Nắm vững Công Thức Tính Năng Lượng Liên Kết Hóa Học là chìa khóa để giải quyết nhiều bài tập hóa học lớp 10 liên quan đến biến thiên enthalpy của phản ứng. Bài viết này sẽ cung cấp kiến thức chi tiết, dễ hiểu về chủ đề này, kèm theo các ví dụ minh họa và bài tập tự luyện đa dạng.
I. Cơ Sở Lý Thuyết Về Năng Lượng Liên Kết và Biến Thiên Enthalpy
Khi các chất tham gia phản ứng ở trạng thái khí, biến thiên enthalpy của phản ứng (ΔrH) có thể được tính toán dựa trên năng lượng liên kết (Eb) của các chất đó. Năng lượng liên kết là năng lượng cần thiết để phá vỡ một mol liên kết hóa học ở trạng thái khí, tạo thành các nguyên tử ở trạng thái khí.
Công thức tính biến thiên enthalpy theo năng lượng liên kết:
Xét phản ứng tổng quát:
aA(g) + bB(g) → mM(g) + nN(g)
Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (ΔrH2980) được tính như sau:
ΔrH2980=∑Eb(chất phản ứng)−∑Eb(chất sản phẩm)
ΔrH2980=[a×Eb(A)+b×Eb(B)]−[m×Eb(M)+n×Eb(N)]
Trong đó:
- Eb(A), Eb(B), Eb(M), Eb(N) lần lượt là tổng năng lượng liên kết của tất cả các liên kết trong các phân tử A, B, M, N.
- a, b, m, n là hệ số tỉ lượng của các chất trong phương trình phản ứng.
Lưu ý quan trọng:
- Công thức trên chỉ áp dụng khi các chất tham gia phản ứng và sản phẩm ở thể khí.
- Phải tính tổng năng lượng liên kết của tất cả các liên kết trong mỗi phân tử.
- Giá trị năng lượng liên kết thường được cho dưới dạng kJ/mol.
Bảng năng lượng liên kết của một số liên kết hóa học thường gặp. Các giá trị này được sử dụng để tính toán biến thiên enthalpy của phản ứng.
II. Ví Dụ Minh Họa Cách Tính Năng Lượng Liên Kết
Ví dụ 1: Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng sau:
CH4 (g) + Cl2 (g) → CH3Cl (g) + HCl (g)
Biết năng lượng liên kết (kJ/mol) như sau:
| Liên kết | C – H | Cl – Cl | C – Cl | H – Cl |
|—|—|—|—|
| Eb (kJ/mol) | 414 | 243 | 339 | 431 |
Giải:
ΔrH2980 = [Eb(CH4) + Eb(Cl2)] – [Eb(CH3Cl) + Eb(HCl)]
= [4 × Eb(C-H) + Eb(Cl-Cl)] – [3 × Eb(C-H) + Eb(C-Cl) + Eb(H-Cl)]
= [4 × 414 + 243] – [3 × 414 + 339 + 431]
= 1899 – 1912 = -113 kJ/mol
Vậy biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng là -113 kJ/mol.
Ví dụ 2: Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng tổng hợp ammonia:
3H2 (g) + N2 (g) → 2NH3 (g)
Biết năng lượng liên kết (kJ/mol) như sau:
| Liên kết | H – H | N ≡ N | N – H |
|—|—|—|
| Eb (kJ/mol) | 432 | 945 | 391 |
Giải:
ΔrH2980 = [3 × Eb(H2) + Eb(N2)] – [2 × Eb(NH3)]
= [3 × Eb(H-H) + Eb(N≡N)] – [2 × 3 × Eb(N-H)]
= [3 × 432 + 945] – [6 × 391]
= 2241 – 2346 = -105 kJ/mol
Vậy biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng là -105 kJ/mol.
III. Bài Tập Tự Luyện Về Tính Năng Lượng Liên Kết Hóa Học
Câu 1: Cho phản ứng:
H2 (g) + Cl2 (g) → 2HCl (g)
Biết: Eb (H – H) = 436 kJ/mol, Eb (Cl – Cl) = 243 kJ/mol, Eb (H – Cl) = 432 kJ/mol. Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng.
Câu 2: Cho phản ứng:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)
Biết: Eb(H-H) = 432 kJ/mol; Eb(O=O) = 498 kJ/mol; Eb(O-H) = 467 kJ/mol. Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng.
Câu 3: Cho phản ứng:
C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g)
Cho giá trị năng lượng liên kết: Eb(C=C) = 610 kJ/mol, Eb(C-C) = 345 kJ/mol, Eb(C-H) = 415 kJ/mol, Eb(H-H) = 435 kJ/mol. Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng.
Câu 4: Cho phản ứng:
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)
Biết: Eb(C-H) = 414 kJ/mol, Eb(O=O) = 498 kJ/mol, Eb(C=O) = 799 kJ/mol, Eb(O-H) = 463 kJ/mol. Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng.
Câu 5: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng sau ở điều kiện chuẩn:
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)
Biết năng lượng liên kết (kJ/mol): N≡N = 946, H-H = 436, N-H = 391.
IV. Tổng Kết
Việc nắm vững công thức và phương pháp tính năng lượng liên kết hóa học giúp học sinh dễ dàng giải quyết các bài tập liên quan đến nhiệt hóa học, đặc biệt là trong chương trình Hóa học lớp 10. Luyện tập thường xuyên với các dạng bài tập khác nhau sẽ giúp củng cố kiến thức và nâng cao kỹ năng giải bài tập. Chúc các bạn học tốt!
