Đáp án Hóa học 10 chân trời sáng tạo Bài 14: Tính biến thiên Enthalpy của phản ứng hóa học

BÀI 14: TÍNH BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC

1. XÁC ĐỊNH BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG DỰA VÀO NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT

Câu 1: Quan sát hình 14.1 cho biết liên kết hóa học nào bị phá vỡ, liên kết hóa học nào được hình thành khi H₂ phản ứng với O₂ tạo thành H₂O (ở thế khí)?

Trả lời:

Liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ, liên kết hydrogen được hình thành khi H₂ phản ứng với O₂ tạo thành H₂O (ở thế khí)

Câu 2: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết phải viết được công thức cấu tạo của tất cả các chất trong phản ứng để xác định số lượng và loại liên kết. Xác định số lượng và loại liên kết. Xác định số lượng mỗi loại liên kết trong các phân tử sau: CH₄, CH₃Cl, NH₃, CO₂

Trả lời:

• CH₄: có 4 liên kết C-H
• CH₃Cl : có 3 liên kết C-H, 1 liên kết C-Cl
• NH₃: có 3 liên kết N-H
• CO₂: có 2 liên kết C-O

Câu 3: Dựa vào năng lượng liên lết ở bảng 14.2, tính biến thiên enthalpy của phản ứng và giải thích vì sao nitrogen ( N=N) chỉ phản ứng với oxygen (O=O) ở nhiệt độ cao hoặc có tia lửa điện để tạo thành nitrogen monoxide (N=O)

N₂ (g) + O₂ (g) (t ⁰ , tia lửa điện)------> 2NO (g)

Trả lời:

Nitrogen ( NN) chỉ phản ứng với oxygen (O=O) ở nhiệt độ cao hoặc có tia lửa điện để tạo thành nitrogen monoxide (N=O) vì năng lượng liên kết N≡N và O=O có giá trị rất lớn.

Câu hỏi bổ sung: Xác định  của phản ứng sau dựa vào giá trị E_b, ở bảng 14.2: CH₄ (g) + Cl₂ (g)  (askt) ------>  CH₃Cl (g)  + HCl

Hãy cho biết phản ứng trên tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

Trả lời:

Xác định  của phản ứng sau dựa vào giá trị E_b, ở bảng 14.1:

CH₄ (g) + Cl₂ (g)  (askt) ------>  CH₃Cl (g)  + HCl

Tổng năng lượng thu vào để phá vỡ các liên kết:

4 x E_b(C-H) + E_b(Cl-Cl) = 1895 kJ

Tổng năng lượng tỏa ra khi hình thành các sản phẩm:

(3E_b(C-H) + E_b(C-Cl)) + E_b(H-Cl) = 2005 kJ

Tính biến thiên enthalpy của phản ứng:

 = 1895 - 2005 = -110 kJ

Do  = -110 kJ < 0 nên phản ứng tỏa nhiệt

Câu hỏi: Dựa vào số liệu về năng lượng liên kết ở bảng 14.1, hãy tính biến thiên enthalpy của 2 phản ứng sau:

2H₂ (g) + O₂ (g)   (t ⁰) -------> 2H₂O     (1)

C₇H₁₆ (g) + 10O₂ (g)  (t ⁰) -------> 7CO₂ (g)  + 8H₂O (g)    (2)

So sánh kết quả thu được từ đó cho biết H₂ hay C₇H₁₆ là nhiên liệu hiệu quả hơn cho biết tên lửa (biết trong C₇H₁₆ có 6 liên kết C-C và 16 liên kết C-H)

Trả lời:

2H₂ (g) + O₂ (g)   (t ⁰) -------> 2H₂O     (1)

C₇H₁₆ (g) + 10O₂ (g)  (t ⁰) -------> 7CO₂ (g)  + 8H₂O (g)    (2)

 = 6 × 347 + 16 × 413 + 10 × 498 - 14 × 745 - 16 × 467 = -4232 kJ

C₇H₁₆ là nhiên liệu hiệu quả hơn cho biết tên lửa vì nó tỏa nhiều nhiệt hơn.

Câu hỏi: Tính của hai phản ứng sau:

3O₂ (g) ---> 2O₃ (g)   (1)

2O₃ (g) ---> 3 O₂ (g)   (2)

Liên kết giữa giá trị với độ bền của O₃, O₂ và giải thích biết phân tử O₃ gồm 1 liên kết đôi O=O và 1 liên kết đơn O-O

Trả lời:

Tính của hai phản ứng:

3O₂ (g) ---> 2O₃ (g)   (1)

 = 3E_b(O=O) - 2[E_b(O-O) + E_b(O=O)] = 3 x 498 - 2 x (498 + 204) = 90 kJ

2O₃ (g) ---> 3O₂ (g)   (2)

= 2[E_b(O-O) + E_b(O=O)] - 3E_b(O=O) = 2 x (498 + 204) - 3 x 498 = -90 kJ

Phân tử O₃ gồm 1 liên kết đôi O=O là do có liên kết cộng hóa trị khi 2 nguyên tử O góp chung 2 electron và 1 liên kết đơn O-O được hình thành khi 1 nguyên tử O liên kết với nguyên tử O còn lại bằng liên kết cho - nhận

2. XÁC ĐỊNH BIẾN THIÊN ENTHALPY CỦA PHẢN ỨNG DỰA VÀO ENTHALPY TẠO THÀNH

Câu hỏi: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng phân hủy trinitroglycerin ( C₃H₅O₃ (NO₂)₃) theo phương trình sau (biết nhiệt tạo thành của nitroglycerin là -370,15 kJ/ mol)

4 C₃H₅O₃(NO₂)₃ (s)-------> 6 N₂ (g) + 12CO₂ (g) + 10H₂O + O₂ (g)

Trả lời:

Vì quá trình này sản sinh ra sự biến thiên enthalpy, phản ứng tỏa lượng nhiệt lớn, gây nổ mạnh

Câu 4: Giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng có liên quan tới hệ số các chất trong chương trình nhiệt hóa học không? Giá trị enthalpy tạo thành thường được đo ở điều kiện nào?

