Giải bài tập Hóa học lớp 10 Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học
Giải hóa học 10 trang 88 Chân trời sáng tạo
Mở đầu trang 88 Hóa học 10: Methane cháy tỏa nhiệt lớn nên được dùng làm nhiên liệu. Khi trộn methane và oxygen với tỉ lệ thích hợp thì sẽ tạo ra hỗn hợp nổ
Biến thiên enthalpy của phản ứng trên được tính toán dựa trên các giá trị nào?
Lời giải:
Biến thiên enthalpy của phản ứng được tính toán dựa trên giá trị năng lượng liên kết hoặc dựa vào enthalpy tạo thành
1. Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết
Câu hỏi 1 trang 88 Hóa học 10: 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 thể khí)?
Phương pháp giải:
Quan sát Hình 14.1 và rút ra nhận xét
Lời giải:
– Khi H2 phản ứng với O2 tạo thành H2O (ở thể khí)
+ Liên kết H-H và O=O bị phá vỡ
+ Liên kết H-O-H được hình thành
Giải hóa học 10 trang 89 Chân trời sáng tạo
Câu hỏi 2 trang 89 Hóa học 10: 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 mỗi loại liên kết trong các phân tử sau: CH4, CH3Cl, NH3, CO2.
Phương pháp giải:
– Viết công thức cấu tạo của các chất
=> Xác định được các loại liên kết
Lời giải:
– 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 hỏi 3 trang 89 Hóa học 10: Dựa vào năng lượng liên kết ở Bảng 14.1, tính biến thiên enthalpy của phản ứng và giải thích vì sao 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).
N2(g) + O2(g) 2NO(g)
Phương pháp giải:
= Eb(cđ) – Eb(sp)
Lời giải:
N2(g) + O2(g) 2NO(g)
=> Phản ứng trên có 1 liên kết NN, 1 liên kết O=O và 2 liên kết N=O
Ta có:
+ N2 có 1 liên kết NN với Eb = 945 kJ/mol
+ O2 có 1 liên kết O=O với Eb = 498 kJ/mol
+ NO có 1 liên kết N=O với Eb = 607 kJ/mol
Mà: = Eb(cđ) – Eb(sp)
=> = Eb(N2) + Eb(O2) – 2Eb(NO) = 945 + 498 – 2. 607 = 229 kJ/mol > 0
=> Phản ứng thu nhiệt
=> Để phản ứng xảy ra, cần cung cấp lượng nhiệt lớn 229 kJ/mol
=> Nitrogen chỉ phản ứng với oxygen khi ở nhiệt độ cao hoặc có tia lửa điện để tạo thành NO
Luyện tập trang 89 Hóa học 10: Xác định của phản ứng sau dựa vào giá trị Eb ở Bảng 14.1:
CH4(g) + Cl2(g) CH3Cl(g) + HCl(g)
Hãy cho biết phản ứng trên tỏa nhiệt hay thu nhiệt?
Phương pháp giải:
Bước 1: Xác định số lượng liên kết và loại liên kết của các chất trong phản ứng
Bước 2: Áp dụng công thức: = Eb(cđ) – Eb(sp)
=> Phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt
Lời giải:
CH4(g) + Cl2(g) CH3Cl(g) + HCl(g)
– Chất đầu:
+ CH4 có 4 liên kết C-H
+ Cl2 có 1 liên kết Cl-Cl
– Sản phẩm
+ CH3Cl có 3 liên kết C-H, 1 liên kết C-Cl
+ HCl có 1 liên kết H-Cl
Mà: = Eb(cđ) – Eb(sp)
=> = Eb(CH4) + Eb(Cl2) – Eb(CH3Cl)- Eb(HCl)
= 4 Eb(C-H) + Eb(Cl-Cl) – 3Eb(C-H) – Eb(C-Cl) – Eb(H-Cl)
= 4.413 + 243 – 3. 413 – 339 – 427 = -110 kJ/mol < 0
=> Phản ứng tỏa nhiệt
Giải hóa học 10 trang 90 Chân trời sáng tạo
Vận dụng trang 90 Hóa học 10: 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) 2H2O(g) (1)
