SKKN: Một số kinh nghiệm dạy tốt bài hiệu ứng nhiệt của phản ứng lớp 10 phân ban

SỞ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO TỈNH NINH THUẬN TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN —¶– SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM MỘT SỐ KINH NGHIỆM DẠY TỐT BÀI HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG LỚP 10 PHÂN BAN Người thực hiện: Nguyễn Trung Quốc Chức vụ: Hiệu Trưởng Dạy: Môn Hóa Học Tp Phan Rang – Thp chm, tháng năm 2010 Hoàn cảnh nẩy sinh sáng kiến, kinh nghiệm : Một xu hướng đổi phương pháp dạy học “ dạy học hướng vào người học” Trên tinh thần đó, soạn giảng giáo viên cần chuẩn bị thật khéo léo kỹ lưỡng, chọn lọc nội dung, phương pháp; giáo viên người hướng dẫn, tổ chức để học sinh tích cực hoạt động tự tìm tịi, phát chiếm lĩnh kiến thức, từ học sinh có niềm say mê học tập Mỗi phản ứng hóa học kèm theo biến đổi lượng khác lượng nguyên tử, phân tử chất phản ứng sản phẩm Năng lượng thể nhiều dạng khác nhau, đặc biệt nhiệt Làm để học sinh hiểu nắm vững phương pháp giải toán để xác định nhiệt phản ứng hóa học? Qua thực tế giảng dạy xin đưa số kinh nghiệm nhỏ vấn đề: - Sử dụng định luật Hess để giải tốn nhiệt hóa học - Một số dạng tập vận dụng định luật Hess I Qui trình thực : Trong qúa trình thực hiện, tơi rút số kinh nghiệm sau : * Đầu mục lớn nội dung lý thuyết Tiếp số ví dụ, số tập lựa chọn nhằm giúp em học sinh hiểu kiến thức sâu nâng cao kỹ vận dụng kiến thức * Cuối số tập nâng cao có lời giải tạo điều kiện cho em tự bồi dưỡng để thi đại học, học sinh giỏi tỉnh quốc gia II I Phương trình trạng thái khí lí tưởng: Nếu có n mol khí áp suất p, nhiệt độ T, chiếm thể tích V phương trình trạng thái khí lí tưởng có dạng: PV = nRT = m RT M Trong đó: m : khối lượng khí (g) M: Khối lượng mol khí (g/mol) R : số khí lí tưởng , R = 0,082 l3.atm.K-1.mol V : thể tích (l) T : nhiệt độ tuyệt đối ( T = t0C + 273) P : áp suất (atm) Lưu ý: R số phụ thuộc vào đơn vị - P (N/m2) , V (cm3) Þ R = 8,314 N.m/K.mol hay 8,314 J/K.mol ( N.m = 1J) - Vì cal = 4,18 J Þ R = 1,987 cal/K.mol - P (mmHg) , V (ml) , atm = 760 mmHg Þ R = 62400 mmHg ml/ K.mol II Ap suất riêng phần khí ( Pi) Nếu bình kín có hỗn hợp khí (khơng tham gia phản ứng với nhau) khí gây nên áp suất gọi áp suất riêng phần khí kí hiệu Pi Nếu gọi V thể tích hỗn hợp khí (bằng thể tích bình đựng) Ta có: Pchung = å Pi = Pi = ni Pi = Trong đó: RT V å ni RT V Pi = xi P xi = với ni å ni P 100 V t2 hỗn hợp khí P áp suất chung hỗn hợp khí xi nồng độ phần mol khí i hỗn hợp ni số mol khí i hỗn hợp chiếm ai% thể tích hỗn hợp Pi áp suất riêng phần khí i Bài tập 1: Trộn lít khí O2 với lít khí N2 có áp suất atm lít hỗn hợp Tính áp suất riêng phần khí hỗn hợp? Giải: PO = = 0,4 atm; PN = = 0,6 atm Bài tập 2: Một bình kín dung tích 8,96 lít chứa 4,8g O2 ; 6,6g CO2 2,8g hợp chất khí A Ở 27,3oC áp suất chung hỗn hợp khí 1,1 atm a/ Tính P riêng phần khí ? b/ Tính MA? c/ Biết A hợp chất có nguyên tố có ti lệ khối lượng nguyên tố 3/4 Định CTPT A? Giải: a/ nO = 0,15 mol ; nCO = 0,15 mol Ap suất riêng phần khí: PO = PCO = nO2 RT V = 0,4125 atm Ta có: PO + PCO + PA = 1,1 Þ PA = 0,275 atm b/ nA = 0,1 mol Þ MA = 28 g/mol c/ Đặt