Lý thuyết Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học (Chân trời sáng tạo 2023) hay, chi tiết | Hóa học 10

Lý thuyết Hóa học lớp 10 Bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

A. Lý thuyết Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

I. Phản ứng tỏa nhiệt

– Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng có sự giải phóng nhiệt năng ra môi trường.

– Ví dụ:

+ Phản ứng nhiệt nhôm tỏa một lượng nhiệt rất lớn làm nóng chảy hỗn hợp chất phản ứng và sắt sinh ra. Ứng dụng để hàn đường ray

2Al + Fe₂O_{3 $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$}Al₂O₃ + 2Fe

+ Phản ứng đốt cháy than tỏa một lượng nhiệt lớn giúp nấu chín thức ăn và sưởi ấm.

C + O₂ $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$ CO₂

II. Phản ứng thu nhiệt

– Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

Ví dụ: Phản ứng nung đá vôi là phản ứng thu nhiệt:

CaCO₃(s) $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$ CaO(s) + CO₂(g)

Nếu ngừng cung cấp nhiệt thì phản ứng sẽ không tiếp tục xảy ra.

III. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng

1. Biến thiên enthalpy của phản ứng

– Biến thiên enthalpy của phản ứng (hay nhiệt phản ứng) được kí hiệu là ∆_rH, thường tính theo đơn vị kJ hoặc kcal.

– Biến thiên enthalpy của phản ứng là nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào của một phản ứng hóa học trong quá trình đẳng áp (áp suất không đổi).

– Biến thiên enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của một phản ứng hóa học, được kí hiệu ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$, là nhiệt kèm theo phản ứng đó trong điều kiện chuẩn.

– Điều kiện chuẩn: áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/ L (đối với chất tan trong dung dịch) và thường chọn nhiệt độ 25^oC (hay 298K).

2. Phương trình nhiệt hóa học

– Phương trình nhiệt hóa học là phương trình phản ứng hóa học có kèm theo nhiệt phản ứng và trạng thái của các chất đầu (cđ) và sản phẩm (sp).

– Phản ứng thu nhiệt (hệ nhận nhiệt của môi trường) thì ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}>0$.

– Phản ứng tỏa nhiệt (hệ tỏa nhiệt ra môi trường) thì ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}<0$

Ví dụ:

C(s) + H₂O(g) $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$ CO(g) + H₂(g)             ∆ _r${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$ = +131,25 kJ > 0                 (1)

⇒ Phản ứng (1) là phản ứng thu nhiệt.

CuSO₄ (aq) + Zn(s) → ZnSO₄(aq) + Cu(s)     ∆ _r${\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$ = -231,04 kJ  < 0         (2)

⇒ Phản ứng (2) là phản ứng tỏa nhiệt.

IV. Enthalpy tạo thành (nhiệt tạo thành)

– Enthalpy tạo thành của một chất là nhiệt kèm theo phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền nhất.

– Enthalpy tạo thành (hay nhiệt tạo thành) được kí hiệu bằng ∆_fH, thường được tính theo đơn vị kJ/ mol hoặc kcal/ mol.

– Enthalpy tạo thành trong điều kiện chuẩn được gọi là enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) và được kí hiệu là ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$.

Chú ý:

1. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$của đơn chất bền nhất bằng 0 (xét ở điều kiện chuẩn).

2. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$< 0, chất bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền tạo nên nó.

3. ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$> 0, chất kém bền hơn mặt năng lượng so với các đơn chất bền tạo nên nó.

V. Ý nghĩa của dấu và giá trị ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$

– Phản ứng tỏa nhiệt: $\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{sp}\right)<\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{c}\text{d}\right)\Rightarrow {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}<0$

– Phản ứng thu nhiệt: $\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{sp}\right)>\sum {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{f}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}\left(\mathrm{c}\text{d}\right)\Rightarrow {\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}>0$

– Thường các phản ứng có ${\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{r}}{\mathrm{H}}_{298}^{\mathrm{o}}$ < 0 thì xảy ra thuận lợi.