C7H16(g) + 11O2(g) 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 tên lửa (biết trong C7H16 có 6 liên kết C-C và 16 liên kết C-H)
Phương pháp giải:
Bước 1: Xác định số lượng liên kết và loại liên kết của các chất trong phản ứng
Bước 2: Áp dụng công thức: = Eb(cđ) – Eb(sp)
Lời giải:
– Xét phản ứng: 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) (1)
= Eb(cđ) – Eb(sp)
=> (1) = 2Eb(H2) + Eb(O2) – 2Eb(H2O)
= 2.Eb(H-H) + Eb(O=O) – 2.2.Eb(O-H)
= 2.432 + 498 – 2.2.467 = -506 kJ/mol
– Xét phản ứng: C7H16(g) + 11O2(g) 7CO2(g) + 8H2O(g) (2)
= Eb(cđ) – Eb(sp)
=> (2) = Eb(C7H16) + 11.Eb(O2) – 7.Eb(CO2) – 8.Eb(H2O)
= 6.Eb(C-C) + 16. Eb(C-H) + 11.Eb(O=O) – 7.2.Eb(C=O) – 8.2.Eb(O-H)
= 6.347 + 16.432 + 11.498 –7.2.745 – 8.2.467 = -3432 kJ/mol
Ta có: (2) < (1)
=> Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn so với phản ứng (1)
=> C7H16 là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa
Luyện tập trang 90 Hóa học 10: Tính của hai phản ứng sau:
3O2(g) → 2O3(g) (1)
2O3(g) → 3O2(g) (2)
Liên hệ 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
Phương pháp giải:
Bước 1: Xác định số lượng liên kết và loại liên kết của các chất trong phản ứng
Bước 2: Áp dụng công thức: = Eb(cđ) – Eb(sp)
Lời giải:
– Xét phản ứng: 3O2(g) → 2O3(g) (1)
= Eb(cđ) – Eb(sp)
=> (1) = 3. Eb(O2) – 2.Eb(O3)
= 3.Eb(O=O) – 2.(Eb(O=O) + Eb(O-O))
= 3.498 –2.(498 + 204) = 90 kJ/mol > 0
– Xét phản ứng: 2O3(g) → 3O2(g) (2)
= Eb(cđ) – Eb(sp)
=> (2) = 2.Eb(O3) – 3. Eb(O2)
= 2.(Eb(O=O) + Eb(O-O)) – 3.Eb(O=O)
= 2.(498 + 204) – 3.498 = -90 kJ/mol < 0
=> Phản ứng (1) xảy ra cần phải cung cấp năng lượng là 90 kJ/mol. Phản ứng (2) xảy ra tỏa ra năng lượng là 90 kJ/mol
=> Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn
=> Liên kết O3 bền hơn O2
Giải hóa học 10 trang 91 Chân trời sáng tạo
2. Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào enthalpy tạo thành
Vận dụng trang 91 Hóa học 10: 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) → 6N2(g) + 12CO2(g) + 10H2O(g) + O2(g)
Hãy giải thích vì sao trinitroglycerin được ứng dụng làm thành phần thuốc súng không khói
Phương pháp giải:
Áp dụng công thức: = (sp) – (bđ)
Lời giải:
Chất |
C3H5O3(NO2)3(s) |
N2(g) |
CO2(g) |
H2O(g) |
O2(g) |
-370,15 |
0 |
-393,50 |
-241,82 |
0 |
= 6.(N2) + 12.(CO2) + 10.(H2O) + (O2) – 4.(C3H5O3(NO2)3)
= 6.0 + 12.(-393,50) + 10.(-241,82) + 1.0 – 4.(-370,15)
= -5659,60 kJ < 0
=> Phản ứng phân hủy trinitroglycerin tỏa ra lượng nhiệt rất lớn => Gây tính sát thương cao
=> Trinitroglycerin được ứng dụng làm thành phần của thuốc súng không khói
Câu hỏi 4 trang 91 Hóa học 10: Giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng có liên quan tới hệ số các chất trong phương trình nhiệt hóa học không? Giá trị enthalpy tạo thành thường được đo ở điều kiện nào?
