Phân dạng bài tập tính biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học

Phân dạng bài tập tính biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học

PHẦN I: NỘI DUNG

1. Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết.

– Phản ứng hóa học xảy ra khi có sự phá vỡ các liên kết hóa học của chất đầu và hình thành các liên kết hóa học của sản phẩm.

– Sự phá vỡ các liên kết cần cung cấp năng lượng, sự hình thành các liên kết giải phóng năng lượng.

Ví dụ 1: Khi H₂ phản ứng với O₂ tạo thành H₂O (ở thể khí) liên kết H-H và O=O bị đứt ra, liên kết O-H được hình thành.

– 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.

Ở điều kiện chuẩn: ∆_rH⁰₂₉₈ = ∑E_b (cđ) – ∑E_b (sp)

Cho phản ứng tổng quát ở điều kiện chuẩn:

aA(g) + bB(g)  mM(g) + nN(g)

Tính ∆_rH⁰₂₉₈ của phản ứng khi biết các giá trị năng lượng liên kết (E_b) theo công thức:

 = a×E_b (A) + b×E_b (B) – m×E_b (M) – n×E_b (N) (1)

– Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết được áp dụng cho phản ứng trong đó các chất đều có liên kết cộng hoá trị ở thể khí khi biết giá trị năng lượng liên kết của tất cả các chất trong phản ứng.

Bảng. Năng lượng liên kết của một số liên kết cộng hóa trị

Liên kết	Eb (kJ/ mol)	Liên kết	Eb (kJ/ mol)
H – H	432	C – Cl	339
H – Cl	427	C – O	358
H – F	565	C = O	745
H – N	391	N – O	201
H – C	413	N = O	607
H – O	467	N ≡ O	631
O – O	204	N = N	418
O = O	498	N ≡ N	945
C – C	347	F – F	159
C = C	614	Cl – Cl	243
C ≡ C	839	Br – Br	193

Ví dụ 2: Xác định số lượng mỗi loại liên kết trong các phân tử sau: CH₄, CH₃Cl, NH₃, CO₂.

Ví dụ 3: Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng

H₂(g) + Cl₂(g) 2HCl(g)

Hướng dẫn giải

Bước 1: Tính năng lượng cần thiết để phá vỡ 1 mol H – H và 1 mol Cl – Cl

Tổng năng lượng thu vào để phá vỡ các liên kết: E_{b (H – H)} + E_{b (Cl – Cl)} = 432 + 243 = 675 kJ

Bước 2: Tính năng lượng toả ra khi hình thành 2 mol H – Cl

Tổng năng lượng toả ra để hình thành liên kết: 2 × E_{b (H – Cl)} = 2 × 427 = 854 kJ

Bước 3: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo công thức (1) ∆_rH⁰₂₉₈ = 675 – 854 = –179 kJ. Do ∆_rH⁰₂₉₈ < 0 nên phản ứng toả nhiệt.

Ví dụ 4: Xác định biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng.

C₂H₄(g) + H₂(g)  C₂H₆(g)

biết                  E_{b (H—H)} = 436 kJ/mol                                  E_{b (C—H)} = 418 kJ/mol

                        E_{b (C—C)} = 346 kJ/mol                                  E_{b (C=C)} = 612 kJ/mol.

Hướng dẫn giải

Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng là:

                        ∆_rH⁰₂₉₈ = E_{b (C=C)} + 4E_{b (C—H)} + E_{b (H—H)} – E_{b (C—C)} – 6E_{b (C—H)}

                                   = 612 + 4.418 + 436 – 346 – 6.418 = -134 kJ

Ví dụ 5: Tính biến thiên enthanpy của phản ứng tạo thành ammonia (sử dụng năng lượng liên kết). Cho biết phản ứng thu nhiệt hay toả nhiệt và vẽ sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng.

3H₂(g) + N₂(g)  2NH₃(g)

Hướng dẫn giải

     ∆_rH⁰₂₉₈ = 3×E_b(H₂) + E_b(N₂) – 2×E_b(NH₃)

                 = 3×E_{b (H – H)} + E_{b (N ≡ N)} – 2×3×E_{b (N – H)}

                          = 3×432 + 945 – 2×3×391 = –105 kJ.

     Do ∆_rH⁰₂₉₈  < 0 nên phản ứng toả nhiệt.

Hình. Sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy

2. Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào enthalpy tạo thành.

& Biến thiên enthalpy của phản ứng đuơc xác định bằng hiệu số giữa tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm (sp) và tổng nhiêt tạo thành của các chất đầu (cđ).

Ở điều kiện chuẩn: ∆_rH⁰₂₉₈ = ∑∆_fH⁰₂₉₈ (sp) – ∑∆_fH⁰₂₉₈ (cđ)

Trong tính toán cần lưu ý đến hệ số của các chất trong phương trình hoá học.

Cho phương trình hoá học tổng quát: aA + bB ® mM + nN

Có thể tính được biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hoá học (∆_rH⁰₂₉₈) khi biết các giá trị ∆_rH⁰₂₉₈ của tất cả các chất đầu và sản phẩm theo công thức sau:

∆_rH⁰₂₉₈ = m×∆_fH⁰₂₉₈ (M) + n×∆_fH⁰₂₉₈ (N) – a×∆_fH⁰₂₉₈ (A) – b×∆_fH⁰₂₉₈ (B) (2)

Ví dụ 1: Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng sau ở điều kiện chuẩn:

biết nhiệt tạo thành ∆_rH⁰₂₉₈ của SO₂(g) là -296,8 kJ/ mol, của SO₃(l) là -441,0 kJ/mol.

Hướng dẫn giải

Ví dụ 2: Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng sau ở điều kiện chuẩn:

4FeS₂(s) + 110₂(g)  2Fe₂O₃(s) + 8SO₂(g)

biết nhiệt tạo thành ∆_rH⁰₂₉₈ của các chất FeS₂(s), Fe₂O₃(s) và SO₂(g) lần lượt là -177,9 kJ/mol, -825,5 kJ/mol và -296,8 kJ/mol.

Hướng dẫn giải

Tổng nhiệt tạo thành các chất đầu là:

Tổng nhiệt tạo thành các chất sản phẩm là:

Vậy, biến thiên enthalpy của phản ứng:

= (sp) – (cđ) =  – 4025,4 – (-711,6)= -3313,8(kJ)

Ví dụ 3: Cho enthalpy tạo thành chuẩn của các chất tương ứng trong phương trình.

Chất	N2O4 (g)	NO2 (g)
∆rH0298 (kJ/mol)	9,16	33,20

Tính biến thiên enthalpy của phản ứng sau:

2NO (g)  N₂O₄(g)

Hướng dẫn giải

Theo công thức (2), ta có:

            ∆_rH⁰₂₉₈ =  ∆_fH⁰₂₉₈ (N₂O₄) – 2×∆_fH⁰₂₉₈ (NO₂)

                         = 9,16 – 2 × 33,20

                         = –57,24 kJ

Do ∆_rH⁰₂₉₈ < 0 nên phản ứng toả nhiệt.

Ví dụ 4: Cho nhiệt tạo thành chuẩn của các chất tương ứng trong phương trình.

Chất	N2O4 (g)	CO (g)	N2O (g)	CO2 (g)
∆rH0298 (kJ/mol)	9,16	-110,50	82,05	-393,50

Tính biến thiên enthalpy của phản ứng sau:

            N₂O (g) + 3CO(g) ® N₂O(g) + 3CO₂(g)

Hướng dẫn giải

Theo công thức (2), ta có:

            ∆_rH⁰₂₉₈ = ∆_fH⁰₂₉₈ (N₂O) + 3×∆_fH⁰₂₉₈ (CO₂) – ∆_fH⁰₂₉₈ (N₂O₄) – 3×∆_fH⁰₂₉₈ (CO)

                        = 82,05 + 3×(–393,50) – 9,16 – 3×(–110,50)

                        = –776,11 kJ

Do  ∆_rH⁰₂₉₈ < 0 nên phản ứng toả nhiệt.

PHẦN II: BÀI TẬP

1. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1. Đốt cháy hoàn toàn 1 gam C₂H₂ ở điều kiện chuẩn, thu được CO₂ và H₂O, giải phóng 50,01 kJ. Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy 1 mol C₂H₂.

A. -1300,26 kJ                B.  -130,26 kJ                 C.  -1310,26 kJ         D.  -1309,26 kJ   

Câu 2. Giá trị ∆_r  của phản ứng sau là bao nhiêu kilôJun?

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

A. – 445,18 kJ                 B. – 441,58 kJ                 C. – 454,18 kJ           D. – 445,08 kJ

Câu 3. Ở điều kiện chuẩn, cần phải đốt cháy hoàn toàn bao nhiêu gam CH₄(g) để cung cấp nhiệt cho phản ứng tạo 0,5 mol CaO bằng cách nung CaCO₃. Giả thiết hiệu suất các quá trình đều là 100%.

A. 1,5 gam                       B. 1,6 gam                       C. 6,1 gam                 D. 5,1 gam

Câu 4. Nhiệt tỏa ra hình hình thành 1 mol Na₂O(s) ở điều kiện chuẩn từ phản ứng giữa Na(s) và O₃(g) có được coi là nhiệt tạo thành chuẩn của Na₂O(s) không? Giả sử Na tác dụng được với O₃ thu được Na₂O.

A. Không                                                                   B. Có                         

C. Chưa kết luận được.                                            D. Một kết quả khác

Câu 5: Cho biết phản ứng tạo thành 2 mol HCl(g) ở điều kiện chuẩn sau đây tỏa ra 184,6kJ: H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g) (*)

Số phát biểu đúng:

• Nhiệt tạo thành của HCl là -184,6 kJ mol^-1.
• Biến thiên enthalpy của phản ứng (*) là -184,6 kJ.
• Nhiệt tạo thành của HCl là -92,3 kJ mol-1.
• Biến thiên enthalpy phản ứng (*) là -92,3 kJ.