Chú ý: Phản ứng thu nhiệt cần cung cấp nhiệt liên tục, nếu dừng cung cấp nhiệt phản ứng sẽ không tiếp diễn

B. Trắc nghiệm Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Câu 1. Cho 2 phương trình nhiệt hóa học sau:

C (s) + H₂O (g) $\stackrel{t^o}{\to }$ CO (g) + H₂ (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$ = + 131,25 kJ (1)

CuSO₄ (aq) + Zn (s) $\stackrel{t^o}{\to }$ ZnSO₄ (aq) + Cu (s) ${∆}_r{H}_{298}^0$ = −231,04 kJ (2)

Khẳng định đúng là

A. Phản ứng (1) là phản ứng tỏa nhiệt, phản ứng (2) là phản ứng thu nhiệt;

B. Phản ứng (1) là phản ứng thu nhiệt, phản ứng (2) là phản ứng tỏa nhiệt;

C. Phản ứng (1) và phản ứng (2) là phản ứng thu nhiệt;

D. Phản ứng (1) và phản ứng (2) là phản ứng tỏa nhiệt.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Phản ứng (1) có ${∆}_r{H}_{298}^0$ = + 131,25 kJ > 0 nên đây là phản ứng thu nhiệt.

Phản ứng (2) có ${∆}_r{H}_{298}^0$ = −231,04 kJ < 0 nên đây là phản ứng tỏa nhiệt.

Câu 2. Enthalpy tạo thành của một chất (${∆}_{f}H$) là nhiệt kèm theo phản ứng tạo thành

A. 1 gam chất đó từ các đơn chất bền nhất;

B. 1 lít chất đó từ các đơn chất dạng bền nhất;

C. 1 mol chất đó từ các đơn chất bền nhất;

D. 1 mol chất đó từ các hợp chất bền nhất.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Enthalpy tạo thành của một chất (${∆}_{f}H$) là nhiệt kèm theo phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền nhất.

Câu 3. Cho phản ứng sau:

S (s) + O₂ (g) $\stackrel{t^o}{\to }$ SO₂ (g) ${∆}_f{H}_{298}^0$ (SO₂, g) = – 296,8 kJ/mol

Khẳng định sai là

A. ${∆}_f{H}_{298}^0$ (SO₂, g) = – 296,8 kJ/mol là lượng nhiệt tỏa ra khi tạo ra 1 mol SO₂ (g) từ đơn chất S (s) và O₂ (g), đây là các đơn chất bền nhất ở điều kiện chuẩn;

B. Ở điều kiện chuẩn ${∆}_f{H}_{298}^0$ (O₂, g) = 0;

C. Ở điều kiện chuẩn ${∆}_f{H}_{298}^0$ (S, s) = 0;

D. Hợp chất SO₂(g) kém bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền S (s) và O₂ (g).

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

${∆}_f{H}_{298}^0$ (SO₂, g) = – 296,8 kJ/mol < 0 nên hợp chất SO₂(g) bền hơn về mặt năng lượng so với các đơn chất bền S (s) và O₂ (g).

Do đó khẳng định D sai.

Câu 4. Cho ${∆}_f{H}_{298}^0$ (Fe₂O₃, s) = − 825,5 kJ/mol. Biết 1 J = 0,239 cal. Enthalpy tạo thành chuẩn theo đơn vị (kcal) của Fe₂O₃ (s) là

A. 197,2945 kJ/mol;

B. − 197,2945 kJ/mol;

C. 3454 kJ/mol;

D. − 3454 kJ/mol.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

1 J = 0,239 cal nên 1 kJ = 0,239 kcal

${∆}_f{H}_{298}^0$ (Fe₂O₃, s) = − 825,5.0,239 = − 197,2945 (kJ/mol).

Câu 5. Cho phản ứng: Na (s) + $\frac{1}{2}$Cl₂ (g) ⟶NaCl (s) có ${∆}_f{H}_{298}^0$(NaCl, s) = − 411,1 kJ/mol.

Nếu chỉ thu được 0,5 mol NaCl (s) ở điều kiện chuẩn thì lượng nhiệt tỏa ra là

A. 411,1 kJ;

B. 25,55 kJ;

C. 250,55 kJ;

D. 205,55 kJ.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất (${∆}_f{H}_{298}^0$) là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn.

Na (s) + $\frac{1}{2}$Cl₂ (g) ⟶ NaCl (s) có ${∆}_f{H}_{298}^0$ (NaCl, s) = − 411,1 kJ/mol

Nếu tạo thành 1 mol NaCl (s) thì lượng nhiệt tỏa ra là 411,1 kJ

Vậy nếu tạo thành 0,5 mol NaCl (s) thì lượng nhiệt tỏa ra là 411,1.0,5 = 205,55 (kJ)

Câu 6. Cho các phát biểu sau

(1) Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự giải phóng nhiệt năng ra môi trường.

(2) Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

(3) Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

(4) Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự giải phóng nhiệt năng ra môi trường.

Các phát biểu đúng là

A. (1) và (2);

B. (1) và (4);

C. (2) và (3);

D. (3) và (4).

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Các phát biểu đúng là

(1) Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự giải phóng nhiệt năng ra môi trường.

(2) Phản ứng thu nhiệt là phản ứng hóa học trong đó có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

Câu 7. Phản ứng nào trong các phản ứng dưới đây là phản ứng thu nhiệt?

A. Vôi sống tác dụng với nước: CaO + H₂O ⟶Ca(OH)₂

B. Đốt cháy than: C + O₂ $\stackrel{t^o}{\to }$ CO₂

C. Đốt cháy cồn: C₂H₅OH + 3O_{2 $\stackrel{t^o}{\to }$} 2CO₂ + 3H₂O

D. Nung đá vôi: CaCO_{3 $\stackrel{t^o}{\to }$} CaO + CO₂

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Vôi sống tác dụng với nước: CaO + H₂O ⟶ Ca(OH)₂ phản ứng xảy ra ở điều kiện thường và làm nhiệt độ môi trường xung quanh nóng lên ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt.

Đốt cháy than: C + O_{2 $\stackrel{t^o}{\to }$} CO₂ và đốt cháy cồn: C₂H₅OH + 3O_{2 $\stackrel{t^o}{\to }$} 2CO₂ + 3H₂O cần cung cấp nhiệt độ ban đầu sau đó phản ứng tự cháy và tỏa nhiệt. ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt.

Nung đá vôi: CaCO_{3 $\stackrel{t^o}{\to }$} CaO + CO₂ phản ứng cần cung cấp nhiệt độ trong toàn bộ quá trình, nếu ngừng cung cấp nhiệt phản ứng không xảy ra. ⇒ Phản ứng thu nhiệt.

Câu 8. Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với

A. 1 bar (đối với chất khí);

B. nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch);

C. nhiệt độ thường được chọn là 25° C (298 K);

D. Cả A, B và C.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

Điều kiện chuẩn là điều kiện ứng với 1 bar (đối với chất khí); nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và nhiệt độ thường được chọn là 25° C (298 K).

Câu 9. Nhiệt kèm theo phản ứng trong điều kiện chuẩn là

A. enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của phản ứng đó, kí hiệu là ${∆}_r{H}_{298}^0$;

B. biến thiên enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của phản ứng đó, kí hiệu là ${∆}_r{H}_{298}^0$;

C. biến thiên enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của phản ứng đó, kí hiệu là ${∆}_f{H}_{298}^0$;

D. enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của phản ứng đó, kí hiệu là ${∆}_r{H}_{298}^0$.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

Nhiệt kèm theo phản ứng trong điều kiện chuẩn là biến thiên enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) của phản ứng đó, kí hiệu là ${∆}_r{H}_{298}^0$.

Câu 10. Phương trình nhiệt hóa học là

A. phương trình phản ứng hóa học xảy ra trong điều kiện cung cấp nhiệt độ;

B. phương trình phản ứng hóa học có kèm theo nhiệt phản ứng;

C. phương trình phản ứng hóa học có kèm theo nhiệt phản ứng và trạng thái của các chất đầu và sản phẩm;

D. phương trình phản ứng hóa học tỏa nhiệt ra môi trường.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Phương trình nhiệt hóa học là phương trình phản ứng hóa học có kèm theo nhiệt phản ứng và trạng thái của các chất đầu và sản phẩm.

Câu 11. Cho phản ứng: N₂ (g) + 3H₂ (g) ⟶ 2NH₃ (g)

Ở điều kiện chuẩn, cứ 1 mol N₂ phản ứng hết sẽ tỏa ra 91,8 kJ. Enthalpy tạo thành chuẩn của NH₃ là

A. ${∆}_f{H}_{298}^0$ = − 91,8 kJ/mol;

B. ${∆}_f{H}_{298}^0$ = 91,8 kJ/mol;

C. ${∆}_f{H}_{298}^0$ = − 45,9 kJ/mol;

D. ${∆}_f{H}_{298}^0$ = 45,9 kJ/mol.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

N₂ (g) + 3H₂ (g) ⟶ 2NH₃ (g)

Ta có, cứ 1 mol N₂ phản ứng hết sẽ tỏa ra 91,8 kJ và tạo thành 2 mol NH₃

⇒ cứ 0,5 mol N₂ phản ứng hết sẽ tỏa ra 91,8.0,5 = 45,9 (kJ) và tạo thành 1 mol NH₃

Mà đây là phản ứng tỏa nhiệt nên ${∆}_f{H}_{298}^0$< 0.

