SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT HESS VÀ CÁC HỆ QUẢ CỦA NÓ ĐỂ XÁC ĐỊNH HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ Lý thuyết phản ứng hóa học là một trong những nội dung thường gặp trong các kì thi chọn học sinh giỏi cũng như các kì thi Olympic. Việc sử dụng định luật Hess và các hệ quả của nó có thể giúp chúng ta giải quyết được rất nhiều các vấn đề mà bài tập về hiệu ứng nhiệt yêu cầu. Mặt khác, biên soạn nội dung bài tập về lí thuyết phản ứng hóa học có sử dụng định luật Hess và các hệ quả của nó cũng góp phần thúc đẩy học sinh phát triển tư duy, nâng cao hứng thú học tập bộ môn hóa học. Chính vì thế trong khuôn khổ bài viết lần này tôi trình bày nội dung “Sử dụng định luật Hess và các hệ quả của nó để xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng”. Mong nhận được ý kiến góp ý, trao đổi của quý thầy cô và các em học sinh. II. TÓM TẮT LÝ THUYẾT CƠ BẢN 1. Năng lượng liên kết và nhiệt phản ứng Mỗi phản ứng hóa học luôn kèm theo sự biến đổi năng lượng (tỏa ra hoặc hấp thụ) thể hiện dưới nhiều dạng: Quang năng (phát sáng), cơ năng (phản ứng nổ), điện năng (pin, acquy) và đặc biệt là nhiệt năng (tỏa hoặc thu nhiệt). Vậy: Hiệu ứng nhiệt của phản ứng hóa học là năng lượng tỏa ra hay hấp thụ vào trong phản ứng, kí hiệu ∆H (đọc là entanpi). Nếu ∆H < 0: Phản ứng tỏa nhiệt; ∆H > 0: Phản ứng thu nhiệt. Nếu có phản ứng tổng quát: A + B → C + D thì hiệu ứng nhiệt của phản ứng: ∆H =
∑E
lk(A + B)
− ∑ E lk(C+ D)
2. Nhiệt tạo thành, nhiệt phân hủy Nhiệt tạo thành ∆Hf của một hợp chất là lượng nhiệt tỏa ra hay hấp thụ trong phản ứng tạo thành 1 mol hợp chất đó từ các đơn chất tương ứng.
Nhiệt phân hủy ∆Hc (∆Hc = - ∆Hf) của một hợp chất là lượng nhiệt tỏa ra hay hấp thụ trong phản ứng phân hủy 1 mol hợp chất đó thành các đơn chất tương ứng. 3. Định luật Hess Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc trạng thái đầu của các chất phản ứng và trạng thái cuối của sản phẩm phản ứng, không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian, nghĩa là không phụ thuộc vào con đường đi từ trạng thái đầu tới trạng thái cuối. Các hệ quả của định luật Hess: + ∆H (thuận) = -∆H (nghịch). + ∆H (phản ứng) = ∑ ∆H − ∆H . taïo thaønh (sp) ∑ taïo thaønh (pö ) + ∆H (phản ứng) = ∑ ∆H − ∆H . chaùy (pö) ∑ chaùy (sp) + ∆H (phản ứng) = ∑ ∆H (các quá trình trung gian). + Nếu có phản ứng tổng quát: A + B → C + D thì hiệu ứng nhiệt của phản ứng: ∆H =
∑E
lk(A + B)
− ∑ E lk (C+ D)
Thực tế có nhiều phản ứng mà ta không thể xác định trực tiếp ∆H nhưng nhờ vào việc áp dụng định luật Hess cũng như các hệ quả của nó sẽ giúp chúng ta có thể giải quyết được vấn đề này cũng như xác định được nhiệt tạo thành của các hợp chất thông qua việc tổ hợp các phản ứng và sử dụng các giá trị nhiệt động đã biết.