A: Xx Yy mX = x MX mY = yMY Từ: mX mY = Þ mX + mY = 28 Lập bảng chọn x = 1, y=1, mX = 12 = xMX mY = 16 = yMY MX = 12 (C ) MY = 16 (O) Þ A: CO III Nhiệt hóa học: - Một phản ứng hóa học xảy thường có trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh: + Phản ứng tỏa nhiệt phản ứng nhường nhiệt cho môi trường + Phản ứng thu nhiệt phản ứng nhận nhiệt mơi trường - Nhiệt hóa học ngành hóa học nghiên cứu nhiệt phản ứng hóa học 1/ Nhiệt phản ứng: a) Nhiệt lượng tỏa hay hấp thụ phản ứng hóa học gọi hiệu ứng nhiệt phản ứng Đơn vị: KJ / mol hay Kcal / mol Thực nghiệm cho biết với phản ứng, giá trị nhiệt lượng đo phụ thuộc vào: - Cách tiến hành đo ( Vd: Trong điều kiện đẳng tích hay đẳng áp) - Trạng thái tác chất sản phẩm b) Hiệu ứng nhiệt phản ứng, đo điều kiện thể tích khơng đổi, gọi hiệu ứng nhiệt đẳng tích Hiệu ứng nhiệt đẳng tích = biến thiên nội hệ ( D U) c) Hiệu ứng nhiệt phản ứng, đo điều kiện áp suất không đổi, gọi hiệu ứng nhiệt đẳng áp Hiệu ứng nhiệt đẳng áp = biến thiên ENTANPI hệ ( D H) * Quy ước dấu: Phản ứng tỏa nhiệt: D H < ; D U < Phản ứng thu nhiệt: D H > ; D U > Vd1: 2CO ( K ) + O2 ( K ) ® 2CO2 ( K ) D U = – 563,50 KJ 2CO ( K ) + O2 ( K ) ® 2CO2 (K ) O2 ( K ) ® CO2 ( K ) Kim cương C (r) + O2 ( K ) ® CO2 ( K ) Vd2: C (r) + D H = – 565,98 KJ D H = – 395,41 KJ D H = – 571,68 KJ Than chì * D H dùng nhiều D U phản ứng thường xảy áp suất không đổi Ghi chú: - Khi viết phương trình nhiệt hóa học, ta cần lưu ý: + Hệ số phương trình: H2 ( K ) + O2 ( K ) ® H2O(lỏng) D H = – 285,84 KJ 2H2 ( K ) + O2 ( K ) ® 2H2O(lỏng) D H = – 571,68 KJ + Nếu áp suất nhiệt độ xác định giá trị entanpi Ap suất atm, nhiệt độ 25 C (hay 289K) gọi áp suất tiêu chuẩn nhiệt độ tiêu chuẩn nhiệt động lực học Vd: H2 ( K ) + O2 (K ) ® H2O (lỏng) D H 0298 = - 285,84 KJ - Điều kiện chuẩn phản ứng: phản ứng hóa học gọi điều kiện chuẩn chất phản ứng ( kể chất tham gia sản phẩm phản ứng ) nguyên chất áp suất atm; chất tan dung dịch nồng độ chất (hoặc ion) M nhiệt độ chất 2/ Quan hệ D H D U : Ở nhiệt độ áp suất khơng đổi, Ta có: D H = D U + RT D n D n = å n khí (cuối) – å n khí (đầu) 8,314 J/ mol.K R= 1,987 cal/ mol.K Bài tập: Khi mol CH3OH chúng 298K thể tích khơng đổi theo phản ứng: CH3OH(lỏng) + O2 ( K ) ® CO2 ( K ) + 2H2O(lỏng) giải phóng 173,63 Kcal nhiệt Tính D H phản ứng? Giải: D U = - 173,63 (phản ứng tỏa nhiệt nên lượng hệ giảm, D H < 0) Khi tiến hành phản ứng điều kiện P, T = Const, ta có: D H = D U + RT D n R = 1,987.10-3 Kcal / mol.K D n = nCO – nO = – Þ = – 0,5 D H = – 173,945 Kcal IV Định luật Hess : 1/ Định luật Hess: Nhiệt phản ứng hóa học phụ thuộc vào trạng thái đầu phản ứng trạng thái cuối sản phẩm phản ứng, không phụ thuộc vào giai đoạn trung gian, nghĩa không phụ thuộc vào đường tiến hành phản ứng (Nói cách khác D H D U phản ứng hàm trạng thái) D H1 D H2 Tác chất D H1 Sản phẩm = D H2 = D H3 D H3 Vd: Từ graphit điều chế CO2 cách: C1: C(gr) + O2 ( K ) ® CO2 ( K ) DH O2 ( K ) ® CO ( K ) D H1 CO ( K ) + O2 ( K ) ® CO2 ( K ) D H2 Theo định luật Hess, ta có D H = D H1 + D H2 C2: C(gr) + + O2 C (gr) CO2 (K) DH D H1 + ½ O2 + ½ O2 D H2 CO(K) 2/ Hệ - Entanpi phản ứng thuận = Entanpi phản ứng nghịch ngược dấu D Ht = – D Hn Vd: CO ( K ) + O2 (K ) ® CO2 ( K ) CO2 ( K ) ® CO ( K ) + O2 D H 0298 = – 283 KJ (K ) D H 0298 = + 283 KJ - Hiệu ứng nhiệt trình vịng (chu trình) 3/ Ứng dụng định luật Hess Thiết lập q trình vịng gồm nhiều giai đoạn , q trình xét D H tất giai đoạn lại biết Vd: Xác định D H phản ứng: S(r) + Biết O2 ( K ) ® SO3 ( K ) S(r) + O2 ( K ) ® SO2 ( K ) (2) SO2 + mol Giải: * Cách1: O2 (K ) ® SO3 ( K ) (1) D H1 ? D H2 = – 297 Kcal / mol (3) D H3 = – 98,2 Kcal / - Từ kiện tốn, ta lập sơ đồ sau: TTĐ TTC D H1 S(r) + O2 ( K ) SO3 ( K ) (1) + O2 (K) D H2 D H3 (2) + ½ O2 (K) (3) SO2 (K) - Định luật Hess có : D H1 = D H2 + D H3 = – 395,2 Kcal / mol * Cách 2: (tổ hợp cân bằng) - Cộng phương trình (2) phương trình (3) thu phương trình (1) S(r) + O2 ( K ) ® SO2 ( K ) (2) D H2 = – 297 Kcal / mol O2 ( K ) ® SO3 ( K ) S(r) + O2 ( K ) ® SO3 ( K ) (1) SO2 + D H3 = – 98,2 (3) Kcal / mol D H1 = – 395,2 Kcal / mol 4/ Quy tắc chung: Nếu phản ứng tổng đại số số phản ứng thành phần D H tổng đại số tương ứng D H phản ứng thành phần V Một số đại lượng nhiệt hóa để xác định hiệu ứng nhiệt 1/ Sinh nhiệt hay nhiệt tạo thành - Nhiệt tạo thành hợp chất hiệu ứng nhiệt phản ứng tạo thành mol chất từ chất bền - Nhiệt tạo thành thường đo điều kiện (1atm, 298 K) gọi nhiệt tạo thành tiêu chuẩn hay enpanti tạo thành tiêu chuẩn kí hiệu D H tto Vd: C (r) + O2 ( K ) ® CO2 ( K ) D H 0298 = – 393,51 KJ graphit D H tto (CO2, K) = – 393,5 KJ mol -1 - Các đơn chất, theo định nghĩa, có entanpi tạo thành mol tiêu chuẩn Với đơn chất tồn nhiều dạng thù hình, dạng bền chọn làm chuẩn Vd: với C than chì, với S S tinh thể trực thoi - Công thức: D H0pư = å D H tto ( sản phẩm) – å D H tto (chất phản ứng) Bài tập: Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng: CaO (r) + CO2 ( K ) ® CaCO3 (r) Biết nhiệt tạo thành chất Chất CaO (r) CO2 ( K ) CaCO3 (r) D H 0298 (KJ/mol) – 1207 – 636 – 394 Giải: * Cách 1: Theo định nghĩa , sinh nhiệt chất hiệu ứng nhiệt phản ứng sau: Ca (r) + O2 (K ) ® CaO (r) (1) D H1 = – 636 KJ / mol C (gr) + O2 ® CO2 ( K ) (K ) (2) D H2 = – 394 (3) D H3 = – 1207 KJ / mol Ca (r) + C (gr) + O2 ( K ) ® CaCO3 (r) KJ / mol - Hay lập sơ đồ: O2 Ca (r) + (K ) D H 30 + C (gr) + O2 (K) D H 10 CaCO3 (r) D H 02 CaO (r) CO2 DH ? - Theo sơ đồ trên, xem ( Ca(r) + C (r) + O2 ( K ) ) trạng thái đầu CaCO3 (r) trạng thái cuối, theo định luật Hess ta có: D H3 = D H2 + D H1 + D H Þ D H = – 177 KJ / mol * Cách 2: D H = D H CaCO – ( D H CaO + D H CO ) = –177 KJ / mol 2/ Thiêu nhiệt hay nhiệt đốt cháy - Là hiệu ứng nhiệt phản ứng đốt cháy mol chất khí O2, để tạo thành sản phẩn cháy áp suất không đổi Sản phẩm cháy nguyên tố C, H, N, S, Cl chấp nhận tương ứng CO2 ( K ) , H2O (lỏng) N2 ( K ) , SO2 ( K ) H Cl ( K ) Vd: C6H5NH2( l ) + 31 O2 ( K ) ® CO2 ( K ) + H2O ( l ) + N2 ( K ) D H 0298 = – 3396 KJ DH ( C6H5NH2, l ) = – 3396 KJ - Lưu ý : Đối với nguyên tố, thiêu nhiệt nguyên tố sinh nhiệt oxit bền 0 - Công thức : D H pư = å D H đc (tác chất) – å D H đc (sản phẩm) đc Bài tập 1: Từ kiện sau C (than chì) + O2 H2 ( K ) + O2 (K ) (K ) ® CO2 ( K ) D H = – 393,5 KJ ® H2O(lỏng) D H = – 285,8 KJ 2C2H6 ( K ) + 7O2 ( K ) ® 4CO2 ( K ) + H2O(lỏng) D H = – 3119,6 