Bài 17: Biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học
Sách kết nối tri thức với cuộc sống
Biết phản ứng đốt cháy Al2O3 như sau:
\(2Al(s) + 1,5{O_2}(g) \to A{l_2}{O_3}(s)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 1675,7kJ\)
Ở điều kiện chuẩn, phản ứng tạo thành 10,2 gam Al2O3 (s) có nhiệt lượng tỏa ra là
Từ phương trình nhiệt hóa học rút ra: Phản ứng tạo thành 1 mol Al2O3 thì nhiệt lượng tỏa ra là 1675,7kJ
=>\({n_{A{l_2}{O_3}}} = \dfrac{{10,2}}{{102}} = 0,1(mol)\) thì nhiệt lượng tỏa ra là 0,1.1675,7 = 167,57kJ
Rót 100 ml dung dịch HCl 1M ở 25oC vào 100 ml dung dịch NaHCO3 1M ở 26oC. Biết nhiệt dung của dung dịch loãng bằng nhiệt dung của nước là 4,2 J/g.K và nhiệt tạo thành của các chất được cho trong bảng sau:
| Chất | HCl (aq) | NaHCO3 (aq) | NaCl (aq) | H2O (l) | CO2 (g) |
| \({\Delta _f}H(kJ/mol)\) | -168 | -932 | -407 | -286 | -392 |
Sau phản ứng, dung dịch thu được có nhiệt độ là
Phương trình phản ứng xảy ra:
\(HCl(aq) + NaHC{O_3}(aq) \to NaCl(aq) + {H_2}O(l) + C{O_2}(g)\)
Biến thiên enthalpy của phản ứng là:
\(\begin{array}{l}{\Delta _r}H = {\Delta _f}H(NaCl) + {\Delta _f}H({H_2}O) + {\Delta _f}H(C{O_2}) - {\Delta _f}H(HCl) - {\Delta _f}H(NaHC{O_3})\\ = - 407 - 286 - 392 + 168 + 932 = 15kJ\end{array}\)
=> Phản ứng thu nhiệt
Ta có: \({n_{HCl}} = {n_{NaHC{O_3}}} = 0,1.1 = 0,1mol\)
=> Nhiệt lượng thu vào khi cho 0,1 mol HCl tác dụng với 0,1 mol NaHCO3 là Q=0,1.15=1,5 kJ
Mà \(Q = m.C.\Delta t \Rightarrow \Delta t = \dfrac{{1,{{5.10}^3}}}{{200.4,2}} \simeq 1,8\)oC
Do phản ứng thu nhiệt nên nhiệt độ giảm đi là 1,8oC
=> Nhiệt độ cuối cùng là 26 – 1,8 = 24,2oC
Cho 4,05 gam Al vào 300 gam dung dịch HCl 1M, dung dịch thu được có nhiệt độ tăng thêm 5oC. Giả thiết có 40% sự thất thoát nhiệt ra ngoài môi trường, nhiệt dung của dung dịch loãng bằng nhiệt dung của nước là 4,2 J/g.K. Nhiệt lượng của phản ứng giữa Al và HCl trong dung dịch là
Nhiệt lượng của dung dịch nhận là \(Q = mc\Delta t = 300.4,2.5 = 6300J\)
Phương trình phản ứng: \(2Al(s) + 6HCl(aq) \to 2AlC{l_3}(aq) + 3{H_2}(g)\)
Theo đề bài ta có: \({n_{Al}} = \dfrac{{4,05}}{{27}} = 0,15mol;{n_{HCl}} = 0,3.1 = 0,3mol\)
Theo PTHH => Al là chất dư, HCl là chất hết => Số mol Al phản ứng là 0,1 mol
=> Nhiệt phản ứng là \({\Delta _r}H = \dfrac{{Q.60\% }}{{0,1}} = \dfrac{{6300.60\% }}{{0,1}} = 37800J\)
Để làm nóng khẩu phần ăn, người ta dùng phản ứng giữa CaO với H2O:
\(CaO(s) + {H_2}O(l) \to Ca{(OH)_2}(aq)\) \(\Delta H = - 105kJ\)
Giả thiết nhiệt lượng của phản ứng tỏa ra được dung dịch hấp thụ hết, nhiệt dung của dung dịch loãng bằng nhiệt dung của nước là 4,2J/g.K. Cần cho bao nhiêu gam CaO vào 250 gam H2O để nâng nhiệt độ từ 27oC lên 80oC?