III. NỘI DUNG Ví dụ 1: Tính ∆H của phản ứng đốt cháy metan: CH4 (k) + 2O2 (k) → CO2 (k) + 2H2O (k). Biết nhiệt tạo thành của các hợp chất như sau: C (gr) + 2H2 (k) (1) ∆H1 = -74,8 kJ → CH4 (k) C (gr) + O2 (k) → CO2 (k) (2) ∆H2 = -393 kJ
H2 (k) +
Lời giải:
1 O2 (k) → H2O (k) 2
(3)
∆H3 = -242 kJ
Viết lại phản ứng (1), giữ nguyên phản ứng (2), (3): CH4 (k) (1’) ∆H’1 = 74,8 kJ → C (gr) + 2H2 (k) (2) ∆H2 = -393 kJ C (gr) + O2 (k) → CO2 (k) H2 (k) +
1 O2 (k) → H2O (k) 2
(3)
Ta lấy: (1’) + (2) + 2 x (3) được: CH4 (k) + 2O2 (k) → CO2 (k) + 2H2O (k) ∆H = ∆H’1 + ∆H2 + 2∆H3
∆H3 = -242 kJ ∆H
= 74,8 + (-393) + 2 x (-242)
= -802,2 (kJ). Ví dụ 2: Tính nhiệt sinh chuẩn của As2O3 tinh thể biết rằng: As2O3 (r) + 3H2O (l) → 2H3 AsO3 (dd) ∆H1 = 31,59 kJ/mol AsCl3 (r) + + 3H2O (l) → 2H3 AsO3 (dd) + 3HCl (dd) As (r) +
3 Cl (k) → AsCl3 (r) 2 2
∆H2 = 73,55 kJ/mol ∆H3 = -298,70 kJ/mol
HCl (k) + aq → HCl (dd)
∆H4 = -72,43 kJ/mol
1 1 H + Cl → HCl (k) 2 2(k) 2 2(k)
∆H5 = -93,05 kJ/mol
H
2(k)
1 + O →H O 2 (l) 2 2(k)
∆H6 = -285,77 kJ/mol
Lời giải: Yêu cầu của đề bài chính là tìm nhiệt tạo thành của phản ứng sau: 2As +
3 O2 → As2O3 2
∆H7 = ?
Theo đề: 2H3 AsO3 (dd) → As2O3 (r) + 3H2O (l)
-∆H1
AsCl3 (r) + + 3H2O (l) → 2H3 AsO3 (dd) + 3HCl (dd)
∆H2
As (r) +
3 Cl (k) → AsCl3 (r) 2 2
∆H3
HCl (dd) → HCl (k) + aq HCl H
(k)
2(k)
→
-∆H4
1 1 H + Cl 2 2(k) 2 2(k)
-∆H5
1 + O →H O 2 (l) 2 2(k)
∆H6
Tổ hợp các phản ứng từ đề bài ta có: ∆H7 = -∆H1 + 2∆H2 + 2∆H3 - 6∆H4 - 6∆H5 + 3∆H6 = -31,59 + 2 x 73,55 – 2 x 298,70 + 6 x 72,43 + 6 x 93,05 - 3 x 285,77 = -346,32 (kJ/mol).
Ví dụ 3: Tìm nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của Ca3(PO4)2 tinh thể. Biết: - 12 gam Ca cháy tỏa 45,57 kcal. - 6,2 gam P cháy tỏa 37,00 kcal. - 168 gam CaO tác dụng với 142 gam P2O5 tỏa 160,50 kcal. (Hiệu ứng nhiệt đo trong điều kiện đẳng áp).
Lời giải: Phương trình xảy ra khi đốt cháy Ca: Ca (r) +
1 O2 (k) → CaO (r) 2
∆H1 = ?
Đốt cháy 12 gam Ca → -45,57 kcal (Dấu “–” vì phản ứng tỏa nhiệt) ⇒ Đốt cháy 40 gam Ca → ∆H1 =
40 x (−45,57) = −151,9(kcal). 12
Phương trình xảy ra khi đốt cháy P: 2P (r) +
5 O2 (k) → P2O5 (r) 2
∆H2 = ?
Đốt cháy 6,2 gam P → -37,00 kJ (Dấu “–” vì phản ứng tỏa nhiệt) ⇒ Đốt cháy 62 gam P → ∆H2 =
Theo đề ta có phản ứng:
62 x (−37,00) = −370(kcal). 6,2
3CaO (r) + P2O5 (r) → Ca3(PO4)2 (r)
∆H3 = -160,50 (kcal)
Phản ứng tạo ra Ca3(PO4)2 tinh thể được viết lại như sau: 3Ca (r) + 2P (r) + 4O2 (k) → Ca3(PO4)2 (r)
∆H = ?