KJ Tính biến thiên entanpi tiêu chuẩn phản ứng: 2C (than chì) + 3H2 ( K ) ® C2H6 ( K ) DH = ? Giải: Biến thiên entanpi tiêu chuẩn phản ứng cần tính bằng: D H = ( – 393,5 x ) + ( – 285,8 x 3) – ( – 3119,6 x ) = – 84,6 KJ Bài tập 2: Giả sử có phản ứng sau xảy điều kiện tiêu chuẩn nhiệt động học: a) C (r) + O2 ( K ) ® CO2 ( K ) b) C (r) + c) CO ( K ) O2 ( K ) ® CO ( K ) + O2 ( K ) ® CO2 ( K ) Biến thiên enpanti phản ứng coi là: Entanpi tạo thành tiêu chuẩn khí CO2 Entanpi đốt cháy khí CO Entanpi tạo thành tiêu chuẩn khí CO Entanpi đốt cháy C Giải: 1.a) 2.b) 3.c) Bài tập 3: Cho đơn chất Halogen sau: a) Khí clo Cl2 b) Clo lỏng Cl2 4.a) c) Hơi brôm Br2 d) Brôm lỏng Br2 e) Hơi iôt I2 f) Iot rắn I2 Trong số đơn chất này, đơn chất có entanpi tạo thành tiêu chuẩn khác 0? Giải: Theo quy ước, 250C, khí Cl2, Br2 lỏng, I2 rắn có entanpi tạo thành mol tiêu chuẩn Cl2 lỏng, Br2 I2 có entanpi tạo thành mol tiêu chuẩn ¹ 3/ Nhiệt chuyển pha - Q trình chuyển pha q trình chất chuyển từ trạng thái tập hợp sang trạng thái tập hợp khác Ví dụ : Sự nóng chảy, hóa rắn, thăng hoa, chuyển dạng thù hình - Các trình chuyển pha thường kèm theo hiệu ứng nhiệt, gọi nhiệt chuyển pha xác định nhiệt chuyển pha trình khác cách sử dụng định luật Hess Ví dụ : H2O (r) ® H2O(lỏng) D H = 10,52 Kcal / mol C (gr) ® C (kim cương) D H = 0,453 Kcal / mol Bài tập 1: Xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng C (gr) C (kim cương) (1) Biết C (gr) + O2 ( K ) ® CO2 ( K ) (2) D H2 = – 94,052 Kcal / mol C (kim cương) + O2 (K ) ® CO2 ( K ) (3) D H3 = – 94,505 Kcal / mol Giải: C (gr) D H1 +½ O2 (K) D H2 C (Kim cương) D H3 CO2 (K) D H2 = D H1 + D H3 ị + ẵ O2 (K) D H1 = 0,453 Kcal / mol Bài tập 2: Xác định D H hóa H2O Biết D H0H O (lỏng) = – 68,32 Kcal / mol D H H O (K) = – 57,80 Kcal / mol Giải: Có thể lập sơ đồ H2O (lỏng) H2 (K) + O2 (K ) D H bay H2O (K) - Đối với phản ứng hóa học, xét chiều tự xảy thường phải kể đến hai yếu tố D H D S Trong q trình ln ln có cạnh tranh yếu tố: Entanpi (giảm lượng) Entropi (tăng độ trật tự) ® Yếu tố mạnh định chiều hướng trình Vd : Hơi H2O ngưng tụ thành H2O lỏng tỏa nhiệt ( D H < 0) trình kèm theo giảm entropi ( D S < ) S H O (K) >> S H O (lỏng) Vd 2: CaCO3 (r) ® CaO (r) + CO2 (k) Đây phản ứng thu nhiệt ( D H > 0) , kèm theo tăng entropi ( D S > 0) số mol khí sản phẩm nhiều chất phản ứng - Vậy để xét chiều phản ứng phải dùng đại lượng phối hợp yếu tố D H D S, nhiệt động Thế nhiệt động thường dùng đẳng áp Entanpi tự lượng Gibbs, kí hiệu D G tính theo công thức DG = DH – TDS Nếu trình xảy điều kiện chuẩn Đơn vị: D G J.mol-1 cơng thức có dạng: -1 0 D H J.mol DG = DH – TDS -1 -1 D S J.K mol a) Xét chiều phản ứng hóa học dựa vào đại lượng nhiệt động: Ở P T không đổi, phản ứng tự xảy theo chiều: D G = D H – TDS < - Dấu độ lớn D H D S định dấu D G Trường Dấu Kết luận hợp DH DS DG – + – Tự xảy + – + Không tự xảy – – ? Tự xảy T thấp + + ? Tự xảy T cao * Lưu ý : Đơn vị D G thường KJ.mol-1 Kcal.mol-1 -1 -1 D S thường J.mol K cal.mol-1.K-1 -3 Þ Khi tính D G D H giữ ngun cịn D S.10 lúc đơn vị D G KJ Kcal Nếu D S để ngun D H.103 lúc đơn vị D G J cal ( cal = 4,18 J) Vd: Xét phản ứng: CO2 ( K ) ® CO ( K ) + O2 Biết số