Bài 13: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

I. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo năng lượng liên kết

- Năng lượng liên kết (E_b): Phản ứng hóa học là quá trình phá vỡ các liên kết trong chất đầu và hình thành các liên kết mới để tạo thành sản phẩm. Sự phá vỡ liên kết cần cung cấp năng lượng, trong khi sự hình thành liên kết lại giải phóng năng lượng.

- Cách tính: Biến thiên enthalpy của phản ứng (mà các chất đều ở thể khí) bằng hiệu số giữa tổng năng lượng liên kết của các chất đầu và tổng năng lượng liên kết của các sản phẩm (ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất)

Ở điều kiện chuẩn:

${\Delta _r}H_{298}^0 = \sum {{E_b}(cd) - \sum {{E_b}(sp)} }$

Ví dụ: Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng

${H_{2{\rm{ }}(g)}} + {\rm{ }}C{l_{2(g)}} \to 2HC{l_{(g)}}$

Biết E_b (H-H) =436kJ/mol; E_b (Cl-Cl) = 243 kJ/mol; E_b (H-Cl) = 432 kJ/mol

Tổng năng lượng liên kết của các chất đầu là:

$\sum {{E_b}(cd) = {E_b}(H - H) + {E_b}(Cl - Cl) = 436 + 243 = 679kJ}$

Tổng năng lượng liên kết của các chất sản phẩm là:

$\sum {{E_b}(sp) = 2{E_b}(H - Cl) = 2.432 = 864kJ}$

Vậy biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng là

${\Delta _r}H_{298}^0 = \sum {{E_b}(cd) - \sum {{E_b}(sp)} }  = 679 - 864 =  - 185kJ$

II. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo nhiệt tạo thành

- Cách tính: Biến thiên enthalpy của phản ứng được xác định bằng hiệu số giữa tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm (sp) và tổng nhiệt tạo thành của các chất đầu (cđ)

Ở điều kiện chuẩn: ${\Delta _r}H_{298}^0 = \sum {{\Delta _f}H_{298}^0(sp) - } \sum {{\Delta _f}H_{298}^0(c{\rm{d)}}}$

- Lưu ý: Khi tính toán lưu ý đến hệ số của các chất trong phương trình hóa học

Ví dụ: Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng sau ở điều kiện chuẩn:

$4Fe{S_{2(s)}} + {\rm{ }}11{O_{2(g)}} \to 2F{e_2}{O_{3(s)}} + {\rm{ }}8S{O_{2(g)}}$

Biết nhiệt tạo thành ${\Delta _f}H_{298}^o$ của các chất FeS₂(s), Fe₂O₃(s) và SO₂(g) lần lượt là: -177,9 kJ/mol; -825,5 kJ/mol và -296,8 kJ/mol

Tổng nhiệt tạo thành các chất đầu là:

$\sum {{\Delta _f}H_{298}^o(c{\rm{d)}}}$= ${\Delta _f}H_{298}^o(Fe{S_2}).4 + {\Delta _f}H_{298}^o({O_2}).11 =  - 177,9.4 + 0.11 =  - 711,6kJ$

Tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm là:

$\sum {{\Delta _f}H_{298}^o(sp)}  = {\Delta _f}H_{298}^o(F{e_2}{O_3}).2 + {\Delta _f}H_{298}^o(S{O_2}).8 =  - 825,5.2 + ( - 296,8).8 =  - 4025,4kJ$

Vậy biến thiên enthalpy của phản ứng:

${\Delta _r}H_{298}^o = \sum {{\Delta _f}H_{298}^o(sp) - \sum {{\Delta _f}H_{298}^o(cd) =  - 4025,4 - ( - 711,6) =  - 3313,8kJ} }$