Hóa 10 Bài 14: Phản ứng hóa học và enthalpy | Giải Hóa học 10 Cánh diều

(1)

Bài 14: Phản ứng hóa học và enthalpy A/ Câu hỏi đầu bài

Mở đầu trang 77 Hóa học 10: Cho các phản ứng sau:

(1) Phản ứng nung vôi: CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

(2) Phản ứng than cháy trong không khí: C(s) + O2(g) → CO2(g)

Trong hai phản ứng trên, phản ứng nào là tỏa nhiệt, phản ứng nào là thu nhiệt?

Trả lời:

Phản ứng nung vôi là phản ứng thu nhiệt

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) ∆ rH^o₂₉₈ = 178,29 kJ

Để thu được 1 mol CaO(s), cần cung cấp 178,29 kJ nhiệt lượng để chuyển 1 mol CaCO3(s) thành CaO(s)

Phản ứng than cháy trong không khí là phản ứng tỏa nhiệt C(s) + O2(g) → CO2(g) ∆ rH^o₂₉₈ = -393,5 kJ

Đốt cháy 1 mol C trong không khí tỏa ra 393,5 kJ nhiệt lượng B/ Câu hỏi giữa bài

I. Phản ứng tỏa nhiệt và phản ứng thu nhiệt

Thực hành trang 77 Hóa học 10: Thực hiện hai thí nghiệm dưới đây:

Thí nghiệm 1: Đặt một nhiệt kế vào trong cốc thủy tinh chứa khoảng 50 ml dung dịch hydrochloric acid (HCl) 1M (hình 14.1). Khi nhiệt độ trong cốc ổn định, ghi nhiệt độ ban đầu. Thêm vào cốc khoảng 1 gam magnesium oxide (MgO) rồi dùng đũa thủy tinh khuấy liên tục. Quan sát hiện tượng phản ứng và ghi lại sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình phản ứng.

Thí nghiệm 2: Lặp lại thí nghiệm với bộ dụng cụ và cách tiến hành như trên, nhưng thay dung dịch hydrochloric acid (HCl) 1M bằng khoảng 50 ml dung dịch ethanoic acid (CH3COOH) 5% (giấm ăn) và khoảng 5 gam baking soda (sodium hydrogen

(2)

carbonate, NaHCO3). Quan sát và ghi lại sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình phản ứng.

Viết phương trình hóa học xảy ra ở hai thí nghiệm trên và cho biết phản ứng nào là tỏa nhiệt, phản ứng nào là thu nhiệt.

Trả lời:

Học sinh làm thí nghiệm và ghi lại sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình phản ứng.

Thí nghiệm 1:

Phương trình hóa học: MgO(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2O(l) Hiện tượng: MgO tan trong dung dịch HCl.

Thí nghiệm 2:

Phương trình hóa học:

CH3COOH (aq) + NaHCO3 (s) → CH3COONa (aq) + H2O (l) + CO2 (g)

Hiện tượng: Bột baking soda (sodium hydrogen carbonate, NaHCO3) tan trong dung dịch giấm ăn (CH3COOH), có khí không màu, không mùi thoát ra.

Câu hỏi 1 trang 78 Hóa học 10: Khi làm thí nghiệm, làm thế nào là biết một phản ứng là tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

Trả lời:

(3)

Khi làm thí nghiệm, ta có thể theo dõi sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình phản ứng bằng nhiệt kế để biết một phản ứng là tỏa nhiệt hay thu nhiệt.

- Nếu nhiệt độ của hệ phản ứng tăng (giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt) thì đó là phản ứng tỏa nhiệt.

- Nếu nhiệt độ của hệ phản ứng giảm (hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt) thì đó là phản ứng thu nhiệt.

Vận dụng 1 trang 78 Hóa học 10: Dự đoán các phản ứng sau đây là tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

a) Nung NH4Cl(s) tạo ra HCl(g) và NH3(g).

b) Cồn cháy trong không khí.

c) Phản ứng thủy phân collagen thành gelatin (là một loại protein dễ tiêu hóa) diễn ra khi hầm xương động vật.

Trả lời:

Dự đoán:

a) Nung NH4Cl(s) tạo ra HCl(g) và NH3(g) là phản ứng thu nhiệt b) Cồn cháy trong không khí là phản ứng tỏa nhiệt

c) Phản ứng thủy phân collagen thành gelatin (là một loại protein dễ tiêu hóa) diễn ra khi hầm xương động vật là phản ứng thu nhiệt.