Dễ thấy ∆H = 3∆H1 + ∆H2 + ∆H3 = 3 x (-151,9) + (-370,00) + (-160,50) = -986,2 (kcal).
Ví dụ 4: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng: Na+(k) + Cl-(k) → NaCl (r). Cho biết nhiệt thăng hoa của Na: +20,64 kcal/mol, năng lượng liên kết của Cl-Cl: +58 kcal/mol, ái lực electron của Cl: -83,17 kcal/mol, năng lượng ion hóa của Na: +119,98 kcal/mol và nhiệt tạo thành của NaCl là -98,23 kcal/mol.
Lời giải: Từ đề bài: Na (r) → Na (k)
∆H1 = +20,64 kcal/mol
+ Na (k) → Na (k) + 1e
∆H2 = +119,98 kcal/mol
1 Cl2 (k) → Cl (k) 2 Cl (k) + 1e → Cl (k)
Na (r) +
1 Cl2 (k) → NaCl (r) 2
Na+(k) + Cl-(k) → NaCl (r)
∆H3 = +
58 = +29 kcal/mol 2
∆H4 = -83,17 kcal/mol ∆H5 = -98,23 kcal/mol ∆H0 = ?
Sử dụng hệ quả của định luật Hess ta có: ∆H5 ⇒ ∆H0
= ∆H0 + ∆H1 + ∆H2 + ∆H3 + ∆H4 = ∆H5 –(∆H1 + ∆H2 + ∆H3 + ∆H4) = -98,23 – (20,64 + 119,98 + 29 – 83,17)
= -184,68 (kcal/mol). Ví dụ 5: Tính sự biến thiên entanpi chuẩn ở 250C của phản ứng sau: CO(NH2)2 (r) + H2O (l) → CO2 (k) + 2NH3 (k).
Biết rằng trong cùng điều kiện có sự biến thiên entanpi của các phản ứng sau: CO (k) + H2O (h) → CO2 (k) + H2 (k)
∆H 10 = -41,13 kJ
CO (k) + Cl2 (k) → COCl2 (k)
∆H 02 = -112,50 kJ
COCl2 (k) + 2NH3 (k) → CO(NH2)2 (r) + 2HCl (k) ∆H 30 = -201,00 kJ ∆H 0298, s (HCl (k)) = -92,30 kJ/mol và nhiệt hóa hơi của nước trong cùng điều kiện là ∆H 04 = +44,01 kJ/mol.
Lời giải: Đặt ∆H 0298 là biến thiên entanpi chuẩn ở 250C của phản ứng: CO(NH2)2 (r) + H2O (l) → CO2 (k) + 2NH3 (k) Từ đề bài: CO (k) + H2O (h) → CO2 (k) + H2 (k)
∆H 10
COCl2 (k) → CO (k) + Cl2 (k)
-∆H 02
CO(NH2)2 (r) + 2HCl (k) → COCl2 (k) + 2NH3 (k)
-∆H 30
H2O (l) → H2O (h)
∆H 04
1 1 H2 (k) + Cl2 (k) → HCl (k) 2 2
∆H 0298, s (HCl (k))
Tổ hợp các phản ứng đề bài đã cho ta có: ∆H 0298
= ∆H 10 - ∆H 02 - ∆H 30 + ∆H 04 + 2∆H 0298, s (HCl (k)) = -41,13 + 112,50 + 201 + 44,01 -2 x 92,30
= 131,78 (kJ). Ví dụ 6: Hiệu ứng nhiệt của quá trình cho 10-2 kg Na (r) phản ứng với nước lấy rất dư là 79910J. Hiệu ứng nhiệt của quá trình cho 2.10-2 kg Na2O (r) phản ứng với nước lấy rất dư là 76755J. Tính nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của Na2O biết thiêu nhiệt của H2 là -285,84.103 J/mol.
Lời giải:
Nhận xét: Ta cần tính nhiệt tạo thành của Na2O qua phản ứng sau: 2Na (r) +
1 O2 (k) → Na2O (r) 2
∆H tt0 = ?