Trả lời:

• Giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng có liên quan tới hệ số các chất trong chương trình nhiệt hóa học
• Giá trị enthalpy tạo thành thường được đo ở điều kiện chuẩn tương ứng của sản phẩm, chất đầu của phản ứng.

BÀI TẬP

Câu 1: Tính  của các phản ứng sau dựa theo năng lượng liên kết (sử dụng số liệu từ bảng 14.1):

1. a) N₂H₄(g) ---> N₂(g) + 2H₂(g)
2. b) 4HCl(g) + O₂(g) (t^o)---> 2Cl₂(g) + 2H₂O(g)

Trả lời:

Tính của các phản ứng sau dựa theo năng lượng liên kết (sử dụng số liệu từ bảng 14.1):

1. a) N₂H₄(g) ---> N₂(g) + 2H₂(g)          

= 4 x 391 + 418 - 945 - 2 x 432 = 173 kJ

1. b) 4HCl(g) + O₂(g) (t^o)---> 2Cl₂(g) + 2H₂O(g)

= 4 x 427 + 498 - 2 x 243 - 2 x 2 x 467 = -148 kJ

Câu 2: Dựa vào bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol benzene C₆H₆(l) trong khí oxygen, tạo thành CO₂(g) và H₂O(l). So sánh lượng nhiệt sinh ra khi đốt hoàn toàn 1,0 g propane C₃H₈(g) với lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0g benzene C₆H₆(l)

Trả lời:

2C₆H₆ + 15O₂ ---> 12CO₂ + 6H₂O

= 12 x  (CO₂(g)) + 6 x  (H₂O(l)) - 2 x  (C₆H₆(l)) 

              = -6535,04 

C₃H₈ + 5O₂ ---> 3CO₂ + 4H₂O

= 3 x  (CO₂) + 4 x  (H₂O) - C₃H₈) 

              = -2218,86 

Lượng lượng nhiệt sinh ra khi đốt hoàn toàn 1,0 g propane C₃H₈(g) ít hơn lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0g benzene C₆H₆(l)

Câu 3: Dựa vào enthalpy tạo thành ở Bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng nhiệt nhôm:

2Al(s) + Fe₂O₃(s) (t^o)---> 2Fe(s) + Al₂O₃(s)

Từ kết quả tính được ở trên, hãy rút ra ý nghĩa của dấu và giá trị ∆_rH^o₂₉₈ đối với phản ứng.

Trả lời:

< 0 thì phản ứng thu nhiệt.

> 0 thì phản ứng tỏa nhiệt.

Câu 4: Cho phương trình nhiệt hóa học sau:

SO₂(g) + 12O₂ (to, V₂O₅)---> SO₃(g); = -98,5kJ

1. a) Tính lượng nhiệt giải phóng ra khi chuyển 74,6g SO2 thành SO3
2. b) Giá trị của phản ứnglà bao nhiêu?

Trả lời:

1. a) 74,6g SO₂ tương ứng với mol SO₂

Đốt cháy hoàn toàn 1 mol SO₂(g) sinh ra 98,5 kJ nhiệt lượng

⇒ Đốt cháy hoàn toàn mol SO₂(g) sinh ra 98,5. = 114,81 kJ nhiệt lượng

1. b) Lượng nhiệt giải phóng ra khi chuyển 1 mol SO₂thành 1 mol SO₃là 98,5 kJ

⇒ Lượng nhiệt cần cung cấp để phân hủy 1 mol SO₃ cũng là 98,5 kJ

⇒ Giá trị  của phản ứng là +98,5 kJ.

Câu 5: Khí hydrogen cháy trong không khí tạo thành nước theo phương trình hóa học sau:

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g)                     = -483,64 kJ

1. a) Nước hay hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn? Giải thích.
2. b) Vẽ sơ đồ biến thiên năng lượng của phản ứng giữa hydrogen và oxygen.

Trả lời:

1. a) = Σ(sp) - Σ (cđ) < 0

⇔ Σ (sp) < Σ (cđ)

Vậy hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn nước.

1. b) Sơ đồ biến thiên năng lượng của phản ứng giữa hydrogen và oxygen.

Câu 6: Xét quá trình đốt cháy khí propane C₃H₈(g):

C₃H₈(g) + 5O₂(g) (t°)→ 3CO₂(g) + 4H₂O(g)

Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng dựa vào nhiệt tạo thành của hợp chất (Bảng 13.1) và dựa vào năng lượng liên kết (Bảng 14.1). So sánh hai giá trị đó và rút ra kết luận.

Trả lời: