MgO phản ứng với dung dịch gồm 49,9 ml dung dịch HCl 1,01M

và 48,7ml nước được đựng trong nhiệt lượng kế như trên thấy nhiệt lượng kế như trên

phản ứng.những giả thiết khác lấy từ câu c

e Sử dụng những kết quả trên tính nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của MgO biết nhiệttạo thành tiêu chuẩn của H2O(l)là H f0 285 , 8kJ/mol







Hướng dẫn giải: a Phương trình phản ứng: Mg(r) 1 / 2O2(k)  MgO(r)

b nHCl= 0,0501 mol > nNaOH = 0,05 mol nên sau phản ứng NaOH hết

Phương trình phản ứng: HCl(dd) NaOH(dd)  NaCl(dd) H2O l)

mol kJ

H   55 , 9 /



Nhiệt tỏa ra trong thí nghiệm: 0,05 (-55,9) = -2,795kJ

Lượng nhiệt trên bị hấp thụ bởi dung dịch và nhiệt lượng kế

Tổng thể tích dung dịch là 99,7ml

Nếu d = 1g/ml thì mdd = 99,7g

Lượng nhiệt do dung dịch hấp thụ bởi nhiệt lượng kế: 2795 – 2568 = 227J

2

Mg  

Tổng khối lượng của hệ: 99,6 + 0,221 = 99,821g

Nhiệt sinh ra của phản ứng hấp thụ bởi dung dịch và nhiệt lượng kế

Nhiệt hấp thụ bởi dung dịch: 99,821x 3,862 x 9,67 = 3728J

Nhiệt hấp thụ bởi nhiệt lượng kế: 35,5 x9,67 = 343J

Tổng nhiệt lượng của phản ứng: 3728 + 343 = 4071J

Số mol Mg: 0,00909 mol

Nhiệt của phản ứng tính theo số mol Mg phản ứng là: 4071 : 0,00909 = 4,479.105J/mol

Tổng khối lượng của hệ: 99,6 + 0,576 = 101,676g

Nhiệt sinh ra của phản ứng hấp thụ bởi dung dịch và nhiệt lượng kế

Nhiệt hấp thụ bởi dung dịch: 101,676 x 3,862 x 4,72 = 1853J

Nhiệt hấp thụ bởi nhiệt lượng kế: 35,5 x 4,72 = 168J

Tổng nhiệt lượng của phản ứng: 1853 + 168 = 2021 J

Số mol MgO: 0,0143 mol

Nhiệt của phản ứng tính theo số mol Mg phản ứng là: 2021 : 0,0143 = 1,143.105J/mol

-e Phương trình nhiệt của các phản ứng:

2 2

Mg   H  447,9kJ/mol

O H O

H2 1 / 2 2  2 H   285 , 8kJ/mol

Bài tập 2 (đề thi đề nghị môn hóa lớp 10 trường THPT Chuyên Thăng Long –

Lâm Đồng): Năng lượng liên kết của N – N bằng 163kJ/mol, của N  N bằng 945 kJ/

thường Trường hợp nào thuận lợi hơn? Hãy giải thích?

jEj iEi

H

Xét cụ thể với nitơ:

kJ x

E E

E E

( )

2 ( ) 2

3 )

( 2 /

1 O2 k CO k

5  

Theo phương trình ta có: H ttAl0 O 399,09Kcal/mol

3

2 



mol Kcal

H ttCO0 94,05 /

2 



0 0

0 0

H ttAlCl0 166,2 /

3 





Bài tập 4 (Trường THPT Huỳnh Thúc Kháng – Quảng Nam - 2009): Tính nhiệt

hình thành 1 mol AlCl3 biết

Nhiệt hình thành của CO là -110,4kJ/mol

Hướng dẫn giải: ta có các quá trình sau:

) ( 3 )

( 2 )

( 2 )

( 2 )

3CO k  Cl k  COCl k 3 H 2

) ( 3 2 )

( 2 )

2Al r  O k  Al O r H3

) ( )

(

2 / 3

) ( 2 )

3

= -232,24 +3(-112,2) +(-1668,2) +3(-110,4) +3 393,13 = -1389,45kJ

Bài tập 4 (Trường THPT Chuyên Nguyễn Bỉnh Khiêm – Quảng Nam): Cho phản

ứng sau

O H n nCO O

/

) (

3 2

2 ( ) 2

3 ) (

) ( 2 )

411 ).

2 2 ( 347 ).

1 ( )

2 2 ( ).

1 (

O H n O

n H

n 2(k) 2(k) ( 1 ) 2

2

1 )

1

) ( 2 )

( 2 )

) ( )

( 2

) ( 2 ) 1 ( )

Bài 6 (Đề thi chọn học sinh giỏi lớp 11 năm 2013 – 2014 tỉnh Quảng Bình)

Cho phản ứng: C2H6 (k) + 3,5O2 (k)   2CO2 (k) + 3H2O (l) (1)

Dựa vào 2 bảng số liệu sau:

0 s

Nhiệt hóa hơi của nước là 44 kJ.mol-1

hãy tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng (1) theo 2 cách

[ 0

p­

(kJ)

Bài 7: (Đề thi chọn HSG duyên hải và Bắc Bộ 2013 – 2014) Cho các dữ kiện sau:

Năng lượng kJ.mol¯ 1 Năng lượng kJ.mol¯ 1

Tính ái lực electron của F và Cl ; so sánh các kết quả thu được và giải thích

2 Biết giá trị nhiệt động của các chất sau ở điều kiện chuẩn là :

[H0

các đơn chất ở điều kiện chuẩn

b Cho bi t đi u ki n chu n oxit s t nào b n nh t ?ết ở điều kiện chuẩn oxit sắt nào bền nhất ? ở điều kiện chuẩn oxit sắt nào bền nhất ? ều kiện chuẩn oxit sắt nào bền nhất ? ện chuẩn oxit sắt nào bền nhất ? ẩn oxit sắt nào bền nhất ? ắt nào bền nhất ? ều kiện chuẩn oxit sắt nào bền nhất ? ất ?

1 Áp dụng định luật Hess vào chu trình

12

* Cũng có thể giải thích: F và Cl là hai nguyên tố liền nhau trong nhóm VIIA

F ở đầu nhóm Nguyên tử F có bán kính nhỏ bất thường và cản trở sự xâm nhập của

Sự tạo thành Fe2O3 từ các đơn chất Fe và oxi ở đkc:

Sự tạo thành Fe3O4 từ các đơn chất Fe và oxi ở đkc:

Vậy tính bền của các oxit tăng dần theo thứ tự:

FeO → Fe 2 O 3 → Fe 3 O 4

Bài 8: Trong quá trình khí hóa than, than chuyển hóa thành hỗn hợp nhiên liệu của

cacbon monoxide và hyđrô, được gọi là khí than: H2O (k) + C (r)  CO (k) + H2 (k)

a Hãy tính sự biến đổi entanpi chuẩn của phản ứng này từ những phương trìnhphản ứng hóa học và sự biến đổi entanpi chuẩn

Khí than được dùng làm nhiên liệu: CO (k) + H2 (k) + O2 (k)  CO2 (k) + H2O (k)

b Với những giả thiết đã cho, hãy tính sự biến đổi entanpi cho sự cháy này