Nhiệt lượng tỏa ra là \(Q = mc\Delta t = 250.4,2.(80 - 27) = 55650J\)=55,65kJ
=> Số mol của CaO cần dùng cho phản ứng tỏa ra 55,65kJ là \(\dfrac{{55,65}}{{105}} = 0,53mol\)
=> Khối lượng CaO cần dùng là 0,53.56=29,68 gam
Cho phản ứng nhiệt nhôm sau: \(2Al(s) + F{e_2}{O_3}(s) \to A{l_2}{O_3}(s) + 2Fe(s)\)
Biết nhiệt tạo thành, nhiệt dung của các chất (nhiệt lượng cần cung cấp để 1 kg chất đó tăng lên 1 độ) được cho trong bảng sau:
| Chất | Al | Fe2O3 | Al2O3 | Fe |
| \({\Delta _f}H_{298}^0\) (k J/mol) | 0 | -5,14 | -16,37 | 0 |
| C (J/g.K) | 0,84 | 0,67 |
Giả thiết phản ứng xảy ra vừa đủ, hiệu suất 100%; nhiệt độ ban đầu là 25oC; nhiệt lượng tỏa ra bị thất thoát ra ngoài môi trường là 40%. Phát biểu nào sau đây không đúng?
Biến thiên enthalpy của phản ứng:
\(\begin{array}{l}{\Delta _r}H_{298}^0 = {\Delta _f}H_{298}^0(A{l_2}{O_3}) + 2.{\Delta _f}H_{298}^0(Fe) - 2.{\Delta _f}H_{298}^0(Al) - {\Delta _f}H_{298}^0(F{e_2}{O_3})\\ = 102.( - 16,37) + 2.0 - 2.0 - 160.( - 5,14) = - 847,34kJ\end{array}\)
Nhiệt dung của sản phẩm là: C = 102.0,84 + 2.56.0,67 = 160,72 (J.K-1)
Nhiệt độ tăng lên là \(\Delta T = \dfrac{{847,{{34.10}^3}.40\% }}{{160,72}} \simeq 2109K\)
Nhiệt độ đạt được là (25 + 273) + 2109 = 2407 K
Cho các phản ứng đốt cháy butane sau:
\({C_4}{H_{10}}(g) + {O_2}(g) \to C{O_2}(g) + {H_2}O(g)\)
Biết năng lượng liên kết trong các hợp chất cho trong bảng sau:
| Liên kết | C-C | C-H | O=O | C=O | O-H |
| Phân tử | C4H10 | C4H10 | O2 | CO2 | H2O |
| Eb (kJ/mol) | 346 | 418 | 495 | 799 | 467 |
Một bình gas chứa 12 kg butane có thể đun sôi bao nhiêu ấm nước? Giả thiết mỗi ấm nước chứa 3 lít nước ở 25oC, nhiệt dung của nước là 4,2 J/g.K, có 50% nhiệt đốt cháy butane bị thất thoát ra ngoài môi trường
\({C_4}{H_{10}}(g) + \dfrac{{13}}{2}{O_2}(g) \to 4C{O_2}(g) + 5{H_2}O(g)\)
Biến thiên enthalpy của phản ứng:
\(\begin{array}{l}{\Delta _r}H_{298}^0 = 3.{E_{C - C}} + 10.{E_{C - H}} + 6,5.{E_{O = O}} - 4.2.{E_{C = O}} - 5.2.{E_{O - H}}\\ = 3.346 + 10.418 + 6,5.495 - 8.799 - 10.467 = - 2626,5kJ\end{array}\)
Nhiệt lượng cần dùng để đốt cháy 12 kg butane là \(Q = \dfrac{{{{12.10}^3}.2626,5}}{{58}} \simeq 543413,8kJ\)
=> Nhiệt cần đun 1 ấm nước là: 3.103.4,2.(100-25) = 945000 J = 945 kJ
=> Số ấm nước cần tìm là \(\dfrac{{543413,8.50\% }}{{945}} \simeq 287\) ấm
Một mẫu cồn X (thành phần chính là C2H5OH) có lẫn methanol (CH3OH). Đốt cháy 6,2 g cồn X tỏa ra nhiệt lượng 172,8 k J. Cho phương trình nhiệt hóa học của các phản ứng sau:
\(C{H_3}OH(l) + {\textstyle{3 \over 2}}{O_2}(g) \to C{O_2}(g) + 2{H_2}O(l)\) \(\Delta H = - 716kJ/mol\)
\({C_2}{H_5}OH(l) + 3{O_2}(g) \to 2C{O_2}(g) + 3{H_2}O(l)\) \(\Delta H = - 1370kJ/mol\)
Thành phần tạp chất methanol trong X là
Gọi số mol của CH3OH và C2H5OH trong X lần lượt là a và b
Theo bài ta có hệ hai phương trình:
\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{32a + 46b = 6,2}\\{716a + 1370b = 172,8}\end{array}} \right. \Leftrightarrow \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{a = 0,05}\\{b = 0,1}\end{array}} \right.\)
=> \({m_{C{H_3}OH}} = 0,05.32 = 1,6g\)
=> Phần trăm methanol trong X là \(\dfrac{{1,6}}{{6,2}}.100\% \simeq 25,81\% \)
Cho các phản ứng sau:
(a) \(2{H_2}S(g) + S{O_2}(g) \to 2{H_2}O(g) + 3S(s)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 237kJ\)
(b) \(2{H_2}S(g) + {O_2}(g) \to 2{H_2}O(g) + 2S(s)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 530,5kJ\)
Phát biểu nào sau đây đúng?