Vậy enthalpy tạo thành chuẩn của NH₃ là ${∆}_f{H}_{298}^0$ = − 45,9 kJ/mol.

Câu 12. Cho biết phản ứng tạo thành 2 mol HCl (g) ở điều kiện chuẩn tỏa ra 184,62 kJ:

H₂ (g) + Cl₂ (g)⟶ 2HCl (g) (*)

Những phát biểu nào dưới đây đúng?

(1) Enthalpy tạo thành chuẩn của HCl (g) là − 184,62 kJ/mol.

(2) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (*) là − 184,62 kJ.

(3) Enthalpy tạo thành chuẩn của HCl (g) là – 92,31 kJ/mol.

(4) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (*) là 184,62 kJ.

A. (1) và (2);

B. (2) và (3);

C. (3) và (4);

D. (1) và (4).

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: B

(1) Enthalpy tạo thành chuẩn của HCl (g) là − 184,62 kJ/mol. ⇒ sai vì − 184,62 kJ/mol là nhiệt tạo thành của 2 mol HCl (g).

(2) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (*) là − 184,62 kJ.⇒ đúng vì biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng đó trong điều kiện chuẩn mà phản ứng tỏa nhiệt nên ${∆}_r{H}_{298}^0$< 0.

(3) Enthalpy tạo thành chuẩn của HCl (g) là – 92,31 kJ/mol.⇒ đúng.

(4) Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (*) là 184,62 kJ.⇒ sai vì phản ứng tỏa nhiệt nên ${∆}_r{H}_{298}^0$< 0.

Câu 13. Cho các phản ứng dưới đây:

(1) CO (g) + $\frac{1}{2}$O₂ (g) ⟶ CO₂ (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$= − 283 kJ

(2) C (s) + H₂O (g) $\stackrel{t^o}{\to }$ CO (g) + H₂ (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$ = + 131,25 kJ

(3) H₂ (g) + F₂ (g) ⟶ 2HF (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$= − 546 kJ

(4) H₂ (g) + Cl₂ (g)⟶ 2HCl (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$= − 184,62 kJ

Phản ứng xảy ra thuận lợi nhất là

A. Phản ứng (1);

B. Phản ứng (2);

C. Phản ứng (3);

D. Phản ứng (4).

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Phản ứng có ${∆}_r{H}_{298}^0$< 0 thường xảy ra thuận lợi hơn.

Mà phản ứng (3) có ${∆}_r{H}_{298}^0$ nhỏ nhất nên xảy ra thuận lợi nhất.

Câu 14. Phương trình nhiệt hóa học giữa nitrogen và oxygen như sau:

N₂ (g) + O₂ (g) ⟶ 2NO (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$ = +180 kJ

Kết luận nào sau đây đúng?

A. Nitrogen và oxygen phản ứng mạnh hơn khi ở nhiệt độ thấp;

B. Phản ứng tỏa nhiệt;

C. Phản ứng xảy ra thuận lợi hơn ở điều kiện thường;

D. Phản ứng hóa học xảy ra có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

N₂ (g) + O₂ (g) ⟶ 2NO (g) ${∆}_r{H}_{298}^0$ = +180 kJ

Ta có: ${∆}_r{H}_{298}^0$ = +180 kJ > 0 nên đây là phản ứng thu nhiệt xảy ra ở nhiệt độ cao. Phản ứng hóa học xảy ra có sự hấp thụ nhiệt năng từ môi trường.

Câu 15. Biến thiên enthalpy của một phản ứng được ghi ở sơ đồ dưới đây. Kết luận nào sau đây là đúng?

A. Phản ứng tỏa nhiệt;

B. Năng lượng chất tham gia phản ứng nhỏ hơn năng lượng sản phẩm;

C. Biến thiên enthalpy của phản ứng là a kJ/mol;

D. Phản ứng thu nhiệt.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: A

Từ sơ đồ ta thấy: ${∆}_f{H}_{298}^0$ (sp) < ${∆}_f{H}_{298}^0$ (cđ) nên ${∆}_r{H}_{298}^0$< 0 và ${∆}_r{H}_{298}^0$ = − a kJ.

Do đó đây là phản ứng tỏa nhiệt.

Vậy kết luận A đúng.

Bài giảng Hóa học 10 Bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học – Chân trời sáng tạo

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Hóa học 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 12: Phản ứng oxi hóa – khử và ứng dụng trong cuộc sống

Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Bài 15: Phương trình tốc độ phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng

Bài 16: Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học