Bài 2 (Trang 87 SGK Hóa 10, Bộ Cánh diều):

Tính ${∆}_{\mathrm{r}},{\mathrm{H}}_{298}^0$ cho phản ứng sau dựa theo năng lượng liên kết.

${\mathrm{CH}}_4\left(\mathrm{g}\right) +\hspace{0.17em}{\mathrm{X}}_2\left(\mathrm{g}\right) \to {\mathrm{CH}}_3\mathrm{X}\left(\mathrm{g}\right) + \mathrm{HX}\left(\mathrm{g}\right)$

Với X = F, Cl, Br, I. Liên hệ giữa mức độ phản ứng (dựa theo ${∆}_{\mathrm{r}},{\mathrm{H}}_{298}^0$) với tính phi kim (F > Cl > Br > I). Tra các giá trị năng lượng liên kết của Phụ lục 2, trang 118.

Hướng dẫn giải:

- Xét X là F, ta có:

${\mathrm{CH}}_4\left(\mathrm{g}\right) + {\mathrm{F}}_2\left(\mathrm{g}\right) \to {\mathrm{CH}}_3\mathrm{F}\left(\mathrm{g}\right) + \mathrm{HF}\left(\mathrm{g}\right)$

${∆}_f{\mathrm{H}}_{298}^0 = 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left({\mathrm{CH}}_4\right) + 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left({\mathrm{F}}_2\right) - 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{HF}\right) - 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left({\mathrm{CH}}_3\mathrm{F}\right)$

${∆}_f{\mathrm{H}}_{298}^0 = 1\mathrm{x}4{\mathrm{E}}_{\mathrm{C}-\mathrm{H}} + 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{F}-\mathrm{F}} - 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{H}-\mathrm{F}} - 1\mathrm{x}(3{\mathrm{E}}_{\mathrm{C}-\mathrm{H}} + {\mathrm{E}}_{\mathrm{C}-\mathrm{F}})$

${∆}_f{\mathrm{H}}_{298}^0 = 1\mathrm{x}4\mathrm{x}414 +\hspace{0.17em}1\mathrm{x}159 - 1\mathrm{x}565 - 1\mathrm{x}(3\mathrm{x}414 + 1\mathrm{x}485) = -477 \mathrm{kJ}.$

- Xét X là Cl, ta có:

${\mathrm{CH}}_4\left(\mathrm{g}\right) + {\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{g}\right) \to {\mathrm{CH}}_3\mathrm{Cl}\left(\mathrm{g}\right) + \mathrm{HCl} \left(\mathrm{g}\right)$

${∆}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^0 = 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left({\mathrm{CH}}_4\right) + 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left({\mathrm{Cl}}_2\right) - 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{HCl}\right) - 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left({\mathrm{CH}}_3\mathrm{Cl}\right)$

${∆}_f{\mathrm{H}}_{298}^0 = 1\mathrm{x}4{\mathrm{E}}_{\mathrm{C}-\mathrm{H}} + 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{Cl}-\mathrm{Cl}} - 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{H}-\mathrm{Cl}} - 1\mathrm{x}(3{\mathrm{E}}_{\mathrm{C}-\mathrm{H}} + {\mathrm{E}}_{\mathrm{C}-\mathrm{Cl}})$

${∆}_f{\mathrm{H}}_{298}^0 = 1\mathrm{x}4\mathrm{x}414 +\hspace{0.17em}1\mathrm{x}243 - 1\mathrm{x}431 - 1\mathrm{x}(3\mathrm{x}414 + 1\mathrm{x}339) = -113 \mathrm{kJ}.$

- Xét X là Br, ta có:

${\mathrm{CH}}_4\left(\mathrm{g}\right) + {\mathrm{Br}}_2\left(\mathrm{g}\right) \to {\mathrm{CH}}_3\mathrm{Br}\left(\mathrm{g}\right) + \mathrm{HBr} \left(\mathrm{g}\right)$

${∆}_f{\mathrm{H}}_{298}^0 = 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left({\mathrm{CH}}_4\right) + 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left({\mathrm{Br}}_2\right) - 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{HBr}\right) - 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left({\mathrm{CH}}_3\mathrm{Br}\right)$

${∆}_f{\mathrm{H}}_{298}^0 = 1\mathrm{x}4{\mathrm{E}}_{\mathrm{C}-\mathrm{H}} + 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{Br}-\mathrm{Br}} - 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{H}-\mathrm{Br}} - 1\mathrm{x}(3{\mathrm{E}}_{\mathrm{C}-\mathrm{H}} + {\mathrm{E}}_{\mathrm{C}-\mathrm{Br}})$

${∆}_f{\mathrm{H}}_{298}^0 = 1\mathrm{x}4\mathrm{x}414 +\hspace{0.17em}1\mathrm{x}193 - 1\mathrm{x}364 - 1\mathrm{x}(3\mathrm{x}414 + 1\mathrm{x}276) = -33 \mathrm{kJ}.$

- Xét X là I, ta có:

${\mathrm{CH}}_4\left(\mathrm{g}\right) + {\mathrm{I}}_2\left(\mathrm{g}\right) \to {\mathrm{CH}}_3\mathrm{I}\left(\mathrm{g}\right) + \mathrm{HI} \left(\mathrm{g}\right)$

${∆}_f{\mathrm{H}}_{298}^0 = 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left({\mathrm{CH}}_4\right) + 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left({\mathrm{I}}_2\right) - 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{HI}\right) - 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{b}}\left({\mathrm{CH}}_3\mathrm{I}\right)$

${∆}_f{\mathrm{H}}_{298}^0 = 1\mathrm{x}4{\mathrm{E}}_{\mathrm{C}-\mathrm{H}} + 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{I}-\mathrm{I}} - 1{\mathrm{xE}}_{\mathrm{H}-\mathrm{I}} - 1\mathrm{x}(3{\mathrm{E}}_{\mathrm{C}-\mathrm{H}} + {\mathrm{E}}_{\mathrm{C}-\mathrm{I}})$

${∆}_f{\mathrm{H}}_{298}^0 = 1\mathrm{x}4\mathrm{x}414 +\hspace{0.17em}1\mathrm{x}151 - 1\mathrm{x}297 - 1\mathrm{x}(3\mathrm{x}414 + 1\mathrm{x}240) = 28 \mathrm{kJ}.$

→Từ F đến I, tính phi kim giảm dần nên khả năng tham gia phản ứng giảm dần.