Bài 13: Phản ứng hóa học và enthalpy

I. Phản ứng tỏa nhiệt, phản ứng thu nhiệt

- Phản ứng tỏa nhiệt: là phản ứng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt (Ví dụ: phản ứng đốt cháy nhiên liệu, phản ứng tạo gỉ sắt, phản ứng oxi hóa glucose trong cơ thể,…)

- Phản ứng thu nhiệt: là phản ứng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt (Ví dụ: phản ứng trong lò nung vôi, nung clinker xi măng,…)

- Các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng thường là phản ứng tỏa nhiệt, các phản ứng thu nhiệt thường xảy ra khi đun nóng

- Các kí hiệu:

g (gas): chất khí

s (solid): chất rắn

l (liquid): chất lỏng

aq (aqueous): dạng dung dịch tan trong nước

II. Enthalpy tạo thành (nhiệt tạo thành)

- Nhiệt tạo thành của một chất là biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền vững nhất, ở một điều kiện xác định. Kí hiệu là \({\Delta _f}H\)

+ Nhiệt tạo thành chuẩn là nhiệt tạo thành ở điều kiện chuẩn, kí hiệu là \({\Delta _f}H_{298}^o\)

Ví dụ: Nước lỏng được tạo thành từ khí hydrogen và khí oxygen theo phản ứng:

\({H_{2(g)}} + \frac{1}{2}{O_{2(g)}} \to {H_2}O(l)\)

Ở điều kiện chuẩn, cứ 1 mol H₂O (l) tạo thành từ 1 mol H₂ (g) và ½ mol O₂ (g) giải phóng nhiệt lượng là 285,8 k J. Như vậy nhiệt tạo thành của nước lỏng: \({\Delta _f}H_{298}^0({H_2}{O_{(l)}}) =  - 285,8kJ/mol\)

III. Biến thiên enthalpy của phản ứng

- Biến thiên enthalpy của phản ứng (nhiệt phản ứng) là nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng ở điều kiện áp suất không đổi, kí hiệu là \({\Delta _r}H\)

- Đơn vị: thường tính theo kJ hoặc kcal

- Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng là nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào kèm theo phản ứng đó trong điều kiện chuẩn (áp suất 1 bar đối với chất khí, nồng độ 1M đối với chất tan trong dung dịch và thường chọn nhiệt độ 25^oC (hay 298K)), kí hiệu \({\Delta _r}H_{298}^o\)

Ví dụ: Phản ứng đốt cháy 2 mol khí hydrogen bằng 1 mol khí oxygen, tạo thành 2 mol nước ở trạng thái lỏng, tỏa ra nhiệt lượng 571,6 kJ. Phản ứng trên có biến thiên enthalpy, \({\Delta _r}H_{298}^o\)=-571,6 kJ, biểu diễn bằng phương trình nhiệt hóa học như sau:

\(2{H_{2(g)}} + {\rm{ }}{O_{2(g)}} \to 2{H_2}{O_{(g)}}\;\;\;\;\;\)     \({\Delta _r}H_{298}^o\) = -571,6 kJ

- Ý nghĩa:

+ Dấu của biến thiên enthalpy cho biết phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt

\({\Delta _r}H\)>0: phản ứng thu nhiệt

\({\Delta _r}H\)<0: phản ứng tỏa nhiệt

+ Gía trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng càng nhiều