Lời giải:
– Giá trị biến thiên enthalpy tỉ lệ với hệ số các chất trong phương trình
Ví dụ: 2NO2(g) → N2O4(g) có = -57,24 kJ
=> NO2(g) → ½ N2O4(g) có = -57,24 : 2 = -28,62 kJ
Luyện tập trang 91 Hóa học 10: Dựa vào giá trị enthalpy tạo thành ở Bảng 13.1, hãy tính giá trị của các phản ứng sau:
CS2(l) + 3O2(g) CO2(g) + 2SO2(g) (1)
4NH3(g) + 3O2 2N2(g) + 6H2O(g) (2)
Phương pháp giải:
Áp dụng công thức: = (sp) – (bđ)
Lời giải:
– Xét phản ứng: CS2(l) + 3O2(g) CO2(g) + 2SO2(g) (1)
Chất |
CS2(l) |
O2(g) |
CO2(g) |
SO2(g) |
+87,90 |
0 |
-393,50 |
-296,80 |
=(CO2) + 2.(SO2) – (CS2) – 3.(O2)
= (-393,50) + 2.(-296,80) – (+87,90) – 3.0
= -1075 kJ
– Xét phản ứng: 4NH3(g) + 3O2 2N2(g) + 6H2O(g) (2)
Chất |
NH3(g) |
O2(g) |
N2(g) |
H2O(g) |
-45,90 |
0 |
0 |
-241,82 |
= 2.(N2) + 6.(H2O) – 4.(NH3) – 3.(O2)
= 2.0 + 6.(-241,82) – 4.(-45,90) – 3.0
= -1267,32 kJ
Bài tập (trang 92,93)
Giải hóa học 10 trang 92 Chân trời sáng tạo
Bài 1 trang 92 Hóa học 10: Tính của các phản ứng sau dựa theo năng lượng liên kết (sử dụng số liệu từ Bảng 14.1):
a) N2H4(g) → N2(g) + 2H2(g)
b) 4HCl(g) + O2(g) 2Cl2(g) + 2H2O(g)
Phương pháp giải:
Bước 1: Xác định số lượng liên kết và loại liên kết của các chất trong phản ứng
Bước 2: Áp dụng công thức: = Eb(cđ) – Eb(sp)
Lời giải:
a) N2H4(g) → N2(g) + 2H2(g)
Công thức cấu tạo của N2H4:
= Eb(cđ) – Eb(sp)
=> = Eb(N2H4) – Eb(N2) – 2. Eb(H2)
= Eb(N-N) + 4.Eb(N-H) – Eb(NN) – 2.Eb(H-H)
b) 4HCl(g) + O2(g) 2Cl2(g) + 2H2O(g)
= Eb(cđ) – Eb(sp)
=> = 4.Eb(HCl) + Eb(O2) – 2.Eb(Cl2) – 2.Eb(H2O)
= 4.Eb(H-Cl) + Eb(O=O) – 2.Eb(Cl-Cl) – 2.2.Eb(O-H)
= 4.427 + 498 – 2.243 – 2.2.467 = -148 kJ
Bài 2 trang 92 Hóa học 10: 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 cháy hoàn toàn 1,0 g propane C3H8(g) với lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g benzenne C6H6(l).
Phương pháp giải:
C6H6(l) + 15/2 O2(g) 6CO2(g) + 3H2O(l)
Áp dụng công thức: = (sp) – (bđ)
Lời giải:
– Xét phản ứng: C6H6(l) + 15/2 O2(g) 6CO2(g) + 3H2O(l)
Chất |
C6H6(l) |
O2(g) |
CO2(g) |
H2O(l) |
+49,00 |
0 |
-393,50 |
-285,84 |
Khi đốt cháy 1 mol C6H6(l)
= 6.(CO2) + 3.(H2O) – (C6H6) – 15/2.(O2)
= 6.(-393,50) + 3.(-285,84) – (+49,00) – 15/2.0
= -3267,52 kJ
Ta có: 1,0 g benzene = 1/78 (mol)
=> Lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g benzene = -3267,52 . 1/78 = -41,89 kJ
– Xét phản ứng: C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(l)
Chất |
C3H8(g) |
O2(g) |
CO2(g) |
H2O(l) |
-105,00 |
0 |
-393,50 |
-285,84 |
Khi đốt cháy 1 mol C3H8(g)
= 3.(CO2) + 4.(H2O) – (C3H8) – 5.(O2)
= 3.(-393,50) + 4.(-285,84) – (-105,00) – 5.0
= -2218,86 kJ
Ta có: 1,0 g C3H8 = 1/44 (mol)
=> Lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g C3H8 = -2218,86 . 1/44 = -50,43 kJ
=> Lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy 1,0 g propane nhiều hơn khi đốt cháy 1,0 g benzene
Giải hóa học 10 trang 93 Chân trời sáng tạo
Bài 3 trang 93 Hóa học 10: Dựa vào enthalpy tạo thành ở Bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng nhiệt nhôm:
2Al(s) + Fe2O3(s) 2Fe(s) + Al2O3(s)
Từ kết quả tính được ở trên, hãy rút ra ý nghĩa của dấu và giá trị đối với phản ứng
Phương pháp giải:
Áp dụng công thức: = (sp) – (bđ)
Lời giải:
– Xét phản ứng: 2Al(s) + Fe2O3(s) 2Fe(s) + Al2O3(s)
Chất |
Fe(s) |
Al2O3(s) |
Al(s) |
Fe2O3(s) |
0 |
-1676,00 |
0 |
-825,50 |
= 2.(Fe) + 1.(Al2O3) – 2.(Al) – 1.(Fe2O3)
= 2.0 + 1.(-1676,00) – 2.0 – 1.(-825,50)
= -850,50 kJ < 0
Phản ứng nhiệt nhôm diễn ra sẽ sinh ra lượng nhiệt lớn là 850,50 kJ
Bài 4 trang 93 Hóa học 10: Cho phương trình nhiệt hóa học sau:
SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g) = -98,5 kJ
a) Tính lượng nhiệt giải phóng ra khi chuyển 74,6 g SO2 thành SO3
b) Giá trị của phản ứng: SO3(g) → SO2(g) + ½ O2(g) là bao nhiêu?