Theo đề bài: Na (r) + H2O (l) → NaOH (dd) + Với ∆H 10 = −
1 H2 (k) 2
∆H 10
79910.23 = −183,793 (kJ/mol). 10 ∆H 02
Na2O (r) + H2O (l) → 2NaOH (dd) Với ∆H 02 = − H2 (k) +
76755.62 = −237,9405 (kJ/mol). 20
1 O2 (k) → H2O (l) 2
∆H 30 = -285,84 (kJ/mol)
Tổ hợp các phản ứng ta được: ∆H tt0
= 2∆H 10 - ∆H 02 + ∆H 30 = 2 x (-183,793) + 237,9405 - 285,84 = -415,4855 (kJ/mol).
Ví dụ 7: Tính năng lượng liên kết trung bình C-H và C-C (ở 298K; 1 atm) biết: - Nhiệt đốt cháy CH4:
∆H1 = -801,7 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy C2H6:
∆H2 = -1412,7 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy H2:
∆H3 = -241,5 kJ/mol
- Nhiệt đốt cháy than chì:
∆H4 = -393,4 kJ/mol
- Năng lượng liên kết H-H:
∆H5 = 431,5 kJ/mol
- Nhiệt hóa hơi than chì:
∆H6 = 715,0 kJ/mol
Lời giải: Từ đề bài ta có: CH4 (k) + 2O2 (k) → CO2 (k) + 2H2O (h)
∆H1 = -801,7 kJ/mol
1 H2O (h) → H2 (k) + O2 (k) 2
-∆H3 = 241,5 kJ/mol
CO2 (k) → C (r) + O2 (k)
-∆H4 = 393,4 kJ/mol
H2 (k) → 2H
∆H5 = 431,5 kJ/mol
C (r) → C (h)
∆H6 = 715,0 kJ/mol
Ta cần tìm: CH4 (k) → C (h) + 4H (k)
∆H = 4EC-H
Tổ hợp các phương trình đã có ta được: ∆H = 4EC-H = ∆H1 - 2∆H3 - ∆H4 + 2∆H5 + ∆H6
= -801,7 + 2 x 241,5 + 393,4 + 2 x 431,5 + 715 = 1652,7 (kJ/mol) ⇒ EC-H
=
1652,7 = 413,175 (kJ/mol). 4
Tương tự ta có: C2H6 (k) +
7 O2 (k) → 2CO2 (k) + 3H2O (h) 2
∆H2 = -1412,7 kJ/mol
1 H2O (h) → H2 (k) + O2 (k) 2
-∆H3 = 241,5 kJ/mol
CO2 (k) → C (r) + O2 (k)
-∆H4 = 393,4 kJ/mol
H2 (k) → 2H
∆H5 = 431,5 kJ/mol
C (r) → C (h)
∆H6 = 715,0 kJ/mol
Ta cần tìm: C2H6 (k) → 2C (h) + 6H (k)
∆H’ = 6EC-H + EC-C
Tổ hợp các phương trình đã có ta được: ∆H’
= 6EC-H + EC-C = ∆H2 - 3∆H3 - 2∆H4 + 3∆H5 + 2∆H6 = -1412,7 + 3 x 241,5 + 2 x 393,4 + 3 x 431,5 + 2 x 715 = 2823,1 (kJ/mol)
⇒ EC-C = 2823,1 – 6 x 413,175 = 344,05 (kJ/mol).
Ví dụ 8: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng sau (các chất đều ở pha khí):
CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3
t0, xt
+ 3H2 benzen
n-hexan Cho năng lượng liên kết: Trong n-hexan
: C-H: 412,6 kJ/mol
C-C: 331,5 kJ/mol
Trong benzen
: C-H: 420,9 kJ/mol
C-C: 486,6 kJ/mol
Trong H2
: H-H: 430,5 kJ/mol
Lời giải: Áp dụng hệ quả của định luật Hess: “Hiệu ứng nhiệt của phản ứng bằng tổng năng lượng liên kết của các chất tham gia phản ứng trừ tổng năng lượng liên kết của các chất tạo thành”. Ta có:
∆H
= [(14 x 412,6) + (5 x 331,5)] – [(6 x 486,6) + (6 x 420,9) + (3 x
= 697,4 kJ.
430,5)]
Nhận xét: ∆H > 0 (phản ứng thu nhiệt) hoàn toàn phù hợp với thực tiễn, để chuyển hóa n-hexan (bền) sang benzen (kém bền hơn) ta cần phải cung cấp năng lượng.
Ví dụ 9: Cho các số liệu nhiệt động của một số phản ứng sau ở 298K STT phản ứng
Phản ứng
∆H 0298 (kJ)
(1)
2NH3 + 3N2O → 4N2 + 3H2O
-1011
(2)
N2O + 3H2 → N2H4 + H2O
-317
(3)
2NH3 +
(4)
H2 +
1 O2 → N2H4 + H2O 2
1 O2 → H2 O 2
Cho: S0298 (N2H4) = 240 J/K.mol; S0298 (H2O) = 66,6 J/K.mol
S0298 (N2) = 191 J/K.mol; S0298 (O2) = 205 J/K.mol
-143 -286
a) Tính nhiệt tạo thành ∆H 0298 của N2H4; N2O và NH3. b) Viết phương trình phản ứng cháy của hiđrazin và tính ∆H 0298 ; ∆G 0298 và hằng số cân bằng của phản ứng này.
Lời giải:
a) Yêu cầu của đề bài chính là tìm nhiệt tạo thành của các phản ứng sau: STT phản ứng
∆H 0298 (kJ)
Phản ứng
(5)
N2 + 2H2 → N2H4
∆H 0298 (5) = ?
(6)
N2 +
1 O2 → N2O 2
∆H 0298 (6) = ?
(7)
1 3 N2 + H2 → NH3 2 2
∆H 0298 (7) = ?
Nhận xét: Tổ hợp các phản ứng từ đề bài ta có: 0
• 4 ∆H 298 (5) 0
⇒ ∆H 298 (5) 0 • ∆H 298 (6) 0
⇒ ∆H 298 (5) 0
• 2 ∆H 298 (7) 0
⇒ ∆H 298 (7)
0 0 0 0 = - ∆H 298 (1) + 3 ∆H 298 (2) + ∆H 298 (3) - ∆H 298 (4)
=
1011− 3.317 − 143 + 286 = 50,75 (kJ/mol). 4
0 0 0 = - ∆H 298 (2) + ∆H 298 (4) + ∆H 298 (5)
= 317 – 286 + 50,75 = 81,75 (kJ/mol). 0 0 0 = - ∆H 298 (3) + ∆H 298 (4) + ∆H 298 (5)
=
143 − 286 + 143 = 46,125 (kJ/mol). 2
b) Phản ứng cháy của hiđrazin: N2H4 + O2 → N2 + 2H2O Sử dụng hệ quả của định luật Hess ta có: ∆H 0298 = 2 x (-286) – 50,75 = -622,75 (kJ/mol). ∆S0298 = 191 + 2 x 66,6 – (205 + 240) = -120,8 (J/K.mol).
∆G 0298 = ∆H 0298 - T ∆S0298 = -622,75 – (-120,8.10-3 x 298) = -586,7516
(kJ/mol). 0 Vì ∆G 298 = -RTlnKP ⇒ lnKP = −
⇒ K = 10
3 ∆G 0 298 = − −586,7516.10 = 236,825 RT 8,314 x 298
102,83
.
Ví dụ 10: Cho các phương trình nhiệt hóa học sau đây: (1) 2ClO2 (k) + O3 (k) → Cl2O7 (k)
∆H 10 = -75,7 kJ
(2) O3 (k) → O2 (k) + O (k)
∆H 02 = 106,7 kJ
(3) 2ClO3 (k) + O (k) → Cl2O7 (k)
∆H 30 = -278 kJ
(4) O2 (k) → 2O (k)
∆H 30 = 498,3 kJ
Hãy xác định nhiệt của phản ứng sau: (5) ClO2 (k) + O (k) → ClO3 (k)
∆H 50 = ?
Lời giải: Ta kết hợp cho phương trình (1) và (3) 1 1 (1’) ClO2 (k) + O3 (k) → Cl2O7 (k) 2 2 (3’)
1 1 Cl2O7 (k) → ClO3 (k) + O (k) 2 2
∆H10 ∆H = = -37,85 kJ 2 ' 1
∆H 3' = −
∆H30 = 139 kJ 2
Cộng (1’) và (3’) ta được: (6) ClO2 (k) +
1 1 O3 (k) → ClO3 (k) + O (k) ∆H 06 = ∆H 1' + ∆H 3' = 101,15 kJ 2 2
Từ (2): (2’)
1 1 1 O2 (k) + O (k) → O3 (k) 2 2 2
∆H '2 = −
∆H02 = 53,35 kJ 2
Kết hợp (2’) và (6) ta được: (7) ClO2 (k) +
1 O2 (k) → ClO3 (k) 2
∆H 07 = ∆H 06 + ∆H '2 = 47,8 kJ
Từ (4): (4’) O (k) →
1 O2 (k) 2
∆H '4 = −
∆H04 = -249,15 kJ 2
Lấy (4’) cộng với (7) ta được phương trình (5): (5) ClO2 (k) + O (k) → ClO3 (k)
∆H 50 = 47,8 - 249,15 = -201,35 kJ.