A. 1                                   B. 2                                   C. 3                             D. 4

Câu 6: Giá trị ∆_r  của phản ứng sau là bao nhiêu kilôJun?

H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)

A. -179 kJ                        B. +179 kJ                       C. -197 kJ                  D. +197 kJ

Câu 7: Đó là phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt? Vì sao?

A. Thu nhiệt vì ∆_r  > 0.

B. Tỏa nhiệt vì ∆_r  > 0.

C. Thu nhiệt vì ∆_r  < 0.                                   

D. Tỏa nhiệt vì ∆_r  < 0.

Câu 8: Khi biết các giá trị ∆_f  của tất cả các chất đầu và sản phẩm thì có thể tính được biến thiên enthalpy của một phản ứng hóa học ∆_r  theo công thức nào?

A. ∆_r  = m x ∆_f  (M) + n x ∆_f (N) – a x ∆_f  (A) – b x ∆_f  (B)

B. ∆_r  = a x ∆_f  (A) + n x ∆_f (N) – m x ∆_f  (M) – b x ∆_f  (B)

C. ∆_r  = m x ∆_f  (M) + b x ∆_f (B) – a x ∆_f  (A) – n x ∆_f  (N)

D. ∆_r  = a x ∆_f  (A) + b x ∆_f (B) – m x ∆_f  (M) – n x ∆_f  (N)

Câu 9: Muốn tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết phải viết được dữ liệu nào?

A. Công thức cấu tạo của tất cả các chất trong phản ứng để xác định số lượng liên kết. 

B. Công thức cấu tạo của tất cả các chất trong phản ứng để xác định số loại liên kết.

C. A và B.

D. Một kết quả khác.

Câu 10: Cho dữ liệu sau:

(NH₂)₂CO (dd) + H₂O (lỏng) → CO₂ (dd) + 2NH₃ (dd)   

∆_rH^o_f của (NH₂)₂CO = -76,3 kcal/mol

∆_rH^o_f của H₂O = -68,3 kcal/mol

∆_rH^o_f của CO₂ = -98,7 kcal/mol

∆_rH^o_f của NH₃ = -19,3 kcal/mol

Tính ∆_rH^o_f  của phản ứng?

A. -7,3 kcal/mol                                                       B.  +7,3 kcal/mol

C. +7,6 kcal/mol                                                      D. +37 kcal/mol

Câu 11: Những quá trình nào sau đây là tỏa nhiệt:

A. Cranking alkane, hô hấp, quang hợp.                  

B. Phản ứng nhiệt nhôm, phản ứng oxi hóa, băng tan.

C. Phản ứng oxi hóa, phản ứng trung hoà, phản ứng nhiệt nhôm.

D. Nước lỏng bay hơi, phản ứng oxi hóa, phản ứng nhiệt nhôm.

Câu 12: Cho dữ liệu sau:

• Phản ứng nhiệt nhôm là phản ứng tỏa nhiệt.
• Quang hợp là phản ứng tỏa nhiệt.
• Hô hấp là phản ứng thu nhiệt.
•  Phản ứng trung hòa là phản ứng tỏa nhiệt.

A. 1                                  B. 4                                   C. 3                             D. 2

Câu 13: Cho dữ liệu sau:

2ZnS (rắn) + 3O₂ (khí) → 2ZnO (rắn) + 2SO₂ (khí)   

∆_rH^o_f của ZnS = -205,6 kJ

∆_rH^o_f của ZnO = -348,3 kJ

∆_rH^o_f của SO₂ = -296,8 kJ

Tính ∆_rH^o_f  của phản ứng?

A. -879,0 kJ                    B. +879,0 kJ                    C.-257,0  kJ              D. +257,0 kJ

Câu 14: Cho dữ liệu sau:

Fe₃O₄ (rắn) + CO (khí) → 3FeO (rắn) + CO₂ (khí)   

∆_rH^o_f của Fe₃O₄ = -1118 kJ

∆_rH^o_f của CO = -110,5 kJ

∆_rH^o_f của FeO = -272 kJ

∆_rH^o_f của CO₂ = -393,5 kJ

Tính ∆_rH^o_f  của phản ứng?

A. -263 kJ                        B. +54 kJ                         C. +19 kJ                   D. -50 kJ

Câu 15: Cho dữ liệu sau:

C₆H₁₂O₆ (rắn) + 6O₂ (khí) → 6CO₂ (khí) + 6H₂O (khí)   

∆H^o_f của C₆H₁₂O₆ = -1273,3 kJ

∆H^o_f của H₂O = -241,8 kJ/mol

∆H^o_f của CO₂ = -393,5 kJ

Tính ∆_rH^o_f  của phản ứng?

A. -5382,3 kJ                                                            B. -3824,8 kJ

C. -2538,5 kJ x                                                         D. Một kết quả khác.

O2 Education gửi các thầy cô link download tài liệu bản đầy đủ

Xem thêm

Câu hỏi trắc nghiệm biến thiên enthalpy trong các phản ứng hóa học