Bài 17. Biến thiên enthalpy trong các phản ứng hoá học

Mục tiêu bài học

• Phân biệt được phản ứng toả nhiệt và phản ứng thu nhiệt; nêu được ví dụ thực tế.
• Nêu được khái niệm biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng, enthalpy tạo thành chuẩn và điều kiện chuẩn.
• Viết và đọc được phương trình nhiệt hoá học; vẽ được sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy.
• Tính được biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng từ enthalpy tạo thành hoặc từ năng lượng liên kết.

Khái niệm chính

Phản ứng toả nhiệt

Phản ứng giải phóng năng lượng dạng nhiệt ra môi trường, có $\Delta_r H < 0$.

Phản ứng thu nhiệt

Phản ứng nhận năng lượng dạng nhiệt từ môi trường, có $\Delta_r H > 0$.

Điều kiện chuẩn

Áp suất 1 bar (khí), nồng độ 1 mol/L (dung dịch), nhiệt độ thường chọn 25 °C (298 K).

Biến thiên enthalpy chuẩn ($\Delta_r H^\circ_{298}$)

Nhiệt toả ra hay thu vào của phản ứng theo đúng số mol trong phương trình, ở điều kiện chuẩn.

Enthalpy tạo thành chuẩn ($\Delta_f H^\circ_{298}$)

Biến thiên enthalpy khi tạo 1 mol chất từ các đơn chất bền nhất ở điều kiện chuẩn; của đơn chất bền bằng 0.

Phương trình nhiệt hoá học

Phương trình hoá học có ghi trạng thái các chất và giá trị $\Delta_r H$.

Công thức

• $\Delta_r H^\circ_{298} = \sum \Delta_f H^\circ_{298}(\text{sp}) - \sum \Delta_f H^\circ_{298}(\text{cđ})$

  Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng từ enthalpy tạo thành chuẩn của sản phẩm và chất đầu (nhân theo hệ số).

  • $\Delta_r H^\circ_{298}$Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng(kJ)
  • $\Delta_f H^\circ_{298}(\text{sp})$Enthalpy tạo thành chuẩn của sản phẩm(kJ/mol)
  • $\Delta_f H^\circ_{298}(\text{cđ})$Enthalpy tạo thành chuẩn của chất đầu(kJ/mol)

• $\Delta_r H^\circ_{298} = \sum E_b(\text{cđ}) - \sum E_b(\text{sp})$

  Ước tính biến thiên enthalpy của phản ứng giữa các chất khí từ năng lượng liên kết.

  • $\Delta_r H^\circ_{298}$Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng(kJ)
  • $E_b(\text{cđ})$Năng lượng liên kết trong chất đầu(kJ/mol)
  • $E_b(\text{sp})$Năng lượng liên kết trong sản phẩm(kJ/mol)

Thí nghiệm

• Theo dõi nhiệt độ của phản ứng trung hoà

  Học sinh thực hành

  Mục đích: Nhận biết phản ứng trung hoà acid – base là phản ứng toả nhiệt.

  Đo nhiệt độ 50 mL HCl rồi thêm 50 mL NaOH cùng nồng độ và khuấy: nhiệt độ dung dịch tăng lên vài độ, chứng tỏ phản ứng toả nhiệt.

  Dụng cụ: Dung dịch HCl 0,5 M, Dung dịch NaOH 0,5 M, Cốc 150 mL, Nhiệt kế và giá treo, Que khuấy, 2 ống đong 100 mL

• Vôi sống tác dụng với nước

  Mô phỏng / video

  Mục đích: Quan sát thêm một phản ứng toả nhiệt mạnh trong đời sống.

  CaO phản ứng với nước tạo Ca(OH)₂, hỗn hợp nóng lên rõ rệt.

  Dụng cụ: Vôi sống (CaO), Nước, Nhiệt kế, Cốc thuỷ tinh

  Làm thí nghiệm ảo

• Nhiệt phân sodium hydrogen carbonate

  Mô phỏng / video

  Mục đích: Minh hoạ phản ứng thu nhiệt chỉ xảy ra khi được cung cấp nhiệt liên tục.

  Khi đun, NaHCO₃ phân huỷ giải phóng CO₂ làm vẩn đục nước vôi trong; ngừng đun thì phản ứng dừng.

  Dụng cụ: NaHCO₃ rắn, Ống nghiệm chịu nhiệt, Đèn cồn, Nước vôi trong

  Làm thí nghiệm ảo