Ví dụ 11: Tính nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của FeCl2 (r) biết: (1) Fe (r) + 2HCl (dd) → FeCl2 (dd) + H2 (k)
∆H1 = -21,00 kcal
(2) FeCl2 (r) + aq → FeCl2 (dd)
∆H2 = -19,50 kcal
(3) HCl (k) + aq → HCl (dd)
∆H3 = -17,50 kcal
(4) H2 (k) + Cl2 (k) → 2HCl (k)
∆H4 = -44,48 kcal
(Kí hiệu aq chỉ 1 lượng nước đủ lớn)
Lời giải: Ta cần tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng sau: (5) Fe (r) + Cl2 (k) → FeCl2 (r)
∆H = ?
Từ đề bài ta giữ nguyên phương trình (1), (3), (4) và viết lại phương trình (2): (2’) FeCl2 (dd) → FeCl2 (r) + aq
∆H’2 = -∆H2 = 19,50 kcal
Tổ hợp các phương trình đã có ta được: (5) = (1) + (2’) + 2 x (3) + (4) ⇒ ∆H
= ∆H1 + ∆H’2 + 2∆H3 + ∆H4 = -21,00 + 19,50 - 2 x 17,50 - 44,48
= -80,98 kcal. Ví dụ 12: Cho các dữ kiện sau: (1) C2H4 (k) + H2 (k) → C2H6 (k) (2) C2H6 (k) +
7 O2 (k) → 2CO2 (k) + 3H2O (l) 2
(3) C (r) + O2 (k) → CO2 (k)
∆H1 = -136,951 kJ/mol ∆H2 = -1559,837 kJ/mol ∆H3 = -393,514 kJ/mol
(4) H2 (k) +
1 O2 (k) → H2O (l) 2
∆H4 = -285,838 kJ/mol
Hãy xác định: a) Nhiệt tạo thành của etilen. b) Nhiệt đốt cháy của etilen.
Lời giải: a) Ta cần tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng sau: (5) 2C (r) + 2H2 (k) → C2H4 (k)
∆H = ?
Giữ nguyên phản ứng (3), (4) và viết lại phản ứng (1), (2) ta có: (1’) C2H6 (k) → C2H4 (k) + H2 (k) (2’) 2CO2 (k) + 3H2O (l) → C2H6 (k) +
∆H’1 = +136,951 kJ/mol 7 O2 (k) 2
∆H’2 = +1559,837 kJ/mol
Phương trình (5) = 2 x (3) + 3 x (4) + (1’) + (2’) ⇒ ∆H
= 2∆H3 + 3∆H4 + ∆H’1 + ∆H’2 = 2 x (-393,514) – 3 x 285,838 + 136,951 + 1559,837
= 52,246 kJ/mol. b) Phương trình đốt cháy C2H4: (6) C2H4 (k) + 3O2 → 2CO2 (k) + 2H2O (l)
∆H’ = ?
Giữ nguyên phản ứng (1), (2) và viết lại phản ứng (4) ta có: (4’) H2O (l) → H2 (k) +
1 O2 (k) 2
Phương trình (6) = (1) + (2) + (4’) ⇒ ∆H
= ∆H1 + ∆H2 + ∆H’4 = -136,951 – 1559,837 + 285,838
= -1410,95 kJ/mol. IV. BÀI TẬP VẬN DỤNG
∆H’4 = +285,838 kJ/mol
Bài 1. Tính nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của CH4
(k)
(∆H 0298,f CH4) biết rằng
entanpi nguyên tử hóa C (gr) là ∆H 0a = 718,4 kJ/mol; năng lượng phân li liên kết H-H trong H2 và C-H trong CH4 lần lượt là 436,0 và 410,0 kJ/mol.
