(Sáng kiến kinh nghiệm) hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học

HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chuyên Võ Nguyên Mẫu 1B CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC Họ tên: LƯU VŨ DIỀM HẰNG Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường THPT Chuyên Võ Nguyên Giáp Quảng Bình, tháng 11 năm 2018 Lu Vị DiƠm H»ng HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chuyên Võ Nguyên Mẫu 1A CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHẦN MỞ ĐẦU phúc Độc lập - Tự - Hạnh 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nhiệt động hóa học mơn nghiên cứu lượng chuyển hóa lượng mà trước hết nhiệt mối quan hệ chuyển hóa nhiệt với công dạng lượng khác Nhiệt động hóa học ứng dụng định luật nhiệt động học để khảo sát q trình hóa lý khác như: Tính tốn nhiệt cho q trình, xác định khả năng, hướng mức độ xảy phản ứng hóa học…Nắm vững kiến thức nhiệt động hóa học cần thiết quan trọng Trong q trình dạy học mơn Hóa học, nắm vững lý thuyết nhiệt động HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG phản ứng lại khơng, có phản ứng lại tỏa nhiệt có phản HĨA HỌC hóa học em dễ dàng việc giải thích phản ứng lại xảy ứng lại thu nhiệt… Thông qua việc nắm kiến thức nhiệt phản ứng học sinh rèn luyện tính tích cực, trí thơng minh, tự lập, sáng tạo, bồi dưỡng hứng thú học tập mơn Hóa học mơn học khơng cịn khơ khan cứng nhắc Xuất phát từ suy nghĩ muốn giúp học sinh khơng gặp phải khó khăn nhanh chóng tìm niềm đam mê, hứng thú với mơn hóa q trình học tập Chính tơi chọn đề tài: “HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC” 1.2 MỤC ĐỊCH CHỌN ĐỀ TÀI - Các hóa học ln kèm theo biến đổi lượng (chủ yếu dạng nhiệt) việc nghiên cứu hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học có ý nghĩa định hóa học - Xác định khả năng, hướng mức độ xảy phản ứng hóa học - Giúp học sinh tính tốn nhiệt phản ứng qua xác định phản ứng thu hay tỏa nhiệt 1.3 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Tìm hiểu : Quảng Bình, tháng 11 năm 2018 - Hiệu ứng nhiệt q trình hóa học phương trình nhiệt hố học - Định luật Hess hệ quả, ứng dụng định luật Hess Lu Vò DiƠm H»ng HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chuyên Võ Nguyên - Sự phụ thuộc hiệu ứng vào nhiệt độ - Làm số dạng tập liên quan đến nhiệt hóa học PHẦN NỘI DUNG I CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP 1.1 Hiệu ứng nhiệt phản ứng Hiệu ứng nhiệt q trình hóa học nhiêt lượng tỏa hay hấp thụ q trình hóa học dùng để thay đổi nội hay entanpi hệ.[1] Trong q trình hố học phát nhiệt làm cho nội U entanpy H hệ giảm xuống tức ΔU < ΔH < ngược lại trình thu nhiệt ΔU > ΔH > Trong phản ứng mà chất rắn chất lỏng tham gia biến đổi thể tích khơng đáng kể q trình thực áp suất bé coi pΔU có giá trị nhỏ ΔH ≈ ΔU Nếu phản ứng có chất khí tham gia giá trị ΔH ΔU khác Trong trường hợp khí tham gia lý tưởng: PV = nRT pΔV = Δn RT n: biến thiên số mol khí phản ứng nhiệt độ tuyệt đối T R số khí R = 8,312at.lit / mol độ ΔH = ΔU + ΔnRT Khi Δn = ΔH = ΔU Δn ≠ ΔH ≠ ΔU [1] 2.2 Phương trình nhiệt hóa học Phương trình nhiệt hố học phương trình phản ứng hố học bình thường có ghi kèm hiệu ứng nhiệt trạng thái tập hợp chất tham gia thu sau phản ứng Đa số phản ứng xảy áp suất không thay đổi nên ta xét chủ yếu biến thiên ΔH [1] Ví dụ: C( r) +O2 (k)  CO2 (k) ΔH =-395.41 kJ Kim cương (tinh thể) C( r) +O2 (k)  CO2 (k) ΔH =-393.51 kJ Graphit (than chì ) Lu Vị DiƠm H»ng HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chuyên Võ Nguyên Khi viết phương trình nhiệt hóa học ta cần lưu ý :  Hệ số phương trình: H2(k) +1/2O2(k)  H2O(l) ΔH =-285.84kJ 2H2(k) +O2(k)  2H2O(l) ΔH =-571.68 kJ  Cần nêu áp suất nhiệt độ xác định giá trị entanpi Thông thường áp suất atm ghi số 0, nhiệt độ 25oC ghi số 298 (K) kí hiệu ΔH: H2(k) +1/2O2(k)  H2O(l) ΔH0298 =-285.84 kJ Áp suất atm, nhiệt độ 298 K áp suất tiêu chuẩn nhiệt độ tiêu chuẩn nhiệt động lực học Có thể áp dụng định luật Hess để xác định lí thuyết hiệu ứng nhiệt phản ứng Về chất, định luật hệ nguyên lý thứ nhiệt động lực học áp dụng cho q trình hóa học [2] Ta quy ước: Quá trình thu nhiệt ΔH>0 Quá trình tỏa nhiệt ΔH Nung vơi q trình thu nhiệt Hiệu ứng nhiệt phản ứng tổng nhiệt đốt cháy chất đầu trừ tổng nhiệt đốt cháy chất sản phẩm (có kể 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 trình thuận hiệu ứng nhiệt trình nghịch trị số ngược dấu Htt = - Hng 2.5.3 Ứng dụng định luật Hess  Tìm hiểu hiệu ứng nhiệt số phản ứng khơng thể xác định thực nghiệm Ví dụ: C(r) + 1/2O2(k) CO(k) Biết rằng: C(r) + O2(k)  CO2 (k) CO (k) + 1/2 O2(k)  H= -94,1 kcal CO2(k) H = -67,7 kcal Giải: Theo định luật Hess ta có: H - H2 = H1 Vậy H1=-94,1+67,7 = -26,4 kcal  Tìm nhiệt tạo thành chất Ví dụ: tìm nhiệt tạo thành rượu etylic từ kiện: C2H5OH(l) + 3O2(k) CO2 (k) + H2O(l) Lu Vị DiƠm H»ng H = -327 kcal HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp -94 kcal Trường THPT Chuyên Võ Nguyên -63,8 kcal Htt = ? Giải: Áp dụng hệ định luật Hess ta có: H = x (-94) + x (-68,3) - Htt (C2H5OH) = -327 kcal Rút ra: Htt (C2H5OH) = x (-94) + x (-68,3) – (-327) = - 65,9 kcal  Định lượng liên kết H=Hlk (tác chất) - Hlk (sản phẩm) Vd: Định lượng trung bình liên kết O-H phân tử nước, biết lượng liên kết H-H O-O tương ứng 435,9 498 kJ Giải: H2(k) + O2(k)  H2O(k) H = -483,68 kJ ==> - 483,68 = 2(+435,9) + 498,7 - 4ìHlk(O-H ) ==>Hlk(O-H ) = ẳ(2ì435,9 + 498,7 + 483,68 ) = 463,545 kJ  Xác định lượng mạng lưới tinh thể Năng lượng mang ion lượng tạo thành mạng tinh thể hợp chất từ ion trạng thái khí Ví dụ: Năng lượng