Hoá học 10 · Năng lượng hoá học
Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng
Phản ứng toả nhiệt, thu nhiệt; điều kiện chuẩn; enthalpy tạo thành chuẩn; tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo enthalpy tạo thành và theo năng lượng liên kết.
Phản ứng toả nhiệt và thu nhiệt
- Phản ứng toả nhiệt giải phóng năng lượng dạng nhiệt ra môi trường, ví dụ sự đốt cháy than, xăng, phản ứng trung hoà.
- Phản ứng thu nhiệt nhận năng lượng dạng nhiệt từ môi trường, ví dụ nhiệt phân đá vôi, hoà tan ammonium nitrate vào nước.
Biến thiên enthalpy của phản ứng (nhiệt phản ứng) kí hiệu \(\Delta_r H\), là nhiệt lượng toả ra hay thu vào của phản ứng ở áp suất không đổi, đơn vị kJ hoặc kJ/mol.
Điều kiện chuẩn và enthalpy tạo thành
Điều kiện chuẩn: áp suất 1 bar đối với chất khí, nồng độ 1 mol/L đối với chất tan, nhiệt độ thường chọn là 25 °C (298 K). Biến thiên enthalpy chuẩn kí hiệu \(\Delta_r H^{o}_{298}\).
Enthalpy tạo thành chuẩn \(\Delta_f H^{o}_{298}\) của một chất là biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền nhất ở điều kiện chuẩn. Enthalpy tạo thành của đơn chất bền bằng 0.
Phương trình nhiệt hoá học ghi kèm trạng thái chất và \(\Delta_r H\), ví dụ:
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l), \(\Delta_r H^{o}_{298} = -890{,}3\ \text{kJ}\).
Tính biến thiên enthalpy của phản ứng
Theo enthalpy tạo thành: tổng enthalpy tạo thành của sản phẩm trừ tổng enthalpy tạo thành của chất đầu (nhân với hệ số).
\[\Delta_r H^{o}_{298} = \sum \Delta_f H^{o}_{298}(\text{sản phẩm}) - \sum \Delta_f H^{o}_{298}(\text{chất đầu})\]Theo năng lượng liên kết (các chất đều ở thể khí): tổng năng lượng liên kết trong chất đầu trừ tổng năng lượng liên kết trong sản phẩm.
\[\Delta_r H^{o}_{298} = \sum E_b(\text{chất đầu}) - \sum E_b(\text{sản phẩm})\]🧪 Thí nghiệm ảo – mô phỏng
- Chọn phản ứng đốt cháy methane: mức năng lượng sản phẩm thấp hơn chất đầu, ΔH âm, phản ứng toả nhiệt.
- Chọn phản ứng nhiệt phân CaCO3: mũi tên ΔH hướng lên, phản ứng thu nhiệt.
- Bật Xúc tác: đỉnh năng lượng hoạt hoá thấp xuống nhưng ΔH không đổi.
📐 Công thức cần nhớ
✍️ Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Tính \(\Delta_r H^{o}_{298}\) của phản ứng C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l). Biết enthalpy tạo thành chuẩn (kJ/mol): C₃H₈ là −105; CO₂ là −393,5; H₂O lỏng là −285,8.
Xem lời giải
- \(\Delta_r H = [3 \cdot (-393{,}5) + 4 \cdot (-285{,}8)] - [(-105) + 5 \cdot 0]\)
- \(\Delta_r H = -2323{,}7 + 105 = -2218{,}7\ \text{kJ}\)
✅ Đáp số: −2218,7 kJ, phản ứng toả nhiệt
Ví dụ 2. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g). Năng lượng liên kết (kJ/mol): H–H 436; Cl–Cl 243; H–Cl 432.
Xem lời giải
- \(\Delta_r H = (436 + 243) - 2 \cdot 432\)
- \(\Delta_r H = 679 - 864 = -185\ \text{kJ}\)
✅ Đáp số: −185 kJ
⚠️ Lỗi thường gặp
- Đảo thứ tự khi tính theo năng lượng liên kết: phải lấy chất đầu trừ sản phẩm (ngược với công thức theo enthalpy tạo thành).
- Quên nhân enthalpy tạo thành với hệ số của chất trong phương trình.
- Cho rằng phản ứng toả nhiệt thì không cần đun nóng: nhiều phản ứng toả nhiệt vẫn cần cung cấp năng lượng ban đầu để khơi mào.