Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học SVIP

1. PHẢN ỨNG TOẢ NHIỆT

Phản ứng có khả năng giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt ra ngoài môi trường được gọi là phản ứng tỏa nhiệt.

⚡ THÍ NGHIỆM 1

- Đặt bầu nhiệt kế vào cốc chịu nhiệt có chứa khoảng 25 mL nước cất.

- Cho nhanh khoảng 5 gam CaO vào cốc, bấm thời gian và ghi giá trị nhiệt độ, đồng thời khuấy nhẹ hỗn hợp. Ghi lại giá trị nhiệt độ sau khoảng 2 phút.

Phản ứng hòa tan CaO trong nước tạo Ca(OH)₂ tỏa ra lượng nhiệt lớn, làm dung dịch nóng lên.

\(CaO+H_2O\to Ca(OH)_2\)

2. PHẢN ỨNG THU NHIỆT

Phản ứng có khả năng hấp thu năng lượng dưới dạng nhiệt từ môi trường gọi là phản ứng thu nhiệt.

⚡ THÍ NGHIỆM 2

- Cho khoảng 4 gam NaHCO₃ vào ống nghiệm chịu nhiệt, khô. Lắp sơ đồ thí nghiệm như hình sau rồi đun nóng ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.

Phản ứng phân hủy NaHCO₃ là phản ứng thu nhiệt, chỉ xảy ra khi cung cấp năng lượng nhiệt từ bên ngoài để phá vỡ liên kết trong phân tử NaHCO₃, hình thành sản phẩm mới.

\(2NaHCO_3{}\to Na_2CO_3+H_2O+CO_2\)

3. BIẾN THIÊN ENTHALPY CHUẨN CỦA PHẢN ỨNG

➤ Biến thiên enthalpy của phản ứng

Biến thiên enthalpy chuẩn là nhiệt kèm theo của một phản ứng hóa học, được xác định tại điều kiện chuẩn (tức là tại 298 K (25 ^oC), áp suất 1 bar đối với chất khí và nồng độ 1 mol/L đối với chất tan trong dung dịch).

Kí hiệu: \(\mathrm{\Delta}_{r}H_{298}^{{^\circ}}\).

Đơn vị: kJ hoặc kcal.

➤ Phương trình nhiệt hoá học

Phương trình nhiệt hóa học là phương trình có kèm theo nhiệt phản ứng và trạng thái của các chất.

- Nếu \(\Delta_{r}H_{298}^{o}>0\) thì đây là phản ứng thu nhiệt.

Ví dụ: Phản ứng nhiệt phân đá vôi ở điều kiện chuẩn cần cung cấp 179,2 kJ nhiệt lượng.

\(CaCO_3\left(g\right)\overset{t^{o}}{\rarr}CaO\left(s\right)+CO_2\left(g\right)\) \(\mathrm{\Delta}_{r}H_{298}^{{^\circ}}=179,2\) \(kJ\)

- Nếu \(\Delta_{r}H_{298}^{o}<0\) thì đây là phản ứng tỏa nhiệt.

Ví dụ: Phản ứng đốt cháy than tỏa ra lượng nhiệt lớn.

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

4. ENTHALPY TẠO THÀNH (NHIỆT TẠO THÀNH)

- Nhiệt tạo thành (\(\mathrm{\Delta}_{f}H\)) là biến thiên enthalpy của phản ứng tạo ra 1 mol chất từ các đơn chất bền vững nhất, tại một điều kiện cụ thể.

- Nhiệt tạo thành chuẩn (\(\mathrm{\Delta}_{f}H_{298}^{{^\circ}}\)) là nhiệt tạo thành được đo ở điều kiện chuẩn.

Ví dụ: \(\mathrm{\Delta}_{f}H_{298}^{{^\circ}}\left(H_2O,g\right)=241,8\) kJ/mol là lượng nhiệt tỏa ra khi tạo 1 mol H₂O (g) từ các đơn chất H₂ và O₂ (đơn chất bền nhất của hydrogen và oxygen) ở điều kiện chuẩn.

\(H_2(g)+\frac12O_2(g)\overset{t^{o}}{\rarr}H_2O(g)\) \(\mathrm{\Delta}_{f}H_{298}^{{^\circ}}\left(H_2O,g\right)=241,8\) \(kJ/mol\)

Chú ý:

- Đơn chất có nhiệt tạo thành chuẩn là 0.

- Về mặt năng lượng, nếu \(\mathrm{\Delta}_{f}H_{298}^{{o}}<0\) thì chất bền hơn so với các đơn chất tạo nên nó.

- Về mặt năng lượng, nếu \(\mathrm{\Delta}_{f}H_{298}^{{o}}>0\) thì chất kém bền hơn so với các đơn chất tạo nên nó.

V. Ý NGHĨA CỦA DẤU VÀ GIÁ TRỊ \(\Delta_{r}H_{298}^{o}\)

Trong phản ứng tỏa nhiệt, năng lượng giải phóng khi hình thành các sản phẩm lớn hơn năng lượng cần thiết để tạo các chất tham gia.

\(\Sigma\Delta_{f}H_{298}^{o}\left(sp\right)<\Sigma\Delta_{f}H_{298}^{o}\left(cđ\right)\rightarrow\Delta_{r}H_{298}^{o}<0\)

Ví dụ: Phản ứng nhiệt hóa học giữa nitrogen và oxygen.

\(N_2(g)+O_2(g)\overset{t^{o}}{\rarr}2NO(g)\) \(\Delta_{r}H_{298}^{o}=180,58\) \(kJ\)

Trong phản ứng thu nhiệt, năng lượng cần để hình thành các sản phẩm lớn hơn năng lượng giải phóng từ các chất tham gia.

\(\Sigma\Delta_{f}H_{298}^{o}\left(sp\right)>\Sigma\Delta_{f}H_{298}^{o}\left(cđ\right)\rightarrow\Delta_{r}H_{298}^{o}>0\)

Ví dụ: Phản ứng đốt cồn đều tỏa ra lượng nhiệt lớn.

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

Sơ đồ biểu diễn biến thiên enthalpy của phản ứng đốt cháy cồn: