Ý nghĩa và cách tính biến thiên enthalpy phản ứng hóa học SVIP

I. Ý NGHĨA VỀ DẤU VÀ GIÁ TRỊ CỦA BIẾN THIÊN ENTHALPY PHẢN ỨNG

- Phản ứng toả nhiệt (\(\mathrm{\Delta}_{r}H_{298}^{o}<0\)): Giá trị biến thiên enthalpy càng âm thì lượng nhiệt toả ra càng lớn.

- Phản ứng thu nhiệt (\(\mathrm{\Delta}_{r}H_{298}^{o}>0\)): Giá trị biến thiên enthalpy càng dương thì lượng nhiệt thu vào càng lớn.

- Phản ứng toả nhiệt thường cần khơi mào rồi tự xảy ra. Một số phản ứng không cần khơi mào.

- Phản ứng thu nhiệt thường cần cung cấp năng lượng. Một số phản ứng lấy nhiệt từ môi trường làm môi trường lạnh đi.

- Các phản ứng toả nhiệt thường diễn ra thuận lợi hơn các phản ứng thu nhiệt.

Ví dụ: Phản ứng đốt cháy than tỏa ra lượng nhiệt ít hơn so với phản ứng đốt cháy cồn.

\(C\left(s\right)+O_2\left(g\right)\rarr CO_2\left(g\right)\) \(\mathrm{\Delta}_{r}H_{298}^{{^\circ}}=-393,5\) \(kJ\)

\(C_2H_5OH\left(l\right)+3O_2\left(g\right)\overset{t^{o}}{\rarr}2CO_2\left(g\right)+3H_2O\left(l\right)\) \(\mathrm{\Delta}_{r}H_{298}^{{^\circ}}=-1370\) \(kJ\)

II. CÁCH TÍNH BIẾN THIÊN ENTHALPY PHẢN ỨNG

1. Tính biến thiên enthalpy phản ứng theo enthalpy tạo thành

Xét phản ứng:

\(aA+bB\rarr mM+nN\)

Công thức tính biến thiên enthalpy từ nhiệt tạo thành:

\(\Delta_{r}H_{298}^{o}=m.\Delta_{f}H_{298}^{o}\left(M\right)+n.\Delta_{f}H_{298}^{o}\left(N\right)-a.\Delta_{f}H_{298}^{o}\left(A\right)-b.\Delta_{f}H_{298}^{o}\left(B\right)\)

Ví dụ: Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng:

\(Fe_2O_3\left(s\right)+3CO\left(g\right)\rarr2Fe\left(s\right)+3CO_2\left(g\right)\)

Áp dụng công thức, ta có:

\(\mathrm{\Delta}_{r}H_{298}^{o}=2\Delta_{f}H_{298}^{o}\left(Fe_{}\left(s\right)\right)+3.\Delta_{f}H_{298}^{o}\left(CO_2\left(g\right)\right)-\left\lbrack\Delta_{f}H_{298}^{o}\left(Fe_2O_3\left(s\right)\right)+3.\Delta_{f}H_{298}^{o}\left(CO\left(g\right)\right)\right\rbrack\)

\(\mathrm{\Delta}_{r}H_{298}^{o}=2.0+3.\left(-393,5\right)-\left\lbrack\left(-825,5\right)+3.\left(-110,5\right)\right\rbrack=-23,5\) \(kJ\).

⇒ Do \(\Delta_{r}H_{298}^{o}<0\) nên đây là phản ứng tỏa nhiệt.

2. Tính biến thiên enthalpy phản ứng theo năng lượng liên kết

Xét phản ứng:

\(aA+bB\rarr mM+nN\)

Công thức tính biến thiên enthalpy theo năng lượng liên kết:

\(\Delta_{r}H_{298}^{o}=a.E_{b}\left(A\right)+b.E_{b}\left(B\right)-m.E_{b}\left(M\right)-n.E_{b}\left(N\right)\)

Với \(E_{b}\left(A\right)\), \(E_{b}\left(B\right)\), \(E_{b}\left(M\right)\) và \(E_{b}\left(N\right)\) lần lượt là tổng năng lượng liên kết của tất các liên kết trong chất A, B, M và N.

Ví dụ: Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng:

\(CH_4\left(g\right)+Cl_2\left(g\right)\overset{t^{o}}{\rarr}CH_3Cl\left(g\right)+HCl\left(l\right)\)

Áp dụng công thức tính biến thiên enthalpy chuẩn theo năng lượng liên kết:

\(\Delta_{r}H_{298}^{o}=1.E_{b}\left(CH_4\right)+1.E_{b}\left(Cl_2\right)-1.E_{b}\left(CH_3Cl\right)-1.E_{b}\left(HCl\right)\)

\(\Delta_{r}H_{298}^{o}=1.\left(4E_{C-H}\right)+1.\left(E_{Cl-Cl}\right)-1.\left(3E_{C-H}+_{}E_{C-Cl}\right)-1.\left(E_{H-Cl}\right)\)

\(\Delta_{r}H_{298}^{o}=1.4.418+1.243-1.\left(3.418+399\right)-1.432=-113\) \(kJ\).

⚠ Lưu ý: Năng lượng liên kết trung bình được thống kê tại trang 62 (bài 12 - Liên kết cộng hóa trị).