liệu nhiệt động sau: Chất O2 (K) CO2 (K) -1 D H 0298 (KJ.mol ) – – 393,51 S 0298 (J.K-1.mol-1) 205,03 213,64 (K ) CO (K) – 110,52 197,91 a) Hãy cho biết điều kiện chuẩn (250C) phản ứng có xảy khơng? b) Nếu coi D H D S không phụ thuộc vào nhiệt độ Hãy cho biết nhiệt độ phản ứng xảy ra? Giải: 0 a) D H pư = D H CO – D H CO = 282,99 KJ pư = S0CO + = D H0pư DS Þ DG pư S O – S0 CO = 86,785 J.K-1.mol-1 – T D S0pư = 282,99.103 – 298 86,78 = 257128 J >0 Ở điều kiện chuẩn (250C) phản ứng khơng xảy D G0pư > b) Muốn phản ứng xảy phải có: Þ DG = DH – TDS < Þ T > DH DS Nếu coi D H D S khơng phụ thuộc nhiệt độ phản ứng xảy T > 282990 » 3261 K 86,785 b) Sự biến đổi D G theo T Điều kiện nhiệt độ để phản ứng xảy tự phát: Trong trường hợp coi D H không phụ thuộc nhiệt độ, ta có: DGT2 T2 Bài tập: = DGT1 T1 + 1 – T2 T1 DH Ở điều kiện chuẩn 298 K phản ứng có: D G 0298 = + 93000 J / mol ; D H 0298 = + 150000 J / mol Hãy tính D G 1000 1000 K nhận xét chiều tự phát trình nhiệt độ cho điều kiện tiêu chuẩn Bỏ qua thay đổi D H0 theo nhiệt độ Giải: Ta có: Þ D G 1000 0 DG1000 DG298 1 = + D H0 1000 298 1000 298 93000 298 - 1000 = 1000 + 150000 298 1000.298 = – 41275 J / mol Nhận xét: Ở điều kiện tiêu chuẩn, 298 K ( hay 250C) phản ứng có D G0 > nên chiều tự phát chiều phản ứng nghịch Tại 1000 K ( hay 7270C) D G0 < nên chiều tự phát chiều phản ứng thuận 4/ Thế đẳng áp tạo thành tiêu chuẩn chất: - Ngồi việc tính D G0 phản ứng theo công thức D G0 = D H0 – T D S0 , ta tính D G0 dựa vào đẳng áp tạo thành tiêu chuẩn ( tức lượng tự tạo thành tiêu chuẩn) chất phản ứng - Thế đẳng áp tạo thành tiêu chuẩn chất biến thiên đẳng áp tạo thành mol chất từ đơn chất bền điều kiện chuẩn Thế đẳng áp tạo thành tiêu chuẩn kí hiệu D G tt0 hay D G 0S - Thế đẳng áp chuẩn tạo thành từ đơn chất bền = ( D G tt0 đơn chất = 0) - Dựa vào D G tt0 chất tính D G0pư phản ứng theo công thức DG pư = å D G tt0 (sp) – å D G tt0 (tác chất) Bài tập: Dùng số liệu D G 0298,tt chất, xét phản ứng phân hủy đá vôi tự diễn biến điều kiện thường không? CaCO3 (r) CaO (r) + D G tt0 ( KJ / mol) – 1128,8 – 604,1 CO2 (K) – 394,4 D G 0298 (pư) = + 130,3 KJ Giải: Phản ứng phân hủy đá vôi không tự diẫn biến điều kiện thường * Ghi chú: Các phương pháp tính biến thiên lượng tự phản ứng Tính theo biến thiên Entanpi Entropi: 0 DG = DH – TDS kí hiệu “O” giá trị lấy điều kiện chuẩn ( T = 298 K ; P = atm) D H hiệu ứng nhiệt phản ứng đkc, tính dựa vào nhiệt tạo thành hay nhiệt cháy 0 D S biến thiên entropi phản ứng tính D S pư = å S (sản phẩm) å S (chất phản ứng) Tính theo biến thiên lượng tư hình thành chất D G 0S : Þ DG pư = å D G 0S (sản phẩm) - å D G 0S (chất phản ứng) (Biến thiên lượng tự phản ứng) Tính theo số cân phản ứng: Ở thời điểm hệ đạt trạng thái cân bằng, biến thiên lượng tự chuẩn phản ứng liên hệ với số cân K qua biểu thức D G = – RT ln K = – 2,303 RT lg K R: số khí lý tưởng 1,987 cal mol-1 K-1 T: Nhiệt độ tuyệt đối K BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Bài 1: a) Chứng minh hệ định luật Hess “ Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng lượng liên kết cùa tác chất trừ tổng lượng liên kết sản phẩm” b) Ap dụng: Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng sau (các chất pha khí nêu ý nghĩa hóa học kết tìm được: ,t CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 ¾xt¾ + 3H2 ¾ ® Cho lượng liên kết (KJ / mol): Trong n – hexan: C – H: 412,6 C – C: 331,5 Trong benzen: C – H: 420,9 C – C: 486,6 Trong H2: H – H: 430,5 (trung bình) Bài 2: (X) hiđrocacbon NO mạch hở phân tử có liên kết đơn liên kết đơi, phương trình nhiệt hóa học phản ứng cháy (X) sau: CnH2n + – 2k + 3n + - k O2 ® n CO2 + (n + – k) H2O DH = – 1852 KJ Trong n số nguyên tử C, k số liên kết đôi C = C (X) Xác định CTCT (X) Biết lượng liên kết liên kết sau: Liên kết NLLK ( KJ/mol) O= O 498 H–O C–H C=O C=C C–C 467 413 799 611 414 Bài 3: Tính hiệu ứng nhiệt D H phản ứng sau, phản ứng tính cách: Theo lượng theo nhiệt tạo thành a) CH4 (K) + 4Cl2 ® CCl4 (K) + 4HCl(K) b) 2Cl2 (K) + 2H2O(K) ® 4HCl(K) + O2 (K) Biết: Năng lượng liên kết (KJ / mol) Nhiệt tạo thành ( KJ / mol) C–C : 326,3 CH4 : – 74,9 H – Cl : 431,0 HCl : – 92,3 C – H : 414,0 CCl4 : – 108,5 Cl – Cl : 242,6 H2O(K) : – 241,8 O2 : 498,7 H2O : 925,95 Bài 4: Xét phản ứng tổng hợp Hidro iotua H2 (K) + I2 (r) D 2HI(K) D H = + 53 KJ (a) H2 (K) + I2 (r) D 2HI(K) DH = ? (b) a) Phản ứng (a) tỏa nhiệt hay thu nhiệt ? b) Xác định hiệu ứng nhiệt phản ứng (b) dựa vào NLLK? Biết NLLK ( KJ / mol) : H – H 436; H – I 295 I – I 150 Giải thích khác biệt kết cho (a) (b)? Bài 5: Tính lượng liên kết trung bình C – H C – C từ kết thí nghiệm: - Nhiệt đốt cháy CH4 : – 801,7 KJ / mol - Nhiệt đốt cháy C2H6: – 1412,7 KJ / mol - Nhiệt đốt cháy Hidro: – 241,5 KJ / mol - Nhiệt đốt cháy than chì : – 393,4 KJ / mol - Nhiệt hóa than chì : 715 KJ / mol - NLLK H–H : 431,5 KJ / mol Bài 6: Cho kiện đây: C2H4 + H2 ® C2H6 D H1 = – 136,951 KJ / mol O2 ® 2CO2 + 3H2O lỏng C2H6 + D H2 = – 1559,837 KJ / D H3 = – 393,514 KJ / mol C + O2 ® CO2 mol H2 + O2 ® H2Olỏng D H4 = – 285,838 KJ / mol Hãy xác định nhiệt tạo thành nhiệt đốt cháy C2H4 Bài 7: Cho số liệu nhiệt động học số phản ứng 298K 2NH3 + 3N2O D 4N2 + 3H2O D H1 = – 1011 KJ / mol N2O + 9H2 D N2H4 + H2O D H2 = – 317 KJ / mol 2NH3 + O2 D N2H4 + H2O D H3 = – 143 KJ / mol H2 + O2 D H2O D H4 = – 286 KJ / mol Hãy tính nhiệt tạo thành N2H4 NH3? Bài 8: Cho biết nhiệt tạo thành tiêu chuẩn chất sau đây: CH3OH lỏng + -1 D H 0298 (KJ.mol ) S 0298 -1 – 238,66 (KJ.mol ) 126,8 O2 (K) CO2 (K) + 2H2O(K) – 393,51 205,03 213,63 – 241,82 188,72 Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng đẳng áp phản ứng, hiệu ứng nhiệt đẳng tích phản ứng, biến thiên entropi phản ứng, biến thiên đẳng áp phản ứng điều kiện tiêu chuẩn? Bài 9: Biết lượng phân li oxi 493,71 KJ / mol, lượng liên kết O – O 138,07 KJ / mol Chứng minh phân tử O3 khơng thể có cấu tạo vịng mà phải có cấu tạo hình chữ V Bài 10: Tính lượng mạng lưới tinh thể ion MgS từ kiện: - Entanpi tạo thành tiêu chuẩn Mg (r) : – 343,9 KJ / mol - Nhiệt thăng hoa Mg (r) : 152,7 KJ / mol - Năng lượng ion hóa Mg : I1 + I2 = 2178,2 KJ / mol - Năng lượng phân li cho mol nguyên tử S : 557,3 KJ / mol - Ai lực với e S : E1 + E2 = – 302,9 KJ / mol Bài 11: Tính giá trị trung bình biến thiên entanpi khoảng nhiệt độ từ 5000K đến 7000K phản ứng: H2O(K) + C (r) ® CO(K) + H2 (K) 0 Ở 600 K D G = 50961 J / mol 0 Ở 700 K D G = 34058 J / mol Bài 12: Xét phản ứng: Cl2 (K) + 2HI D I2 (r) + 2HCl (K) (1) I2 (r) + H2S (K) D S (r) + 2HI (K) (2) a) Trong điều kiện chuẩn, phản ứng xảy theo chiều thuận 2980 K hay không? b) Khi nhiệt độ tăng lên ảnh hưởng đến hướng diễn phản ứng nào? Bài 13: Cho phản ứng: CO2 (K) ® CO(K) Chất D H 0298 ( KJ / mol) -1 -1 D S 0298 ( J.K mol ) O2 – 205,03 + O2 (K) kiện: CO2 – 393,521 CO – 110,52 213,64 – 197,91 a) Ở điều kiện chuẩn (250 C) phản ứng có xảy khơng? b) Nếu coi D H D S không phụ thuộc vào nhiệt độ Hãy cho biệt nhiệt độ phản ứng xảy ra? Bài 14: Cho phản ứng sau kiện tương ứng CaCO3 (r) CaO (r) + CO2 (K) D H 298 (KJ / mol) – 126,92 – 635,09 – 393,52 S 0298 (J / mol) 92,90 38,21 213,8 a) Tính D H 0298 , D S 0298 , D G 0298 phản ứng Từ kết thu cho biết khả tự phản ứng phản ứng nhiệt phân CaCO3 nhiệt độ 298 K điều kiện chuẩn? b) Giả sử D H0 phản ứng khơng thay đổi theo nhiệt độ Hãy tính D G 1273 phản ứng nhiệt độ 10000 C Nhận xét khả tự phát phản ứng 10000 C? c) Giả sử bỏ qua biến đổi D H0 D S0 phản ứng theo nhiệt độ, đánh giá gần nhiệt độ phản ứng nhiệt phân bắt đầu xảy tự phát theo chiều thuận? Bài 15: Cho chất điều kiện chuẩn: Fe O2 FeO Fe2O3 Fe3O4 Sinh nhiệt D H 0S (Kcal / mol) 0 – 63,7 – 169,5 – 266,9 S0 (cal.mol-1.K-1) 6,5 49,0 14,0 20,9 36,2 a) Tính biến thiên đẳng nhiệt đẳng áp tạo thành oxit sắt từ đơn chất điều kiện chuẩn (298 K atm) b) Hãy cho biết điều kiện chuẩn, oxit sắt bền nhất? Bài 16: Tính lượng liên kết E C – C liên kết C – C xiclopropan, biết rằng: - Thiêu nhiệt xiclopropan : – 499,8 Kcal / mol - C (gr) ® C (K) D H = 171,1 Kcal - E H – H = 104,2 Kcal / mol - E C – H = 99,1 Kcal / mol - D H tt0 (CO2, K) = – 94,1 Kcal / mol - D H tt0 (H2O, l ) = – 68,4 Kcal / mol So sánh lượng liên kết vừa tìm với lượng liên kết C – C AnKan (83 Kcal / mol) Kết luận BÀI GIẢI: Bài 1: a) Chứng minh hệ định luật Hess: Giả sử có phản ứng tổng quát : AB + CD AD + CB Phản ứng bao gồm trình diễn sơ đồ sau: D HX AB + CD D HLK(AB) D HLK(CD) A + B C + D AD + CB – D HLK(AD) – D HLK(CB) Theo định luật Hess ta có: D HX = D HLK (AB) + D HLK (CD) + [ – D HLK (AD) ] + [ – D HLK (CB) ] Hay D HX = ( D HLK (AB) + D HLK (CD) ) – ( D HLK (AD) + D HLK (CB) ) b) Ap dụng: D H = [ (14 x 412,6) + (5 x 331,5)] – [(6 x 486,6) + (6 x 420,9) + ( x 430,5)] = 697,4 KJ Ý nghĩa: D H > có nghĩa phản ứng thu nhiệt, kết tính tốn phù hợp với thực tế, chuyển hóa n-hexan thành benzen chuyển từ trạng thái bền sang trạng thái bền cần phải cung cấp lượng Bài 2: D H = (n – – K)E C–C + K.EC = C + (2n + – K)EC – H + 3n + - K EO = O – 2n.EC = O – 2(n + 1– K)EO – H = – 1852 Û (n – – K) 414 + 611K +(2n + – K) 413 + 3n + - K 498 – 2n.799 – 2(n + 1– K) 469 = – 1852 Û 545n = 1579 + 56K Vì £ K £ n – Þ 1579 545 £ n £ 1523 489 2,897 £ n £ 3,115 n = K = Þ Vậy CTCT (X) CH3 – CH = CH2 Þ Bài 3: a) Tính D H phản ứng: CH4 (K) + 4Cl2 (K) ® CCl4 (K) + 4HCl(K) - Dựa vào lượng liên kết: D H = (4 x 414 + x 242,6) – (4 x 326,3 + x 431) = – 402,8 KJ - Dựa vào nhiệt tạo thành: D H = [ – 108,5 + 4( – 92,3)] – ( – 74,9) = – 402,8 KJ b) Tính D H phản ứng: 2Cl2 (K) + 2H2O(K) ® 4HCl(K) + O2 (K) - Dựa vào lượng liên kết: D H = (2 x 242,6 + x 925,95) – (4 x 431 + 498,7) = 114,4 KJ - Dựa vào nhiệt tạo thành: D H = [ x ( – 92,3)] – [ x ( – 241,8)] = 114 KJ Vậy: phản ứng (a) có D H < phản ứng tỏa nhiệt phản ứng (b) có D H > phản ứng thu nhiệt Bài 4: a) Theo qui ước D H > phản ứng thu nhiệt b) H2 (K) + I2 (K) D 2HI(K) (b) Nên D H = (436 + 150) – (2 x 295) = – KJ Giá trị nhỏ bất thường chưa xét lượng cần cung cấp để chuyển I2 (r) theo phản ứng (a) thành I2 (K) theo phản ứng (b) Bài 5: CH4 + 2O2 D CO2 + 2H2O H1 2H2O D 2H2 + O2 – D H2 CO2 D C (r) + O2 – D H3 C (r) D C (K) D H4 2H2 D 4H D H5 H4 D C (K) + 4H H = 4DH C–H D H C – H = D H1 – D H2 – D H3 + D H4 + D H5 = – 801,5 + 241,52 + 393,4 + 715 + (2 x 431,5) = 1652,7 KJ / mol Þ E(C–H) = 1652,7 = 413,175 KJ / mol - Tính lượng liên kết C – C : Tướng tự xếp phản ứng Þ E ( C – C ) = 344,05 KJ / mol Bài 6: - Định D H tt C2H6 ® C2H4 + H2 + 2CO2 + 3H2O lỏng ® C2H6 + D H1 O2 D H2 2C + 2O2 ® 2CO2 D H3 O2 ® 3H2O lỏng 2C + 2H2 ® C2H4 D H4 3H2 + - Định D H đc C2H4 ® 2C + 2H2 D Htt = + 52,246 KJ / mol D H5 = – D Htt = – 52,246 KJ / mol 2C + 2O2 ® 2CO2 2H2 + O2 ® 2H2O lỏng C2H4 + 3O2 ® 2CO2 + 2H2O lỏng D H3 = – 787,028 KJ / mol D H4 = – 571,676 KJ / mol D Hđc = – 1410,95 KJ / mol Bài 7: - Tính nhiệt tạo thành N2H4 Tổ hợp cân 4N2 + 3H2O D 2NH3 + 3N2O 3N2O + 9H2 D 3N2H4 + 3H2O – D H1 D H2 2NH3 + ½ O2 D N2H4 + H2O H2O D ½ O2 + H2 4N2 + 8H2 D 4N2H4 D H5 = D H3 – D H4 D H5 1011 - 3.317 - 143 + 286 = 50,75 KJ / mol - Tính nhiệt tạo thành NH3 N2H4 + H2O D 2NH3 + ½ O2 2H2 + N2 D N2H4 D H5 H2 + ½ O2 D H2O D H4 N2 + 3H2 D 2NH3 D H6 D H6 = – D H3 143 + 50,75 - 286 = – 46,125 KJ / mol Bài 8: - Hiệu ứng nhiệt đẳng áp phản ứng: QP = D H = [ – 393,51 + 2( – 241,82)] – ( – 238,66) = – 638,49 KJ - Hiệu ứng nhiệt đẳng tích phản ứng: QV = D U = D H – RT D n = – 638,49 – 8,134 x 10-3 x 298 x ( – 1,5) = – 642,20 KJ - Biến thiên entropi phản ứng: D S = [ 213,63 + 2(188,720] C – C [ (1,5 x 205,03) + 126,8] = + 156,73 L.K-1 - Biến thiên đẳng áp phản ứng: -3 D G = D H – T D S = – 638,49 – 298 x 156,73 x 10 = – 685,20 KJ O Bài 9: Nếu O3 có cấu tạo vịng O O ngun tử hóa O3 phải phá vỡ liên kết đơn ® lượng cần tiêu thụ là: x 138,07 = 414,21 KJ Nếu O3 có cấu tạo chữ V : O nguyên tử hóa O3 phải phá liên kết đơi O = O liên kết đơn O – O O O ® lượng cần tiêu thụ : 493,71 + 138,07 = 631,78 KJ / mol Trong 3O2 D 2O3 D H = D H1 – D H2 = – 812,11 – ( – 1095,79) = 283,68 KJ D Hpl O2 Ta có sơ đồ: 3O2 6O D H = D H1 – D H2 D Hpl O3 2O3 D Hpl O3 = - (DH - DH ) + 3DH pl O2 = 598,725 KJ / mol ... Nếu phản ứng tổng đại số số phản ứng thành phần D H tổng đại số tương ứng D H phản ứng thành phần V Một số đại lượng nhiệt hóa để xác định hiệu ứng nhiệt 1/ Sinh nhiệt hay nhiệt tạo thành - Nhiệt. .. 188,72 Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng đẳng áp phản ứng, hiệu ứng nhiệt đẳng tích phản ứng, biến thiên entropi phản ứng, biến thiên đẳng áp phản ứng điều kiện tiêu chuẩn? Bài 9: Biết lượng phân li oxi... III Nhiệt hóa học: - Một phản ứng hóa học xảy thường có trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh: + Phản ứng tỏa nhiệt phản ứng nhường nhiệt cho môi trường + Phản ứng thu nhiệt phản ứng nhận nhiệt