Title Bài 17. Biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học - GV.pdf ✅

KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 5. NĂNG LƯỢNG HÓA HỌC 1 I. PHẢN ỨNG THU NHIỆT, PHẢN ỨNG TỎA NHIỆT: Khi các phản ứng hoá học xảy ra thường có sự trao đổi nhiệt với môi trường, làm thay đổi nhiệt độ môi trường. Phản ứng thu nhiệt Phản ứng tỏa nhiệt Khái niệm Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường. Phản ứng toả nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự giải phóng nhiệt năng ra môi trường. Ví dụ Những lúc nóng nực, pha viên sủi vitamin C vào nước để giải khát, khi viên sủi tan, thấy nước trong cốc mát hơn, đó là do xảy ra phản ứng thu nhiệt. Vào những ngày trời lạnh, nhiều người hay ngồi bên bếp lửa để sưởi. Khi than, củi cháy, không khí xung quanh ấm hơn do phản ứng toả nhiệt. Khi nung vôi, người ta sử dụng phản ứng đốt cháy than để cung cấp nhiệt cho phản ứng phân huỷ đá vôi. Phản ứng đốt than là phản ứng toả nhiệt, phản ứng phân huỷ đá vôi là phản ứng thu nhiệt. Phản ứng thu nhiệt Phản ứng tỏa nhiệt Môi trường Môi trường Môi trường Môi trường Môi trường Môi trường Môi trường Môi trường
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 5. NĂNG LƯỢNG HÓA HỌC 2 - Khi (thuốc tím), nhiệt của ngọn lửa làm cho KMnO4 bị nhiệt phân, tạo hỗn hợp bột màu đen theo PTHH: 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2 Đây là phản ứng thu nhiệt. - Nhiệt phân potassium chlorate. - Sự đốt cháy các loại nhiên liệu như xăng, dầu, cồn, khí gas,... xảy ra nhanh, tỏa nhiều nhiệt, dễ gây hoả hoạn, thậm chí gây nổ mạnh, rất khó kiểm soát. Vì vậy, khi sử dụng chúng cần tuân thủ nghiêm ngặt các nguyên tắc phòng cháy. - Sự thay đổi nhiệt độ khi cho vôi sống tác phản ứng với nước. Ví dụ 1. Điền các từ hoặc cụm từ thích hợp vào chỗ trống: Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng .....(1)......năng lượng dưới dạng nhiệt. Phản ứng thu nhiệt là phản ứng .....(2)......năng lượng dưới dạng nhiệt. A. (1) cung cấp, (2) hấp thụ. B. (1) giải phóng, (2) hấp thụ. C. (1) hấp thụ, (2) giải phóng. D. (1) tỏa, (2) phân hủy. Ví dụ 2. Theo dõi sự thay đổi nhiệt độ của phản ứng trung hòa: Chuẩn bị: dung dịch HCl 0,5 M, dung dịch NaOH 0,5 M, 1 cốc 150 mL, giá treo nhiệt kế, nhiệt kế (có dải đo đến 1000C), que khuấy và 2 ống đong 100 mL. Tiến hành: - Dùng ống đong lấy 50 mL dung dịch HCl 0,5 M cho vào cốc phản ứng, lắp nhiệt kế lên giá sao cho đầu nhiệt kế nhúng vào dung dịch trong cốc (Hình 17.1). Đọc nhiệt độ dung dịch. - Dùng ống đong khác lấy 50 mL dung dịch NaOH 0,5M cho vào cốc phản ứng. Khuấy nhẹ.
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 5. NĂNG LƯỢNG HÓA HỌC 3 Theo dõi sự thay đổi nhiệt độ của dung dịch và trả lời câu hỏi: 1. Nhiệt độ trên nhiệt kế thay đổi như thế nào sau khi rót dung dịch NaOH vào cốc? Phản ứng trung hòa là tỏa nhiệt hay thu nhiệt? 2. Trong thí nghiệm trên, nếu thay các dung dịch HCl và NaOH bằng các dung dịch loãng hơn thì nhiệt độ thay đổi như thế nào so với thí nghiệm trên? Đáp án: 1. Sau khi rót dung dịch NaOH vào cốc thì nhiệt độ trên nhiệt kế tăng dần. ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt. 2. Nếu thay các dung dịch HCl và NaOH bằng các dung dịch loãng hơn thì nhiệt độ tăng chậm hơn. Ví dụ 3. Mỗi quá trình sau đây là thu nhiệt hay tỏa nhiệt? (1) H O2 (lỏng, ở o 25 C ) → H O2 (hơi, ở o 100 C ). (2) H O2 (lỏng, ở o 25 C ) → H O2 (rắn, ở o 0 C ). (3) CaCO3 (Đá vôi) o ⎯⎯→t CaO CO . + 2 (4) Khí methane 4 (CH ) cháy trong oxygen. (5) 2KMnO4 o ⎯⎯→t K2MnO4 + MnO2 + O2. Đáp án: Các phản ứng chuyển trạng thái rắn → lỏng → khí (nhiệt độ tăng) là các phản ứng thu nhiệt vì cần phải cung cấp năng lượng để nâng nhiệt độ còn chuyển từ khí → lỏng → rắn là phản ứng tỏa nhiệt. ⇒ (1) Thu nhiệt; (2) Tỏa nhiệt. (3), (5) Thu nhiệt vì để phản ứng xảy ra cần phải cung cấp nhiệt. (4) Tỏa nhiệt vì phản ứng methane cháy làm không khí xung quanh nóng, tỏa nhiệt và phát sáng. Ví dụ 4. Các quá trình sau thu nhiệt hay tỏa nhiệt? Giải thích ngắn gọn? (a) Đốt một ngọn nến. (b) Nước đóng băng. (c) Khi thả viên vitamin C sủi vào cốc nước. (d) Luộc chín quả trứng. (e) Hòa tan một ít bột giặt trong tay với nước, thấy tay ấm. (g) Muối kết tinh từ nước biển ở các ruộng muối. (h) Giọt nước đọng lại trên lá cây vào ban đêm. (i) Đổ mồ hôi sau khi chạy bộ. Đáp án: (a) Phản ứng tỏa nhiệt vì nến (parafin) bị đốt cháy đã giải phóng năng lượng, cung cấp cho việc phát sáng và tỏa nhiệt. (b) Phản ứng tỏa nhiệt vì nước hạ nhiệt độ (hay giải phóng nhiệt) để tạo khối băng. (c) Phản ứng thu nhiệt vì nhiệt độ của nước trong cốc sẽ giảm đi (hay nước sẽ mát hơn). (d) Phản ứng thu nhiệt vì trứng hấp thu nhiệt khiến các phân tử protein kết dính với nhau làm trứng chín.
KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHƯƠNG 5. NĂNG LƯỢNG HÓA HỌC 4 (e) Phản ứng tỏa nhiệt. Vì khi hòa tan bột giặt trong tay với ít nước, bột giặt giải phóng nhiệt khi hòa tan, tạo phản ứng giúp loại bỏ nhanh các vết bẩn trên áo quần. (g) Phản ứng thu nhiệt. Nước biển dưới ánh nắng mặt trời sẽ hấp thụ nhiệt và bay hơi, tạo thành nước biển kết tinh. (h) Phản ứng tỏa nhiệt. Ban đêm, hơi nước trong không khí hạ nhiệt để ngưng tụ, tạo thành các giọt đọng lại trên lá cây. (i) Phản ứng thu nhiệt. Chạy bộ làm nhiệt độ cơ thể tăng. Khi đổ mồ hôi, một phần nước hấp thụ nhiệt và bay hơi. Sự bay hơi của mồ hôi giúp làm mát cơ thể và duy trì thân nhiệt ổn định. II. BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG: 1. Biến thiên enthalpy: Hầu hết các quá trình hoá học trong thực tế xảy ra ở điều kiện áp suất không đổi. Nhiệt lượng toả ra hay thu vào của phản ứng ở điều kiện này gọi là biến thiên enthalpy của phản ứng (nhiệt phản ứng), kí hiệu là rH . Phương trình hoá học kèm theo trạng thái của các chất và giá trị rH gọi là phương trình nhiệt hoá học. - Ví dụ 1: Phản ứng đốt cháy 2 mol khí hydrogen bằng 1 mol khí oxygen, tạo thành 2 mol nước ở trạng thái lỏng, toả ra nhiệt lượng 571,6 kJ. Phản ứng trên có biến thiên enthalpy o r 298 H = -571,6 kJ, biểu diễn bằng phương trình nhiệt hoá học như sau: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) o r 298 H = -571,6 kJ - Ví dụ 2: Phản ứng nhiệt phân hoàn toàn 1 mol Cu(OH)2, tạo thành 1 mol CuO và 1 mol H2O, thu vào nhiệt lượng 9,0 kJ. Phản ứng trên có biến thiên enthalpy o r 298 H = +9.0 kJ và biểu diễn bằng phương trình nhiệt hoá học như sau: Cu(OH)2(s) o t ⎯⎯→ CuO(s) + H2O(l); o r 298 H = +9,0 kJ. 2. Biến thiên enthalpy chuẩn: - Biến thiên enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của một phản ứng hóa học là nhiệt toả ra hay thu vào của phản ứng được xác định ở điều kiện chuẩn: áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ thường được chọn là 25°C (298oK), được kí hiệu là o r 298 H . - Đơn vị thường dùng là kJ hoặc kcal. - Ví dụ 3: Phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol carbon graphite trong khí oxygen dư (ở điều kiện chuẩn) tạo ra 1 mol CO2, nhiệt lượng toả ra là 393,5 kJ. Phương trình nhiệt hoá học của phản ứng được viết như sau: C(graphite) + O2(g) o t ⎯⎯→ CO2(g), o r 298 H = -393,5 kJ. 3. Ý nghĩa của biến thiên enthalpy: Dấu của biến thiên enthalpy cho biết phản ứng toả nhiệt hay thu nhiệt: rH > 0: phản ứng thu nhiệt. rH < 0: phản ứng toả nhiệt. Giá trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì nhiệt lượng toả ra hay thu vào của phản ứng càng nhiều. Ví dụ 4: Phản ứng thu nhiệt (hệ nhận nhiệt của môi trường) thì o r 298 H > 0 CH4(g) + H2O(l) o t ⎯⎯→ CO(g) + 3H2(g), o r 298 H = 250kJ Ví dụ 5: Phản ứng tỏa nhiệt (hệ tỏa nhiệt ra môi trường) thì o r 298 H < 0 C2H5OH(l) + 3O2(g) o t ⎯⎯→ 2CO2(g) + 3H2O(l), o r 298 H = -1366,89 kJ