Vận dụng 2 trang 78 Hóa học 10: Lấy ví dụ một số phản ứng xảy ra trong tự nhiên có kèm theo sự tỏa nhiệt hoặc thu nhiệt mà em biết

Trả lời:

- Phản ứng đốt cháy than, đốt cháy khí gas; phản ứng tạo gỉ sắt; phản ứng oxi hóa glucose trong cơ thể … là phản ứng tỏa nhiệt.

- Phản ứng trong lò nung vôi, nung clinker xi măng… là phản ứng thu nhiệt.

II. Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học 1. Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất hóa học

(4)

Câu hỏi 2 trang 79 Hóa học 10: 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.

Trả lời:

Nhiệt tỏa ra hình hình thành 1 mol Na2O(s) ở điều kiện chuẩn từ phản ứng giữa Na(s) và O3(g) không được coi là nhiệt tạo thành chuẩn của Na2O(s).

Vì nhiệt tạo thành chuẩn của một chất là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn.

Mà oxygen dạng nguyên tử O và phân tử O3 kém bền hơn phân tử O2

Nhiệt tỏa ra hình hình thành 1 mol Na2O(s) ở điều kiện chuẩn từ phản ứng giữa Na(s) và O2(g) mới được coi là nhiệt tạo thành chuẩn của Na2O(s)

Câu hỏi 3 trang 79 Hóa học 10: Trong ví dụ 1, ở cùng điều kiện phản ứng, nếu chỉ thu được 0,5 mol Na2O thì lượng nhiệt tỏa ra là bao nhiêu kilôJun?

Trả lời:

1 mol Na2O giải phóng 418 kJ

0,5 mol Na2O ⇒ giải phóng 418.0,5 = 209 kJ

Câu hỏi 4 trang 79 Hóa học 10: Vì sao enthalpy tạo thành của một đơn chất bền lại bằng 0?

Trả lời:

- Enthalpy tạo thành chuẩn (hay nhiệt tạo thành chuẩn) của một chất là lượng nhiệt kèm theo của phản ứng tạo thành một mol chất đó từ các đơn chất ở dạng bền nhất trong điều kiện chuẩn.

- Đơn chất bền nên không có sự biến đổi, enthalpy tạo thành bằng 0.

2. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng hóa học

Câu hỏi 5 trang 80 Hóa học 10: Giá trị ∆ rH^o₂₉₈ của phản ứng sau là bao nhiêu kilôJun?

(5)

1

2CH4(g) + O2(g) → 1

2CO2(g) + 2H2O(l) Trả lời:

Ở điều kiện chuẩn

Khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol CH4 sẽ giải phóng một nhiệt lượng là 890,5 kJ Đốt cháy hoàn toàn 0,5 mol CH4 sẽ giải phóng một nhiệt lượng là 890,5

2 = 445,25 kJ

Vậy 1

2CH4(g) + O2(g) → 1

2CO2(g) + 2H2O(l) ∆ rH^o₂₉₈ = - 445,25 kJ

Luyện tập 1 trang 80 Hóa học 10: Đốt cháy hoàn toàn 1 gam C2H2(g) ở điều kiện chuẩn, thu được CO2(g) và H2O(l), giải phóng 50,01 kJ. Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy 1 mol C2H2.

Trả lời:

1 gam C2H2(g) tương ứng với 1

26 mol C2H2(g) Đốt cháy hoàn toàn 1

26 mol C2H2(g) giải phóng 50,01 kJ nhiệt lượng

Vật đốt cháy hoàn toàn 1 mol C2H2 sẽ giải phóng 50,01.26 = 1300,26 kJ nhiệt lượng Phản ứng: C2H2(g) + 5

2O2(g) → 2CO2(g) + H2O(l) ∆ rH^o₂₉₈ = -1300,26 kJ Luyện tập 2 trang 80 Hóa học 10: Ở điều kiện chuẩn, cần phải đốt cháy hoàn toàn bao nhiêu gam CH4(g) để cung cấp nhiệt cho phản ứng tạo 1 mol CaO bằng cách nung CaCO3. Giả thiết hiệu suất các quá trình đều là 100%.

Trả lời:

Để thu được 1 mol CaO(s) cần phải cung cấp 179,2 kJ nhiệt lượng.