Đáp số: -49,6 kJ/mol. Bài 2. Cho phản ứng: 4HCl (k) + O2 (k) → 2H2O (l) + 2Cl2 (k) a) Tính entanpi chuẩn của phản ứng ở 250C biết rằng entanpi chuẩn tạo thành của HCl (k) và H2O (l) ở 250C lần lượt là -92,3 và -285,8 kJ/mol. b) Nếu nước tạo thành ở thể khí thì ∆H 0298 của phản ứng là bao nhiêu? Biết rằng ∆H 0 bay hơi của H2O (l) ở 250C là 44,0 kJ/mol.
Đáp số: a) -202,4 kJ; b) -114,4 kJ. Bài 3. Ở 250C và áp suất 1,0 atm entanpi tạo thành axetonitryl (CH3CN) khí là 88,0 kJ/mol. Tính năng lượng tạo thành liên kết C≡N trong phân tử CH3CN dựa vào các số liệu sau: + Năng lượng tạo thành các liên kết (kJ/mol): C-H: -413; C-C: -348. + Entanpi chuẩn nguyên tử hóa ở 250C của C (gr) là 718,4 kJ/mol. + Entanpi chuẩn tạo thành ở 250C (kJ/mol): H (k): 218; N (k): 473,0.
Đáp số: -889,0 kJ/mol. Bài 4. Tính ∆H 0298,f của các anion halogenua X- (k) dựa vào các số liệu: + ∆H 0298,f của Br2 (k) và I2 (k) lần lượt là 31,0 và 62,0 kJ/mol. + Năng lượng phân li liên kết D (kJ/mol) của các phân tử X2 (k) và năng lượng gắn kết electron Ae (kJ/mol) của các nguyên tử X ở 298K và 1,0 atm như sau Flo
Clo
Brom
Iot
DX-X
155,0
240,0
190,0
149,0
Ae
-328,0
-349,0
-325,0
-295,0
Đáp số:
∆H 0298,f (F-, k) = -250,5 kJ/mol.
∆H 0298,f (Cl-, k) = -229,0 kJ/mol. ∆H 0298,f (Br-, k) = -214,5 kJ/mol. ∆H 0298,f (I-, k) = -189,5 kJ/mol.
Bài 5. Cho biết năng lượng liên kết H-H, O-O, O=O, H-O lần lượt là 436; 142; 499 và 460 (kJ/mol). Viết phương trình và tình hiệu ứng nhiệt của phản
ứng giữa khí hiđro và khí oxi tạo ra hiđropeoxit. Đáp số: -127 kJ/mol. Bài 6. Tính năng lượng mạng tinh thể ion của muối BaCl2 từ các dữ kiện: + Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của BaCl2 tinh thể: -205,6 kcal/mol. + Năng lượng liên kết Cl2: +57 kcal/mol. + Nhiệt thăng hóa Ba: +46 kcal/mol. + Năng lượng ion hóa thứ nhất của Ba: +119,8 kcal/mol. + Năng lượng ion hóa thứ hai của Ba: +230,0 kcal/mol.
Đáp số: -484,4 kcal/mol. Bài 7. Tính nhiệt hình thành tiêu chuẩn (nhiệt sinh chuẩn) của khí CO từ các dữ kiện thực nghiệm sau: C (r) + O2 (k) → CO2 (k)
∆H 0298 = -94,05 kcal
2CO (k) + O2 (k) → 2CO2 (k)
∆H 0298 = -135,28 kcal
Kết quả này có phù hợp với công thức cấu tạo của CO là C=O không? Giải thích. Biết rằng nhiệt thăng hoa của C
(gr)
là 170 kcal/mol; năng lượng liên kết
O=O trong O2 là 118 kcal/mol; năng lượng liên kết C=O trong CO2 là 168 kcal/mol.
Đáp số:
-26,41 kcal/mol (thực nghiệm). +61 kcal/mol (Theo năng lượng liên kết).
Không phù hợp (vì có sự sai khác rất lớn giữa thực tế và lý thuyết cấu tạo). Bài 8. Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của CH4 (k) và C2H6 (k) lần lượt là -17,89 và 20,24 kcal/mol. Tính nhiệt tạo thành tiêu chuẩn của C4H10 (k). Cho biết nhiệt thăng hoa của than chì và năng lượng liên kết EH-H lần lượt là 170 kcal/mol và 103,26 kcal/mol.
Đáp số: -24,96 kcal/mol.