Lý thuyết Phản ứng hóa học và Enthalpy

<h3>1. Phản ứng tỏa nhiệt và phản ứng thu nhiệt</h3> -) Các phản ứng hóa học khi xảy ra luôn kèm theo sự giải phóng hoặc hấp thụ năng lượng. Năng lượng này được gọi là năng lượng hóa học. -) Các phản ứng tỏa nhiệt giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt. -) Các phản ứng thu nhiệt hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt. -) Các phản ứng kèm theo sự thay đổi năng lượng dạng nhiệt rất phổ biến trong tự nhiên như phản ứng đốt cháy nhiên liệu, phản ứng tạo ra gỉ sắt, phản ứng oxi hóa glucose trong cơ thể... đều là các phản ứng tỏa nhiệt. Các phản ứng trong lò nung vôi, nung clinker xi măng... là các phản ứng thu nhiệt. -) Với cùng 1 phản ứng, ở điều kiện khác nhau về nhiệt độ, áp suất thì lượng nhiệt kèm theo cũng khác nhau. Để tiện cho việc so sánh lượng nhiệt kèm theo, người ta sử dụng điều kiện chuẩn và quy định như sau:     +) Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với áp suất 1 bar (với chất khí)     +) Nồng độ 1 mol L-1 (với chất tan trong dung dịch)     +) Nhiệt độ thường được chọn là 298K (25oC) Các kiến thức cần ghi nhớ: -) Phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng toả nhiệt, phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt gọi là phản ứng thu nhiệt.  -) Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol L-1 (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ thường được chọn là 298 K (25 °C). <h3>2. Enthalpy tạo thành và biến thiên Entralpy của phản ứng hóa học</h3> a) Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất hóa học - Enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) của một chất, kí hiệu là <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mi>H</mi><mn>0</mn><mn>298</mn></msubsup></math>, là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn. - Khi phản ứng tỏa nhiệt thì <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mo>∆</mo><mi>f</mi></msub><msubsup><mi mathvariant="normal">H</mi><mn>298</mn><mn>0</mn></msubsup><mo><</mo><mn>0</mn></math>. - Khi phản ứng thu nhiệt thì <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mo>∆</mo><mi>f</mi></msub><msubsup><mi mathvariant="normal">H</mi><mn>298</mn><mn>0</mn></msubsup><mo>></mo><mo> </mo><mn>0</mn></math> Ví dụ 1: Ở điều kiện chuẩn, phản ứng của 2 mol Na (thể rắn) với 1/2 mol O2 (thể khi) thu được 1 mol Na2O (thể rắn) và giải phóng 417,98 kJ nhiệt. Biết rằng, ở điều kiện chuẩn, Na thể rắn bền hơn Na ở thể lỏng và khi, oxygen dạng phân tử O2, bền hơn dạng nguyên tử O và phân tử O3 (ozone). - Ta nói enthalpy tạo thành của Na2O rắn ở điều kiện chuẩn là -417,98 kJ mol-1. Phản ứng trên được biểu diễn như sau: 2Na(s) + 1/2O2(g) → Na2O(s) <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mi>H</mi><mn>298</mn><mn>0</mn></msubsup></math> = -417,98 kJ mol-1 Chú ý: Phải viết thể của các chất trong phản ứng. Ví dụ 2: Ở điều kiện chuẩn, cần phải cung cấp 26,5 kg nhiệt lượng cho quá trình 0,5 mol H2 (g) phản ứng với 0,5 mol I2 (s) để thu được 1 mol HI (g). - Như vậy enthalpy tạo thành chuẩn của hydrogen iodide (HI) ở thể khí là 26,5 kJ mol-1 1/2H2 (g)  + 1/2I2 (s) →  HI (g) <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mi>H</mi><mn>298</mn><mn>0</mn></msubsup></math>= 26,5 kJ mol-1 - Enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất bền nhất đều bằng không. b. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng hoá học - Trong trường hợp chung, các chất phản ứng có thể là đơn chất, cũng có thể là hợp chất. Một cách tổng quát, nhiệt kèm theo (nhiệt lượng toả ra hay thu vào của phản ứng) gọi là biến thiên enthalpy của phản ứng. - Biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hoá học, kí hiệu là <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>f</mi></msub><msubsup><mi>H</mi><mn>298</mn><mn>0</mn></msubsup></math> chính là nhiệt (toả ra hoặc thu vào) kèm theo phản ứng đó ở điều kiện chuẩn. - Sau đây là một số ví dụ về biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hóa học. Ví dụ 1: Phản ứng đốt cháy methane (CH4) toả rất nhiều nhiệt: CH4 (g) + 2O2 → CO2 (g) + 2H2O (l)  = -890,5kJ - Như vậy, ở điều kiện chuẩn, khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol CH4, sản phẩm là CO2 (g) và H2O (l), thì sẽ giải phóng một nhiệt lượng là 890,5 kg. Lưu ý rằng, cũng phản ứng này, nếu nước ở thể hơi thi giá trị <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>r</mi></msub><msubsup><mi>H</mi><mn>298</mn><mn>0</mn></msubsup></math> sẽ khác đi. Đây là lí do cần phải ghi rõ thể của các chất khi viết các phản ứng có kèm theo giá trị <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mo>∆</mo><mi>r</mi></msub><msubsup><mi>H</mi><mn>298</mn><mn>0</mn></msubsup></math>. Ví dụ 2: Phản ứng nhiệt phân CaCO3 là phản ứng thu nhiệt: CaCO3 (s) → Cao (s) + CO2 (g) <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>r</mi></msub><msubsup><mi>H</mi><mn>298</mn><mn>0</mn></msubsup></math> = 179,2 kJ - Để thu được 1 mol CaO (s), cần phải cung cấp 179,2 kJ nhiệt lượng để chuyển 1 mol CaCO3 (s) thành CaO (s). Ví dụ 3: Phản ứng trung hoà giữa NaOH và HCl toả nhiệt: NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><msub><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>r</mi></msub><msubsup><mi>H</mi><mn>298</mn><mn>0</mn></msubsup></math> = -57,9 kJ   Tổng kết kiến thức cần ghi nhớ: +) Enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) của một chất, kí hiệu là là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn. +) Biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hoá học, kí hiệu là chính là lượng nhiệt toả ra hoặc thu vào của phản ứng đó ở điều kiện chuẩn.

Xem lời giải bài tập khác cùng bài

Hướng dẫn giải Mở đầu (Trang 77 SGK Hóa 10, Bộ Cánh diều)