Giá trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng càng nhiều => Phản ứng (a) có trị tuyệt đối của nhiệt phản ứng nhỏ hơn phản ứng (b) => Phản ứng (a) tỏa ra nhiệt lượng ít hơn phản ứng (b) (A đúng, D sai)
Có \({\Delta _r}H_{298}^0(a) = 2{\Delta _f}H_{298}^0({H_2}O) - 2{\Delta _f}H_{298}^0({H_2}S) - {\Delta _f}H_{298}^0(S{O_2}) = - 237\)
\({\Delta _r}H_{298}^0(b) = 2{\Delta _f}H_{298}^0({H_2}O) - 2{\Delta _f}H_{298}^0({H_2}S) = - 530,5\)
=> \({\Delta _f}H_{298}^0(S{O_2}) = - 530,5 - ( - 237) = - 293,5kJ\)(B sai)
C sai do cả hai phản ứng có biến thiên nhiệt mang giá trị âm => Phản ứng tỏa nhiệt
Cho 0,35 gam bột iron vào bình đựng 20 ml dung dịch CuSO4 0,1M ở 30oC. Khuấy đều dung dịch, quan sát nhiệt kế thấy nhiệt độ lên cao nhất là 37oC. Giả thiết nhiệt lượng của phản ứng tỏa ra được dung dịch hấp thụ hết, nhiệt dung của dung dịch loãng bằng nhiệt dung của nước là 4,2J/g.K. Nhiệt của phản ứng là
Nhiệt lượng của dung dịch là \(Q = mc\Delta t = 20.4,2.(37 - 30) = 588J\)
PTHH: \(Fe(s) + CuS{O_4}(aq) \to FeS{O_4}(aq) + Cu(s)\)
Theo đề bài có: \({n_{Fe}} = \dfrac{{0,35}}{{56}} = 6,{25.10^{ - 3}}(mol);{n_{CuS{O_4}}} = 0,02.0,1 = {2.10^{ - 3}}(mol)\)
Từ PTHH => Fe là chất dư, CuSO4 là chất hết => Tính nhiệt phản ứng theo chất hết
\( \Rightarrow \Delta H = \dfrac{{588}}{{{{2.10}^{ - 3}}}} = 294000J = 294kJ\)
Cho các phương trình nhiệt hóa học sau:
$C{H_4}(g) + 2{O_2}(g)\xrightarrow{{{t^o}}}C{O_2}(g) + 2{H_2}O(l)$ \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 890kJ\) (1)
$C{H_3}OH(l) + 1,5{O_2}(g)\xrightarrow{{{t^o}}}C{O_2}(g) + 2{H_2}O(l)$ \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 726kJ\) (2)
\(CO(g) + 0,5{O_2}(g) \to C{O_2}(g)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 851,5kJ\) (3)
\(S{O_2}(g) + 0,5{O_2}(g) \to S{O_3}(l)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 144,2kJ\) (4)
Thứ tự sắp xếp theo chiều tăng dần về lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy 1 mol mỗi chất?
Gía trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng càng nhiều
=> Thứ tự: (4), (2), (3), (1).
Cho phản ứng đốt cháy methane và acetylene:
\(C{H_4}(g) + 2{O_2}(g) \to C{O_2}(g) + 2{H_2}O(l)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 890,36kJ\)
\({C_2}{H_2}(g) + 2,5{O_2}(g) \to 2C{O_2}(g) + {H_2}O(l)\) \({\Delta _r}H_{298}^0 = - 1299,58kJ\)
Tại sao trong thực tế, người ta sử dụng acetylene trong đèn xì hàn, cắt kim loại mà không dùng methane?
Gía trị tuyệt đối của biến thiên enthalpy càng lớn thì nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của phản ứng càng nhiều
=> Trong cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất, cùng một lượng thể tích khí như nhau thì lượng nhiệt do C2H2 sinh ra nhiều hơn lượng nhiệt do CH4 sinh ra nên khi sử dụng C2H2 sẽ nhanh chóng hàn cắt được kim loại
