Tính Biến Thiên Enthalpy Chuẩn của Phản Ứng: Hướng Dẫn Chi Tiết và Bài Tập Áp Dụng

Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng là một phần quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 10, giúp ta dự đoán và tính toán lượng nhiệt tỏa ra hoặc thu vào trong một phản ứng hóa học. Bài viết này sẽ cung cấp lý thuyết, phương pháp giải và các bài tập vận dụng để bạn nắm vững kiến thức này.

I. Cơ Sở Lý Thuyết và Phương Pháp Tính Biến Thiên Enthalpy Chuẩn

Giả sử ta có một phản ứng tổng quát:

aA + bB → mM + nN

Trong đó:

• a, b, m, n: là hệ số tỉ lượng của các chất trong phản ứng.
• A, B: là các chất phản ứng.
• M, N: là các sản phẩm.

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng (ký hiệu: Δ_rH^o₂₉₈) được tính theo công thức:

Δ_rH^o₂₉₈ = Σ(n_i Δ_fH^o₂₉₈(sản phẩm)) – Σ(n_i Δ_fH^o₂₉₈(chất phản ứng))

Trong đó:

• Δ_fH^o₂₉₈: là enthalpy tạo thành chuẩn của một chất ở 298K (25°C) và 1 bar.
• n_i: là số mol của chất i trong phản ứng.

Lưu ý quan trọng: Bảng giá trị enthalpy tạo thành chuẩn của một số chất.

Một số điểm cần lưu ý:

• Enthalpy tạo thành chuẩn của một đơn chất bền ở điều kiện chuẩn luôn bằng 0. Ví dụ: Δ_fH^o₂₉₈(O₂(g)) = 0, Δ_fH^o₂₉₈(Fe(s)) = 0.
• Phản ứng tỏa nhiệt: Δ_rH^o₂₉₈ < 0 (giá trị âm). Biến thiên enthalpy càng âm, phản ứng tỏa ra càng nhiều nhiệt.
• Phản ứng thu nhiệt: Δ_rH^o₂₉₈ > 0 (giá trị dương). Biến thiên enthalpy càng dương, phản ứng thu vào càng nhiều nhiệt.
• Các phản ứng tỏa nhiệt thường dễ xảy ra hơn các phản ứng thu nhiệt.
• Đơn vị thường dùng của enthalpy tạo thành chuẩn là kJ/mol.

II. Ví Dụ Minh Họa Cách Tính Biến Thiên Enthalpy Chuẩn

Ví dụ 1: Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng sau:

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)

Biết enthalpy tạo thành chuẩn của các chất như sau:

• Δ_fH^o₂₉₈(CH₄(g)) = -74.8 kJ/mol
• Δ_fH^o₂₉₈(CO₂(g)) = -393.5 kJ/mol
• Δ_fH^o₂₉₈(H₂O(l)) = -285.8 kJ/mol
• Δ_fH^o₂₉₈(O₂(g)) = 0 kJ/mol (đơn chất bền)

Giải:

Áp dụng công thức:

Δ_rH^o₂₉₈ = [Δ_fH^o₂₉₈(CO₂(g)) + 2 Δ_fH^o₂₉₈(H₂O(l))] – [Δ_fH^o₂₉₈(CH₄(g)) + 2 Δ_fH^o₂₉₈(O₂(g))]

Δ_rH^o₂₉₈ = [-393.5 + 2 (-285.8)] – [-74.8 + 2 0]

Δ_rH^o₂₉₈ = -890.3 + 74.8 = -815.5 kJ/mol

Vậy, biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy methane là -815.5 kJ/mol. Phản ứng này tỏa nhiệt.

Ví dụ 2: Cho phản ứng:

2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g)   ΔrH2980 = -198 kJ

Tính nhiệt tạo thành chuẩn của SO₃(g) biết Δ_fH^o₂₉₈(SO₂(g)) = -297 kJ/mol.

Giải:

Ta có:

Δ_rH^o₂₉₈ = 2 Δ_fH^o₂₉₈(SO₃(g)) – 2 Δ_fH^o₂₉₈(SO₂(g)) – Δ_fH^o₂₉₈(O₂(g))

-198 = 2 Δ_fH^o₂₉₈(SO₃(g)) – 2 (-297) – 0

2 Δ_fH^o₂₉₈(SO₃(g)) = -198 – 2 297 = -792

Δ_fH^o₂₉₈(SO₃(g)) = -792 / 2 = -396 kJ/mol

III. Bài Tập Vận Dụng Tính Biến Thiên Enthalpy Chuẩn

Câu 1: Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy hoàn toàn ethanol:

C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l)

Biết:

Chất	C2H5OH(l)	O2(g)	CO2(g)	H2O(l)
ΔfHo298(kJ/mol)	-277.7	0	-393.5	-285.8

A. -1366.7 kJ
B. 1366.7 kJ
C. -1234.5 kJ
D. 1234.5 kJ

Câu 2: Cho phản ứng:

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

Biết Δ_fH^o₂₉₈(NH₃(g)) = -46 kJ/mol. Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng trên.

A. -92 kJ
B. 92 kJ
C. -46 kJ
D. 46 kJ

Câu 3: Cho phản ứng:

2H2S(g) + 3O2(g) → 2SO2(g) + 2H2O(g)

Biết:

Chất	H2S(g)	O2(g)	SO2(g)	H2O(g)
ΔfHo298(kJ/mol)	-20.6	0	-296.8	-241.8

Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng trên.

A. -1031.2 kJ
B. 1031.2 kJ
C. -515.6 kJ
D. 515.6 kJ

Câu 4: Cho phản ứng:

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

Biết:

Chất	CaCO3(s)	CaO(s)	CO2(g)
ΔfHo298(kJ/mol)	-1207.6	-635.1	-393.5

Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng trên. Phản ứng này là tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

A. 179 kJ, thu nhiệt
B. -179 kJ, tỏa nhiệt
C. 2236.2 kJ, thu nhiệt
D. -2236.2 kJ, tỏa nhiệt

Câu 5: Cho phản ứng:

Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO2(g)

Biết:

Chất	Fe2O3(s)	CO(g)	Fe(s)	CO2(g)
ΔfHo298(kJ/mol)	-824.2	-110.5	0	-393.5

Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng trên.

A. -28.1 kJ
B. 28.1 kJ
C. -842.4 kJ
D. 842.4 kJ

Đáp án:

1. A
2. A
3. A
4. A
5. A

Hy vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về tính biến thiên enthalpy chuẩn và cách áp dụng nó vào giải bài tập. Chúc bạn học tốt!