Bài 14. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học trang 88, 89, 90, 91, 92, 93 Hóa 10 Chân trời sáng tạo...

Câu hỏi mở đầu trang 88

Lời giải chi tiết :

Biến thiên enthalpy của phản ứng được tính toán dựa trên giá trị năng lượng liên kết hoặc dựa vào enthalpy tạo thành

Câu hỏi 1 trang 88

Hướng dẫn giải :

Quan sát Hình 14.1 và rút ra nhận xét

Lời giải chi tiết :

- 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

Câu hỏi 2 trang 89

Hướng dẫn giải :

- Viết công thức cấu tạo của các chất

=> Xác định được các loại liên kết

Lời giải chi tiết :

- 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

Phương pháp giải :

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

Lời giải chi tiết :

N₂(g) + O₂(g) \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 2NO(g)

=> Phản ứng trên có 1 liên kết N\( \equiv \)N, 1 liên kết O=O và 2 liên kết N=O

Ta có:

   + N₂ có 1 liên kết N\( \equiv \)N với E_b = 945 kJ/mol

   + O₂ có 1 liên kết O=O với E_b = 498 kJ/mol

   + NO có 1 liên kết N=O với E_b = 607 kJ/mol

Mà: \({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

=> \({\Delta _r}H_{298}^o\) = E_b(N₂) + E_b(O₂) – 2E_b(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

Câu hỏi luyện tập trang 89

Hướng dẫn 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: \({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

=> Phản ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt

Lời giải chi tiết :

CH₄(g) + Cl₂(g) \(\xrightarrow{{askt}}\) 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: \({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

=> \({\Delta _r}H_{298}^o\) = E_b(CH₄) + E_b(Cl₂) – E_b(CH₃Cl)- E_b(HCl)

= 4 E_b(C-H) + E_b(Cl-Cl) – 3E_b(C-H) - E_b(C-Cl) - E_b(H-Cl)

= 4.413 + 243 – 3. 413 – 339 - 427 = -110 kJ/mol < 0

=> Phản ứng tỏa nhiệt

Câu hỏi vận dụng trang 90 

Hướng dẫn 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: \({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

Lời giải chi tiết :

- Xét phản ứng: 2H₂(g) + O₂(g) \(\xrightarrow{{{t^o}}}\)2H₂O(g) (1)

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

=> \({\Delta _r}H_{298}^o\)(1) = 2E_b(H₂) + E_b(O₂) – 2E_b(H₂O)

= 2.E_b(H-H) + E_b(O=O) – 2.2.E_b(O-H)

= 2.432 + 498 – 2.2.467 = -506 kJ/mol

- Xét phản ứng: C₇H₁₆(g) + 11O₂(g) \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 7CO₂(g) + 8H₂O(g) (2)

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

=> \({\Delta _r}H_{298}^o\)(2) = E_b(C₇H₁₆) + 11.E_b(O₂) – 7.E_b(CO₂) – 8.E_b(H₂O)

= 6.E_b(C-C) + 16. E_b(C-H) + 11.E_b(O=O) – 7.2.E_b(C=O)  – 8.2.E_b(O-H)

= 6.347 + 16.432 + 11.498 –7.2.745 - 8.2.467 = -3432 kJ/mol

Ta có: \({\Delta _r}H_{298}^o\)(2) < \({\Delta _r}H_{298}^o\)(1)

=> Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn so với phản ứng (1)

=> C₇H₁₆ là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa

Câu hỏi luyện tập trang 90

Hướng dẫn 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: \({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

Lời giải chi tiết :

- Xét phản ứng: 3O₂(g) → 2O₃(g)  (1)

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

=> \({\Delta _r}H_{298}^o\)(1) = 3. E_b(O₂) – 2.E_b(O₃)

=  3.E_b(O=O) – 2.(E_b(O=O) + E_b(O-O))

= 3.498 –2.(498 + 204) = 90 kJ/mol > 0

- Xét phản ứng: 2O₃(g)  → 3O₂(g)  (2)

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

=> \({\Delta _r}H_{298}^o\)(2) = 2.E_b(O₃) - 3. E_b(O₂)

=  2.(E_b(O=O) + E_b(O-O)) - 3.E_b(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

Câu hỏi vận dụng trang 91

Hướng dẫn giải :

Áp dụng công thức: \({\Delta _r}H_{298}^o\)= \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(sp) - \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(bđ)

Lời giải chi tiết :

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = 6.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(N₂) + 12.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(CO₂) + 10.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(H₂O) + \({\Delta _f}H_{298}^o\)(O₂) - 4.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(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

Lời giải chi tiết :

- Giá trị biến thiên enthalpy tỉ lệ với hệ số các chất trong phương trình

Ví dụ: 2NO₂(g) → N₂O₄(g) có \({\Delta _r}H_{298}^o\) = -57,24 kJ

=> NO₂(g) → ½ N₂O₄(g) có \({\Delta _r}H_{298}^o\) = -57,24 : 2 = -28,62 kJ

Câu hỏi luyện tập trang 91

Hướng dẫn giải :

Áp dụng công thức: \({\Delta _r}H_{298}^o\)= \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(sp) - \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(bđ)

Lời giải chi tiết :

- Xét phản ứng: CS₂(l) + 3O₂(g) \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) CO₂(g) + 2SO₂(g)  (1)

\({\Delta _r}H_{298}^o\) =\({\Delta _f}H_{298}^o\)(CO₂) + 2.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(SO₂) - \({\Delta _f}H_{298}^o\)(CS₂) - 3.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(O₂)

= (-393,50) + 2.(-296,80) – (+87,90) - 3.0

= -1075 kJ

- Xét phản ứng: 4NH₃(g) + 3O₂ \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 2N₂(g) + 6H₂O(g) (2)

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = 2.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(N₂) + 6.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(H₂O) – 4.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(NH₃) - 3.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(O₂)

= 2.0 + 6.(-241,82) – 4.(-45,90) – 3.0

= -1267,32 kJ

Giải Bài tập 1,2,3,4,5 trang 93 hóa 10 chân trời sáng tạo - Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Hướng dẫn 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: \({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

Lời giải chi tiết :

a) N₂H₄(g) → N₂(g) + 2H₂(g)

Công thức cấu tạo của N₂H₄:

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

=> \({\Delta _r}H_{298}^o\) = E_b(N₂H₄) – E_b(N₂) – 2. E_b(H₂)

=  E_b(N-N) + 4.E_b(N-H) – E_b(N\( \equiv \)N) - 2.E_b(H-H)

=

b) 4HCl(g) + O₂(g) \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 2Cl₂(g) + 2H₂O(g)

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

=> \({\Delta _r}H_{298}^o\) = 4.E_b(HCl) + E_b(O₂) – 2.E_b(Cl₂) – 2.E_b(H₂O)

=  4.E_b(H-Cl) + E_b(O=O) – 2.E_b(Cl-Cl) - 2.2.E_b(O-H)

= 4.427 + 498 – 2.243 – 2.2.467 = -148 kJ

Hướng dẫn giải :

C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 6CO₂(g) + 3H₂O(l)

Áp dụng công thức: \({\Delta _r}H_{298}^o\)= \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(sp) - \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(bđ)

Lời giải chi tiết :

- Xét phản ứng: C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 6CO₂(g) + 3H₂O(l)

Khi đốt cháy 1 mol C₆H₆(l)

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = 6.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(CO₂) + 3.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(H₂O) - \({\Delta _f}H_{298}^o\)(C₆H₆) – 15/2.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(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) \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 3CO₂(g) + 4H₂O(l)

Khi đốt cháy 1 mol C₃H₈(g)

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = 3.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(CO₂) + 4.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(H₂O) - \({\Delta _f}H_{298}^o\)(C₃H₈) – 5.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(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

Hướng dẫn giải :

Áp dụng công thức: \({\Delta _r}H_{298}^o\)= \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(sp) - \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(bđ)

Lời giải chi tiết :

- Xét phản ứng: 2Al(s) + Fe₂O₃(s) \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 2Fe(s) + Al₂O₃(s)          \(\)

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = 2.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(Fe) + 1.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(Al₂O₃) – 2.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(Al) - 1.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(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

Hướng dẫn 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: \({\Delta _r}H_{298}^o\)= \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(sp) - \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(bđ)

Lời giải chi tiết :

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) \(\xrightarrow{{{t^o},{V_2}{O_5}}}\) SO₃(g)

\({\Delta _r}H_{298}^o\)= \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(sp) - \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(bđ)

= \({\Delta _f}H_{298}^o\)(SO₃) - \({\Delta _f}H_{298}^o\)(SO₂) – ½ . \({\Delta _f}H_{298}^o\)(O₂) = -98,5 kJ

- Xét phương trình: SO₃(g)  → SO₂(g) + ½ O₂(g)

\({\Delta _r}H_{298}^o\)= \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(sp) - \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(bđ)

=\({\Delta _f}H_{298}^o\)(SO₂) + ½ . \({\Delta _f}H_{298}^o\)(O₂) - \({\Delta _f}H_{298}^o\)(SO₃) = +98,5 kJ

Hướng dẫn giải :

Áp dụng công thức: \({\Delta _r}H_{298}^o\)= \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(sp) - \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(bđ)

Lời giải chi tiết :

a) Xét phản ứng: 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g)

\({\Delta _r}H_{298}^o\)= \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(sp) - \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(bđ)

= 2.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(H₂O) - \({\Delta _f}H_{298}^o\)(O₂) – 2. \({\Delta _f}H_{298}^o\)(H₂) = -483,64  kJ < 0

=> Hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn

b)

Hướng dẫn giải :

- Dựa vào nhiệt tạo thành: \({\Delta _r}H_{298}^o\)= \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(sp) - \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(bđ)

- Dựa vào năng lượng liên kết: \({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

Lời giải chi tiết :

- Dựa vào nhiệt tạo thành: C₃H₈(g) + 5O₂(g) \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 3CO₂(g) + 4H₂O(g)

\({\Delta _r}H_{298}^o\)= \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(sp) - \(\Sigma \)\({\Delta _f}H_{298}^o\)(bđ)

=> \({\Delta _r}H_{298}^o\) = 3.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(CO₂) + 4.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(H₂O) - \({\Delta _f}H_{298}^o\)(C₃H₈) – 5.\({\Delta _f}H_{298}^o\)(O₂)

= 3.(-393,50) + 4.(-285,84) – (-105,00) – 5.0

= -2218,86 kJ

- Dựa vào năng lượng liên kết: C₃H₈(g) + 5O₂(g) \(\xrightarrow{{{t^o}}}\) 3CO₂(g) + 4H₂O(g)

\({\Delta _r}H_{298}^o\) = \(\Sigma \)E_b(cđ) - \(\Sigma \)E_b(sp)

=> \({\Delta _r}H_{298}^o\) = E_b(C₃H₈) + 5.E_b(O₂) – 3.E_b(CO₂) – 4.E_b(H₂O)

=  2.E_b(C-C) + 8.E_b(C-H) + 5.E_b(O=O) – 3.2.E_b(C=O) – 4.2.E_b(O-H)

= 2.347 + 8.413 + 5.498 – 6.745 – 8.467 = -1718 kJ