Khi đốt cháy hoàn toàn 1 mol CH4 sẽ giải phóng một nhiệt lượng là 890,5 kJ

(6)

Vậy cần đốt cháy ^{179, 2}

890,5 mol CH4 sẽ giải phóng một nhiệt lượng là 179,2 kJ Khối lượng CH4 cần lấy là ^{179, 2}

890,5.16 = 3,2 gam

Vận dụng 3 trang 80 Hóa học 10: Sự hô hấp cung cấp oxygen cho các phản ứng oxi hóa chất béo, chất đường, tinh bột,… trong cơ thể con người. Đó là các phản ứng giải phóng hay hấp thụ năng lượng? Năng lượng kèm theo các phản ứng này dùng để làm gì?

Trả lời:

Sự hô hấp cung cấp oxygen cho các phản ứng oxi hóa chất béo, chất đường, tinh bột,… trong cơ thể con người. Đó là các phản ứng giải phóng năng lượng. Năng lượng kèm theo các phản ứng này dùng để cung cấp cho các hoạt động sống của cơ thể.

(7)

Bài tập

Bài 1 trang 81 Hóa học 10: Những loại phản ứng nào sau đây cần phải cung cấp năng lượng trong quá trình phản ứng?

(a) Phản ứng tạo gỉ kim loại. (b) Phản ứng quang hợp.

(c) Phản ứng nhiệt phân. (d) Phản ứng đốt cháy.

Trả lời:

Chọn (b), (c)

Phản ứng quang hợp và phản ứng nhiệt phân cần phải cung cấp năng lượng trong quá trình phản ứng.

Phản ứng tạo gỉ kim loại và phản ứng đốt cháy là phản ứng tỏa nhiệt.

Bài 2 trang 81 Hóa học 10: Một số phản ứng khi xảy ra sẽ làm nóng môi trường xung quanh, một số khác lại làm lạnh môi trường xung quanh. Em hãy cho biết sự khác biệt cơ bản giữa hai loại phản ứng này.

Trả lời:

Một số phản ứng khi xảy ra sẽ làm nóng môi trường xung quanh tức là phản ứng xảy ra kèm theo giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt ⇒ Phản ứng tỏa nhiệt.

Một số phản ứng khi xảy ra sẽ làm lạnh môi trường xung quanh tức là phản ứng hấp thu năng lượng dưới dạng nhiệt từ môi trường xung quanh. ⇒ Phản ứng thu nhiệt Bài 3 trang 81 Hóa học 10: Cho biết phản ứng sau có ∆ rH^o₂₉₈ > 0 và diễn ra ở ngay nhiệt độ phòng.

2NH4NO3(s) + Ba(OH)2.8H2O(s) → 2NH3(aq) + Ba(NO3)2 (aq) + 10H2O(l)

Khi trộn đều một lượng ammonium nitrate (NH4NO3) rắn với một lượng barium hydroxide ngậm nước (Ba(OH)2.8H2O) ở nhiệt độ phòng thì nhiệt độ của hỗn hợp sẽ tăng hay giảm? Giải thích.

Trả lời:

∆ rH^o₂₉₈ > 0 ⇒ Phản ứng thu nhiệt ⇒ Nhiệt độ của phản ứng giảm.

(8)

Bài 4 trang 81 Hóa học 10: Cho biết phản ứng tạo thành 2 mol HCl(g) ở điều kiện chuẩn sau đây tỏa ra 184,6 kJ:

H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) (*)

Những phát biểu nào dưới đây là đúng?

A. Nhiệt tạo thành của HCl là -184,6 kJ mol^-1

B. Biến thiên enthalpy của phản ứng (*) là -184,6 kJ.

C. Nhiệt tạo thành chuẩn của HCl (g) là -92,3 kJ mol^-1 D. Biến thiên enthalpy phản ứng (*) là -92,3 kJ

Trả lời:

Phát biểu B và C là đúng

H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) (*) ∆ rH^o₂₉₈ = - 184,6 kJ

Tính enthalpy tạo thành chuẩn của HCl dựa vào enthalpy của phản ứng:

∆ rHô₂₉₈ = 2. ∆ fHô₂₉₈(HCl(g)) - ∆ rHô₂₉₈(H2(g)) - ∆ rHô₂₉₈(H2(g))

⇔ - 184,6 = 2. ∆ fH^o₂₉₈(HCl(g)) – 0 – 0

⇒ ∆ fH^o₂₉₈(HCl(g)) = -92,3 kJ mol^-1