mang ion tinh thể NaCl hiệu ứng nhiệt phản ứng: Na+ + Cl-  NaCl (r) H = ? Từ kiện sau, ta tính lượng mạng ion tinh thể NaCl: Nhiệt thăng hoa Na: Na(r) = Na(k) H1 = 20,64 kcal Năng lượng liên kết Cl2: ½ Cl2(k) = Cl(k) H2 = ẵ ì58 kcal i lc electron Clo: Cl(k) - e- = Cl- (k) H3 = -83,17kcal Năng lượng ion hóa Na: Na(k) - e- = Na+(k) H4 = +119,98 kcal Năng lượng mạng ion: Na+(k) + Cl-(k) =NaCl (r) H0 = ? Hiệu ứng nhiệt phản ứng: Na (r) + ½ Cl2 (k)  NaCl (r) H = -98,23 kcal Theo định luật Hess ta cú: H1 + H2 20,64 + ẵ ì58 + + H3 + (-83,17) + H0 = 119,98 H + H0 =-98,23 Từ ta có lượng mạng tinh thể ion muối ăn: H0 = Lu Vị DiƠm H»ng -184,68 kcal 10 HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chuyên Võ Nguyên H 50 = x 93,05kJ/mol x │ HCl(k) = 1/2H2(k) + 1/2Cl2(k) (5) x │H2(k) + 1/2O2(k) = H2O(l) (6) H 06 = x (-285,77)kJ/mol Do đó: H As2O3 = H10 + H 02 + H 30 + H 04 + H 50 + H 06 = -346,32 kJ/mol 2.– Nếu O3 có cấu tạo vịng cạnh, khép kín ngun tử hóa O3 phải phá vỡ liên kết đơn O-O, lượng nhiệt cần cung cấp là: x 138,07 = 414,21 kJ/mol - Nếu O3 có cấu tạo góc ngun tử hóa O3 phải phá vỡ liên kết đơn liên kết đôi, lượng nhiệt cần cung cấp là: 493,71 + 138,07 = 632,78 kJ/mol - Trong tính theo giá trị cho đề bài, ta có: Q trình O2 = O3 có ΔH = -812,11 – (- 1095,79) = 283,68 kJ/mol H Ta lại có sơ đồ: pli ,O2 3O ���� � 6O 2.H pli ,O ΔH 2O3 Từ đó: H pli,O2 = ΔH + H pli,O3 nên H pli,O3 = 598,725 kJ/mol Kết gần với kết tính giả sử ozon có cấu tạo góc Do vậy, cấu tạo góc phù hợp mặt lượng so với cấu tạo vòng Bài 10: Trong nhiệt lượng kế chứa 1,792 lít (đktc) hỗn hợp CH 4, CO O2 Bật tia lửa điện để đốt hoàn toàn CH CO, lượng nhiệt toả lúc 13,638 KJ Nếu thêm tiếp lượng dư hiđro vào nhiệt lượng kế lại đốt tiếp lượng nhiệt thêm 9,672 kJ Cho biết nhiệt tạo thành CH 4, CO, CO2, H2O tương ứng 74,8 ; 110,5 ; 393,5 ; 241,8 (kJ.mol-1) Hãy tính % thể tích khí hỗn hợp đầu Hợp chất Q có PTK = 122,0 chứa nguyên tố C, H, O Dùng lượng O dư để đốt cháy hết mẩu rắn Q nặng 0,6 gam nhiệt lượng kế ban đầu chứa 710,0 gam nước 25oC Sau phản ứng nhiệt độ lên tới 27,25oC có 1,5144 gam CO2(k) 0,2656 gam H2O(l) tạo a) Hãy xác định công thức phân tử viết PTHH cho phản ứng đốt cháy Q với trạng thái vật chất Cho: Sinh nhiệt chuẩn CO 2(k) H2O(l) 25oC tương ứng 393,51 kJ.mol1 285,83 kJ.mol1 Nhiệt dung riêng H2O(l) 75,312 J.mol1.K1 biến thiên nội phản ứng (Uo) 3079 kJ.mol1 Lu Vị DiƠm H»ng 19 HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chun Võ Nguyên b) Hãy tính nhiệt dung nhiệt lượng kế (khơng kể nước) c) Tính Sinh nhiệt chuẩn (H ott ) Q Hướng dẫn giải : số mol hỗn hợp = 0,08 Phản ứng cháy: CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O H1 =  802,3 kJ/mol CO + 1/2O2  CO2 H2 =  283,0 kJ/mol H2 + 1/2O2  H2O H3 =  241,8 kJ/mol Đặt