Phương pháp giải:
a)
Chuyển 1 mol SO2 thành SO3 sinh ra lượng nhiệt là 98,5 kJ
Chuyển x mol SO2 thành SO3 sinh ra lượng nhiệt là y kJ
b)
Áp dụng công thức: = (sp) – (bđ)
Lời giải:
a)
– Mol của 74,6 g SO2 = 74,6 : 64 = 373/320 (mol)
Chuyển 1 mol SO2 thành SO3 sinh ra lượng nhiệt là 98,5 kJ
Chuyển 373/320 mol SO2 thành SO3 sinh ra lượng nhiệt là y kJ
=> y = 98,5 x 373/320 = 114,81 kJ
=> Lượng nhiệt giải phóng ra khi chuyển 74,6 g SO2 thành SO3 là 114,81 kJ
b)
– Xét phản ứng: SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g)
= (sp) – (bđ)
= (SO3) – (SO2) – ½ . (O2) = -98,5 kJ
– Xét phương trình: SO3(g) → SO2(g) + ½ O2(g)
= (sp) – (bđ)
=(SO2) + ½ . (O2) – (SO3) = +98,5 kJ
Bài 5 trang 93 Hóa học 10: Khí hydrogen cháy trong không khí tạo thành nước theo phương trình hóa học sau:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) = -483,64 kJ
a) Nước hay hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn? Giải thích
b) Vẽ sơ đồ biến thiên năng lượng của phản ứng giữa hydrogen và oxygen
Phương pháp giải:
Áp dụng công thức: = (sp) – (bđ)
Lời giải:
a) Xét phản ứng: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)
= (sp) – (bđ)
= 2.(H2O) – (O2) – 2. (H2) = -483,64 kJ < 0
=> Hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn
b)
Bài 6 trang 93 Hóa học 10: Xét quá trình đốt cháy khí propane C3H8(g):
C3H8(g) + 5O2(g) 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
Phương pháp giải:
– Dựa vào nhiệt tạo thành: = (sp) – (bđ)
– Dựa vào năng lượng liên kết: = Eb(cđ) – Eb(sp)
Lời giải:
– Dựa vào nhiệt tạo thành: C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(g)
Chất |
C3H8(g) |
O2(g) |
CO2(g) |
H2O(l) |
-105,00 |
0 |
-393,50 |
-285,84 |
= (sp) – (bđ)
=> = 3.(CO2) + 4.(H2O) – (C3H8) – 5.(O2)
= 3.(-393,50) + 4.(-285,84) – (-105,00) – 5.0
= -2218,86 kJ
– Dựa vào năng lượng liên kết: C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(g)
= Eb(cđ) – Eb(sp)
=> = Eb(C3H8) + 5.Eb(O2) – 3.Eb(CO2) – 4.Eb(H2O)
= 2.Eb(C-C) + 8.Eb(C-H) + 5.Eb(O=O) – 3.2.Eb(C=O) – 4.2.Eb(O-H)
= 2.347 + 8.413 + 5.498 – 6.745 – 8.467 = -1718 kJ
Bài giảng Hóa học 10 Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học – Chân trời sáng tạo
Xem thêm các bài giải SGK Hóa học lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:
Bài 13: Enthalpy tạo thành và 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
Bài 17: Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA