Bài 16.23 trang 75, 76 SBT Hóa 11 - Chân trời sáng tạo: Khi đốt cháy 1 mol mỗi alcohol trên, alcohol nào tạo ra năng lượng lớn nhất?...

HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM

Dụng cụ và hoá chất: bình tam giác 250 mL (số lượng: 4), nhiệt kế, ống đong 100 mL, đèn cồn (số lượng: 4), cân, ethanol, propan-1-ol, propan-2-ol, butan-1-ol, nước cất (hoặc nước sạch).

Tiến hành:

Bước 1: Đong 100 mL (tương đương 100 gam) nước cất, cho vào bình tam giác. Đo nhiệt độ (t) của nước.

Bước 2: Rót 20 mL mỗi alcohol cho riêng biệt vào 4 đèn cồn. Cân khối lượng mỗi đèn (m₁).

Bước 3: Dùng đèn cồn để đun nước trong bình. Quan sát nhiệt kế, khi nhiệt độ của nước lên đến 40°C thì ngừng đun, tắt đèn cồn. Cân lại khối lượng của đèn cồn (m₂).

Câu hỏi thảo luận:

a) Khi đốt cháy 1 mol mỗi alcohol trên, alcohol nào tạo ra năng lượng lớn nhất?

b) So sánh năng lượng tạo ra khi đốt cháy hoàn toàn cùng một khối lượng propan-1-ol và propan-2-ol.

c) Xét trường hợp của ethanol, so sánh với năng lượng tính toán lý thuyết

\[{{\rm{C}}_{\rm{2}}}{{\rm{H}}_{\rm{5}}}{\rm{OH(l) + 3}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{(g) }} \to {\rm{ 2C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}{\rm{(g) + 3}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O(g); }}{\Delta _{\rm{r}}}{\rm{H}}_{298}^0{\rm{ = - 1 234}}{\rm{,83 kJ}}\]

Cho biết nhiệt lượng nước nhận được = khối lượng nước × nhiệt dung riêng của nước × biển thiên nhiệt độ (nhiệt dung riêng của nước là 4,18 J/g × C), nên:

Nhiệt lượng nước nhận được: Q = 100×4,18×(40 − t) (J).

Có phải tất cả nhiệt lượng do quá trình đốt cháy alcohol đều làm tăng nhiệt độ của nước không?

Phương pháp giải :

a) Cùng điều kiện tiến hành thí nghiệm, cùng khối lượng nước, cùng sự biến thiên nhiệt độ từ t đến 40 °C (bỏ qua sai số về khối lượng giữa các bấc đèn khi cháy). Alcohol nào có khối lượng (m) nhỏ hơn thì toả ra nhiệt lượng lớn hơn.

b) So sánh giá trị m_al2 và m_al3.

Nếu m_al2 < m_al3 thì năng lượng tạo ra khi đốt cháy hoàn toàn propan-1-ol lớn hơn propan-2-ol và ngược lại.

c) Enthalpy của quá trình đốt cháy ethanol nhỏ hơn so sánh với năng lượng tính toán lý thuyết vì khi đốt cháy alcohol, nhiệt lượng toả ra sẽ hao phí, một phần truyền vào môi trường, truyền cho bình tam giác,...

Lời giải chi tiết:

a) Tính khối lượng mỗi alcohol phản ứng: m_alcohol = m₂ - m₁ lần lượt được các giá trị m_al1, m_al2, m_al3, m_al4.

Cùng điều kiện tiến hành thí nghiệm, cùng khối lượng nước, cùng sự biến thiên nhiệt độ từ t đến 40 °C (bỏ qua sai số về khối lượng giữa các bấc đèn khi cháy). Alcohol nào có khối lượng (m) nhỏ hơn thì toả ra nhiệt lượng lớn hơn.

b) So sánh giá trị m_al2 và m_al3.

c) Xét trường hợp của ethanol, nhiệt lượng nước nhận được từ m_al1 (gam) ethanol:

Q = 100×4,18×(40 − t) (đơn vị: J)

Số mol ethanol phản ứng: \[{{\rm{n}}_{{\rm{ethanol}}}} = {\rm{ }}\frac{{{{\rm{m}}_{{\rm{al1}}}}}}{{46}}\]

Nhiệt lượng nước nhận được từ 1 mol ethanol là: \[{{\rm{Q}}_{{\rm{ethanol}}}} = \frac{{\rm{Q}}}{{{{\rm{n}}_{{\rm{ethanol}}}}}}\].

Enthalpy của quá trình đốt cháy ethanol là: \[\Delta {\rm{H }} = - {{\rm{Q}}_{{\rm{ethanol}}}}\]

(Giá trị này sẽ thấp hơn so với giá trị lý thuyết).

Tất cả nhiệt lượng do quá trình đốt cháy alcohol không chỉ để dùng làm tăng nhiệt độ của nướcvì khi đốt cháy alcohol, nhiệt lượng toả ra sẽ hao phí, một phần truyền vào môi trường, truyền cho bình tam giác,...