số mol CH4 x CO y Lượng nhiệt toả từ lần cháy đầu: Lượng O2 dư tính theo H2 =  (0,08  x  y)  (2x+ 802,3x + 283,0y = 13,638 (I) 9,672  = 0,02 mol 241,8 y ) = 0,02 hay x+ y =0,02 (II) Kết hợp (I) với (II) cho: x = 0,01 chiếm 12,5% y = 0,02 chiếm 25%; O2  62,5% a) Số mol C = 1,5144 0,2656 0,1575 �2 = 0,0295 O = = 0,0344 ; H = = 0,00984 44 18 16 C : H : O = 0,0344 : 0,0295 : 0,00984 = : : Với PTK = 122,0  công thức phân tử Q C7H6O2 PTHH cho phản ứng đốt cháy Q với trạng thái vật chất C7H6O2 (r) + b) n(Q) = 15 O2 (k)  7CO2 (k) + 3H2O (l) 0,6 = 4,919103 mol 122,0 qV = nUo = 4,919103(3079) = 15,14 kJ Tổng nhiệt dung =  15,14 qV = = 6,730 kJ.K1 hay 6730 J.K1 27, 25  25 T Nhiệt dung H2O = 710 75,312 = 2971 J.K1 18 Vậy nhiệt dung nhiệt lượng kế = 6730 – 2971 = 3759 J.K1 c) Theo PT cháy: n(k) =  15 = 0,5 mol Ho cháy = Uo + n(k)RT = 3079 + (0,5)(8,314298103) = 3080 kJ.mol1 Lu Vị DiƠm H»ng 20 HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chuyên Võ Nguyên Do Ho cháy = 7H ott (CO2(k)) + 3H ott (H2O(l))  H ott (Q(r)) nên H ott (Q(r)) = 7(393,51) + 3(285,83)  (3080) =  532 kJ.mol1 Bài 11 Cho phản ứng: CH3OH (h) + O2  CO2 (k) + 2H2O (h) số liệu sau: S o298 =  93,615 J.K1 H o298 o C p, 298 (kJ.mol ) CO2 (k) 393,51 H2O (h)  241,83 O2 (k)  CH3OH (h)  201,17 (J.K1.mol1) 37,129 33,572 29,372 49,371 1 Tính Ho Go phản ứng 227oC, cho kiện không đổi nhiệt độ xét Hướng dẫn giải : * H o298 = H o298 (CO2) + H o298 (H2O)  H o298 (CH3OH) = ( 393,51) + (241,83) 2  (201,17) = 676 kJ C op = 37,129 + 33,5722  29,3721,5  49,371 = 10,844 J.K1 500 * o H 500 = H o298 + � C o p dT =  676000 + 10,844 (500  298) =  673809,5 J 298 * (500K) CH3OH (h) +  S500 O2 �� � CO2 (k) + 2H2O (h) S 1o (298K) S o2 CH3OH (h) + S 3o S o4  S298 O2 �� � CO2 (k) + 2H2O (h) o Theo định luật Hees: S 500 = S o298 + S 1o + S o2 + S 3o + S o4 mà S 1o 298 = dT Cop(CH3OH) � T 500 S o2 S 3o 500 = 298 298 500 500 298 dT = � Cop(O2) = T 500 Cop(CO2) = � 298 Lu Vị DiƠm H»ng dT T o �Cp(CH3OH) o �2 Cp(O2) S o4 dT T 500 = dT T (ngược chiều) (ngược chiều) o �2Cp(H2O) 298 dT T (xuôi chiều) 21 HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp o  S 500 = S o298 + ( 49,371 ln ln Trường THPT Chuyên Võ Nguyên 500 500 500 ) + ( 29,372 ln ) + (37,129 ln ) + (33,572 298 298 298 500 ) 298 500 HAY: o S 500 = S o298 � C o p + 298 T dT = S o298 + n  Cp ln T thay C op vào ta được: o S 500 = 93,615 + 10,844 J.K1  ln 500 =  88,003 J.K1 298 o o o  G 500 = H 500  TS 500 =  673809,5  500  ( 88,003) =  629807,9642 J hay  629,8079 kJ Bài 12: Xét phản ứng: Zn (r) + Cu2+(aq)  Zn2+(aq) + Cu(r) diễn điều kiện tiêu chuẩn 25oC a Tính W, Q, U, H, G, S phản ứng điều kiện Biết: Zn2+(aq) H S0, 298 (kJ/mol) -152,4 S 298 (J/mol.K) - 106,5 Zn(r) Cu(r) Cu2+(aq) 0 64,39 41,6 33,3 - 98,7 b Xét khả tự diễn biến phản ứng theo cách khác c Nếu thực phản ứng cách thuận nghịch pin điện kết có thay đổi? Lu Vị DiƠm H»ng 22 HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chuyên Võ Nguyên 0 0 a H pu = H S , Zn + H S ,Cu - H S ,Zn  H S ,Cu = -152,4 - 64,39 = -216,79 (kJ) 2 2 0 0 S pu = S Zn  ( aq ) + S Cu (r ) - S Zn (r ) - S Cu  ( aq ) = -106,5 + 33,3 - 41,6 + 98,7 = -16,1 (J/K) G 0pu = H - T S = -216,79 + 298,15 16,1.10-3= -211,99(kJ) Uo = QP = H pu = -216,79 (kJ) W = 0; trình BTN; W’ = 0 b * G pu = -211,99 (kJ)  phản ứng tự xảy c Khi thực phản ứng TN pin điện giá trị H0, S0, G0, U0 khơng thay đổi H, S, G, U hàm trạng thái nên khơng phụ thuộc q trình biến đổi thuận nghịch hay bất thuận nghịch giá trị Q, W thay đổi Cụ thể: Wtt = 0; W’max = G0 = -211,99(kJ) Q = T S = 298,15 (-16,1) = - 4800,215 (J)  Smt = Qmt  Qhe = = 16,1 (J/K) T T  S toàn phần = Smt + Shệ = Bài 13: Xét q trình hóa mol nước lỏng 25 0C atm Cho biết nhiệt dung đẳng áp nước, nước lỏng nhiệt hóa nước: Cp,H2O (l) = 75,31 J/mol.K; Cp,H2O (k) = 33,47 J/mol.K; Hhh(1000C, 1at) = 40,668kJ/mol Các kiện chấp nhận giá trị coi không đổi khoảng nhiệt độ khảo sát a Tính H, S, G hệ q trình hóa nói Lu Vị DiƠm H»ng 23 HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chuyên Võ Nguyên b Dựa vào kết thu được, kết luận q trình hóa nước điều kiện tự diễn hay khơng? Vì sao? Hướng dẫn giải: Ta tưởng tượng chia q trình hóa nước 25 0C 1atm làm trình nhỏ thuận nghịch sau: Nâng đẳng áp nước lỏng từ 298K lên 373K Làm hóa đẳng nhiệt đẳng áp nước lỏng 273K atm Hạ nhiệt độ nước đẳng áp từ 373K xuống 298K Biểu diễn trình nhỏ qua sơ đồ: H2O (l, 1atm, 298K) H, S, G H2O (k, 1atm, 298K) (I) (III) (II) H2O (l, atm, 373K) a - Đối với trình nhỏ (I): H2O (k, 1atm, 373K) H1 = Cp,H O (l) T = 75,31.(373-298) = 5648,25 (J/mol) S1 = Cp,H O (l) ln T2 373 =75,31.ln = 16,91 (J/mol.K) T1 298 - Đối với trình nhỏ (II): H2 = Hhh(100 C, 1at) = 40,668 (kJ/mol) S2 = Hhh 40668 = =109,03 (J/mol.K) T 373 - Đối với trình nhỏ (III): H3 = Cp,H O (k) T = 33,47.(298 - 373) = - 2510,25 (J/mol) S3 = Cp,H O (k) ln T2 298 =33,47.ln = -7,51 (J/mol.K) T1 373 - Đối với trình nghiên cứu ta có: H = H1 + H2 + H3 = 5648,25 + 40668 + (-2510,25) = 43806 (J/mol) = 43,806 (kJ/mol) S = S1 + S2 + S3 = 16,91 + 109,03 – 7,51 = 118,43 (J/mol.K) G = H – T.S = 43806 – 298.118,43 = 8514 (J/mol) = 8,514 (kJ/mol) Lu Vị DiƠm H»ng 24 HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chuyên Võ Nguyên b Quá trình xét trình đẳng nhiệt đẳng áp (T, p = const) nhiệt động GT,p sử dụng tiêu chuẩn để đánh giá chiều trình cân GT,p = 8,514 kJ/mol > hệ Ở kết cho thấy: Vậy trình hóa q trình khơng thuận nghịch khơng thể tự diễn mà phải có tác động từ bên Bài 14: a Cho kiện nhiệt động sau: C2H5OH O2 CO2 H2O (l) (l) (k) - -68,32 (k) 0,00 H 298 (kcal/mol) o 94,05 So298(cal/mol.K) 32,07 49,00 51,06 16,72 C2H5OH (l) + 3O2 (k)  2CO2(k) + 3H2O (l) C (gr)  C (k) H = 171,37 kcal/mol H = -326,7 kcal C2H5OH (l)  C2H5OH (k) H = 9,4 kcal/mol H2 (k)2H (k) H = 103,25 kcal/mol EC-C = 83,26 kcal/mol; EC-H = 99,5 kcal/mol; O2 (k)  2O(k) H = 117,00 kcal/mol EC-O = 79,0 kcal/mol Tính hiệu ứng nhiệt đẳng tích phản ứng đốt cháy C2H5OH (l), sinh nhiệt tiêu chuẩn C2H5OH (l) lượng liên kết O-H C2H5OH Tính số cân phản ứng đốt cháy C2H5OH 298K Từ giá trị thu nhận xét mức độ tiến triển phản ứng b Cho phản ứng: CaCO3(r)  CaO(r) + CO2(k) Cho biết : 298oK,  Hopư = +178,32 kJ ;  So = +160,59 J/K Phản ứng có tự diễn biến 25oC khơng ? Khi tăng nhiệt độ,  G phản ứng thay đổi nào? Phản ứng có tự diễn biến 850oC không ? Hướng dẫn giải: Phản ứng: C2H5OH + 3O = 2CO2 + 3H2O Áp dụng công thức: U = H - nRT thay giá trị vào ta được: U = -326,107 kcal Từ phản ứng ta có : Hopư = 2Ho(CO2) + 3Ho(H2O) - Ho(C2H5OH) Từ suy ra: Ho(C2H5OH) = -66,35 kcal/mol Lu Vị DiƠm H»ng 25 HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chun Võ Nguyên Theo cách lập sơ đồ liên hệ Hi Ei q trình biến đổi hố học theo số liệu cho ta tính giá trị lượng liên kết O-H C2H5OH là: EO-H = 108,19 kcal Sopư = 2So(CO2) + 3So(H2O) – So(C2H5OH) = -27,42 cal/mol.K Gopư = Ho - TSo = 318528,84 cal/mol G o 232,367  K = 10232,36 Suy ra: lgK = 2,3.RT Hằng số K lớn Điều chứng tỏ phản ứng xảy hồn tồn b G0298 = H0 – TS0 T = 273 + 25 = 298 G0298 = 178,32 x 10-3 J - [ 298 K x 160,59J/K] = + 130,46 KJ G0298 > : Phản ứng không tự diễn biến 25OC , nhiệt độ có phản ứng nghịch tự diễn biến Vì S0 >0 nên – TS0 < 0, T tăng , G0 bớt dương, tiến tới khả tự diễn biến G01123 T = 273 + 850 = 1123 G01123 = H0 – TS0 G01123 = 178,32 x 10-3 J - [ 1123 K x 160,59J/K] = - 2022,57 J G01123 < : Phản ứng tự diễn biến 850OC Bài 15: Cho số liệu nhiệt động số phản ứng 298K Số thứ tự phản ứng (1) (2) (3) (4) Phương trình hóa học phản ứng 2NH3 + 3N2O  4N2 + 3H2O N2O + 3H2 Ho298 (kJ)  1011  N2H4 + H2O 2NH3 + 0,5O2  N2H4 + H2O H2 + 0,5O2  H2O S0298 (N2H4) = 240 J/K.mol ; S0298 (H2O) = 66,6 J/K.mol S0298 (N2) ; S0298 (O2) = 205 J/K.mol = 191 J/K.mol  317  143  286 a) Tính nhiệt tạo thành Ho298 N2H4 , N2O NH3 Lu Vị DiƠm H»ng 26 HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chuyên Võ Nguyên b) Viết phương trình hóa học phản ứng đốt cháy hidrazin khí oxi Tính Ho298 , Go298 số cân K phản ứng Hướng dẫn giải: a Ta xếp lại phương trình lúc đầu để cộng triệt tiêu chất N2 + H2  N2H4 Đó là:  2NH3 + 3N2O -H1 9H2  3N2H4 + 3H2O 3H2 2NH3 + 0,5 O2  N2H4 + H2O H3 H2O  H2 + 0,5 O2 4N2 + 3H2O 3N2O + -H4 Sau cộng ta được: 4N2 + 8H2  4N2H4 có 4H5 - Suy H5 = (-H1 + 3H2 + H3 - H4) : = (1011 - 317 - 143 + 286) : = 50,75 kJ/mol Từ H5 H4 H2 tính H N O = H5 + H4 - H2 = 50,75 - 286 + 317 = 81,75 kJ/mol Từ H5 H4 H3 tính NH 2H4NH+=OH ⇌5 +NH +4 2H 2O3 - H = ( 50,75 - 286 + 143 ) : = 46,125 kJ/mol b H 0298 =  ( 286)  50,75 =  622,75 kJ/mol S 0298 = 191 + (2  66,6)  205  240 =  120,8 J/K G 298 =  622,75  ( 120,8 10 3  298) =  586,75 kJ/mol ln K =  586, 75.103 G = = 236,8 ; RT 8,314 �298 K = 10103 Bài 16: Cho phản ứng sau với kiện nhiệt động chất 25 0C: H 298 (KJ/mol) CO2 -393,5 S0298 (J/mol) 213,6 Lu Vị DiƠm H»ng �� � CO + H2O CO2 + H2 �� � H2 CO -110,5 131,0 197,9 H2 O -241,8 188,7 27 HiÖu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chun Võ Nguyên a Hãy tính H0298 , S0298 G0298 phản ứng nhận xét phản ứng có tự xảy theo chiều thuận 250C hay không? b Giả sử H0 phản ứng không thay đổi theo nhiệt độ Hãy tính G01273 phản ứng thuận 10000C nhận xét c Hãy xác định nhiệt độ (0C) để phản ứng thuận bắt đầu xảy ( giả sử bỏ qua biến đổi H0, S0 theo nhiệt độ) Hướng dẫn giải: a H0298 , S0298 G0298 �� � CO + H2O Pt phản ứng: CO2 + H2 �� � ta có : H0298(pư) = [H0298(CO) + H0298(H2O)] – [H0298(CO2) + H0298(H2O)] = (-110,5 – 241,8) – ( -393,5) = 41,2 KJ/mol S0298(pư) = [ S0298(CO) + S0298(H2O) – [S0298(CO2)] = 42 J/mol G0298(pư) = H0298(pư) –TS0298(pư) = 41200 – 298 x 42 = 28684 J/mol Vì G0298(pư) > nên phản ứng khơng tự diễn theo chiều thuận 250C b áp dụng công thức : GT2 T2  GT1 T1  H (1 / T2  / T1 ) Thay số tìm G01273 = 1273[ 28684/298 + 41200(1/1273 – 1/298)] = -12266 J/mol Vì G01273 < nên phản ứng tự diễn theo chiều thuận 10000C c Để phản ứng tự diễn theo chiều thuận : T > H0/ S0 = 41200/42 = 980,95K tức 707,950C Bài 17: Sử dụng kiện sau, tính sinh nhiệt hình thành axit nitrơ (HNO 2(dd)) dung dịch nước điều kiện đẳng áp đẳng tích: a.NH4NO2(r)  N2(k) + 2H2O(l) H1 = -300,4 kJ b.2H2(k) + O2(k)  2H2O(l) H2 = -569,2 kJ c.N2(k) + 3H2(k)  2NH3(dd) H3 = -170,8 kJ d.NH3(dd) + HNO2(dd)  NH4NO2(dd) H4 = - 38,08 kJ e.NH4NO2(r) + H2O(l)  NH4NO2(dd) H5 = +19,88 kJ Hướng dẫn giải: Phản ứng: 1/2N2(k) + 1/2H2(k) + O2(k) → HNO2(dd) Lu Vò DiƠm H»ng 28 HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp ∆H0sinh (HNO2(dd)) Trường THPT Chuyên Võ Nguyên = - H1 + H2 – 1/2 H3 - H4 + H5 = - (-300,4) + (-569,2) – ½(-170,8) – (-38,08) + 19,88 = - 125,44 kJ/mol Bài tập 18 (Trường THPT Chuyên Vị Thanh – Hậu Giang): Tính lượng mạng lưới ion CaCl2 biết rằng: - H 298, s tinh thể CaCl2 -795kJ/mol - Nhiệt nguyên tử hóa H a Ca (r )  Ca (k ) 192kJ/mol - Năng lượng ion hóa Ca (k )  2e  Cak2  I1 +I2 = 1745kJ/mol - Năng lượng liên kết ECl, k Cl2 243kJ/mol - Ái lực electron (ECl,k) = -364kJ/mol Giải: Sử dụng phương pháp tổ hợp cân ta có: Ca( r )  Cl2 ( k )  CaCl2 (r ) H 298 ,s Ca (k )  Ca (r ) - H a0 2Cl (k)  Cl2 (k) - Elk Ca  (k )  2e  Ca (k ) - (I1 +I2) 2Cl-(k)  2Cl (k) +2e -2E Gộp phương trình ta có: Ca  (k )  2Cl  (k )  CaCl2 (r ) Năng lượng trình lượng mạng lưới ion CaCl (r) có giá trị: 0 H 298 , s  H a  Elk  I1  I  E  795  192  243  1745  2(  364)  2247kJ / mol Bài tập 18 (trường THPT Chuyên Vị Thanh – Hậu Giang): Tính lượng liên kết trung bình C – H C – C từ kết thực nghiệm sau: - Nhiệt đốt cháy CH4: - 801,7kJ/mol - Nhiệt đốt cháy C2H6: - 1412,7kJ/mol - Nhiệt đốt cháy hidro: - 241,5kJ/mol - Nhiệt đốt cháy than chì: - 393,4kJ/mol - Nhiệt hóa than chì: 715kJ/mol - Năng lượng liên kết H – H 431,5kJ/mol Hướng dẫn giải: Sắp xếp lại phương trình ta có: CH  2O2  CO2  H 2O H1 H 2O  O2  H - H Lu Vị DiƠm H»ng 29 HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chuyên Võ Nguyên CO2  C (r )  O2  H C (r )  C (k ) H 2H  4H 2H Tổ hợp phương trình ta có: CH  C (r )  H 4H C0  H H1  H  H  H  2H = -801,5+483 +393,4 +715 +2 (431,5) = 1652,7 kJ/mol Năng lượng liên kết C – H: 1652,7 : = 413,715 kJ/mol Tương tự ta tính lượng liên kết C – C 345,7 kJ/mol Bài tập 19 (bài tập lí thuyết thực nghiệm – Cao Cự Giác): Tính nhiệt hình thành (nhiệt sinh) chuẩn khí CO từ kiện thực nghiệm sau: C gr  O2 (k )  CO2 (k ) H 298  94,05kcal 2CO (k )  O2 (k )  2CO2 (k ) H 298  135,28kcal Kết có phù hợp với cơng thức cấu tạo CO C = O khơng? Giải thích ? Biết: - Nhiệt thăng hoa than chì 170kcal/mol - Năng lượng liên kết O = O O2 118kcal/mol - Năng lượng liên kết C= O CO2 168 kcal/mol Hướng dẫn giải: Ta có: C gr  O2 (k )  CO2 (k ) CO2 (k )  CO (k )  / 2O2 H 298  94,05kcal H 298 135,28 / 2kcal Tổng hợp phương trình ta có: C gr  / 2O2 (k )  CO (k ) H 298  94,05  67,64  26,41kcal / mol Nếu chấp nhận công thức cấu tạo CO C = O theo kiện ta có H 298 (CO) 170  118  168 61kcal / mol Như cách tính có chênh lệch lớn công thức cấu tạo C = O không Bài tập 20 (bài tập lí thuyết thực nghiệm – Cao Cự Giác): Tính nhiệt hình thành H SO4 (l ) từ đơn chất tương ứng, biết S (r )  O2 (k )  SO2 (k ) Lu Vị DiƠm H»ng H 298  296,6128kJ 30 HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng hãa häc Giáp Trường THPT Chuyên Võ Nguyên SO2 (k )  / 2O2 (k )  SO3 (k ) H 298  98,1888kJ SO3 (k )  H 2O(l )  H SO4 (l ) H 298  130,1652 kJ H (k )  / 2O2 (k )  H 2O(l ) H 298  285,5776kJ Hướng dẫn giải: Cộng gộp phương trình lại ta có: S (r )  2O2 (k )  H ( k )  H SO4 (l ) H H (a)  H (b)  H (c)  H ( d ) = - 296,6128 – 98,1888 – 130,1652 – 285,5776 = - 810,5438kJ KẾT LUẬN Qua đề tài củng cố thêm kiến thức hiệu ứng nhiệt phản ứng hóa học Biết cách nhận dạng loại phương trình loại (loại phản ứng sinh nhiệt hay phản ứng đốt cháy Tính số tốn hóa học phần hiệu ứng nhiệt Có thể giải thích số tượng đơn giản tự nhiên Nhiệt hóa học khảo sát vấn đề bảo tồn chuyển hóa lượng Khơng đề cập đến vấn đề chiều hướng, khả mức độ trình Một cách gần phản ứng thường xảy theo chiều tỏa nhiệt ( H