Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hoá học

I. Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết

- Phản ứng hoá học xảy ra khi có sự phá vỡ các liên kết hoá học của các chất đầu (cđ) và hình thành liên kết hoá học của các sản phẩm (sp).

- Sự phá vỡ các liên kết cần cung cấp năng lượng, sự hình thành các liên kết lại giải phóng năng lượng.

Cho phản ứng tổng quát ở điều kiện chuẩn:

aA(g) + bB(g) → mM(g) + nN(g)

⇒ Công thức tính \(\Delta_rH_{298}^o\\\) của phản ứng khi biết các giá trị năng lượng liên kết (E_b) theo công thức:

\(\Delta_rH_{298}^o\)= a x E_b(A) + b x E_b(B) - m x E_b(M) - n x E_b(N) 

- Điều kiện áp dụng: Áp dụng cho phản ứng trong đó các chất đều có liên kết cộng hoá trị ở thể khí khi biết giá trị năng lượng liên kết của tất cả các chất trông phản ứng.

Một cách tổng quát:

\(\Delta_rH_{298}^o=\Sigma E_b\left(cđ\right)-\Sigma E_b\left(sp\right)\)

trong đó: \(\Sigma E_b\left(cđ\right)\)là tổng năng lượng liên kết trong phân tử chất đầu.

               \(\Sigma E_b\left(sp\right)\) là tổng năng lượng liên kết trong phân tử sản phẩm.

VD: Tính \(\Delta_rH_{298}^o\) của phản ứng N₂H₄(g) → N₂(g) + 2H₂(g) biết:

E_{b (N - H)} = 391 kJ/mol; E_{b (N \(\equiv\) N)} = 945 kJ/mol; E_{b (H - H)} = 432 kJ/mol; E_{b (N - N)} = 160 kJ/mol.

Phân tử N₂H₄

Giải

\(\Delta_rH_{298}^o=\) \(\Sigma E_b\left(cđ\right)-\Sigma E_b\left(sp\right)\) 

             = 1 x (1 x E_{b (N - N)} + 4 x E_{b (N - H)}) - (1 x E_{b (N \(\equiv\) N)} + 2 x E_{b (H - H)})

             = 1 x 160 + 4 x 391 - (945 + 2 x 432)

             = -85 kJ.

II. Xác định biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào enthalpy tạo thành

Cho phương trình hoá học tổng quát:

aA + bB  → mM  +  nN

⇒ Có thể tính được biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hoá học (\(\Delta_rH_{298}^o\\\)) khi biết các giá trị \(\Delta_fH_{298}^o\) của tất cả các chất đầu và sản phẩm theo công thức sau:

\(\Delta_fH_{298}^o\) = m x \(\Delta_fH_{298}^o\)(M) + n x \(\Delta_fH_{298}^o\)(N) - a x \(\Delta_fH_{298}^o\)(A) - b x \(\Delta_fH_{298}^o\)(B) 

Một cách tổng quát:

\(\Delta_rH_{298}^o\)= \(\Sigma\Delta_fH_{298}^o\left(sp\right)-\Sigma\Delta_fH_{298}^o\left(cđ\right)\)

trong đó: \(\Sigma\Delta_fH_{298}^o\left(sp\right)\) là tổng enthalpy tạo thành ở điều kiện chuẩn tương ứng của sản phẩm.

               \(\Sigma\Delta_fH_{298}^o\left(cđ\right)\) là tổng enthalpy tạo thành ở điều kiện chuẩn tương ứng của chất đầu.

VD: Xét quá trình đốt cháy khí propane C₃H₈(g):

C₃H₈(g) + 5O₂(g) \(\underrightarrow{t^o}\) 3CO₂(g) + 4H₂O(g)

Tính \(\Delta_rH_{298}^o\) của dựa vào nhiệt tạo thành của hợp chất, biết:

\(\Delta_fH_{298}^o\left(C_3H_8\left(g\right)\right)=\) -105,00 kJ/mol; \(\Delta_fH_{298}^o\left(CO_2\left(g\right)\right)=\) -393,50 kJ/mol; \(\Delta_fH_{298}^o\left(H_2O\left(g\right)\right)=\)-241,82 kJ/mol.

Giải:

\(\Delta_rH_{298}^o\) = \(\Sigma\Delta_fH_{298}^o\left(sp\right)-\Sigma\Delta_fH_{298}^o\left(cđ\right)\)

= 3 x \(\Delta_fH_{298}^o\left(CO_2\left(g\right)\right)\) + 2 x \(\Delta_fH_{298}^o\left(H_2O\left(g\right)\right)\) - 1 x \(\Delta_fH_{298}^o\left(C_3H_8\left(g\right)\right)\) - 5 x \(\Delta_fH_{298}^o\left(O_2\left(g\right)\right)\)

= 3 x (-393,50) + 2 x (-241,82) - 1 x (-105,00) - 5 x 0 = -1559.14 kJ.

 

Các em đã học

Công thức tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng hoá học

1. Theo năng lượng liên kết: \(\Delta_rH_{298}^o=\Sigma E_b\left(cđ\right)-\Sigma E_b\left(sp\right)\).

2. Theo nhiệt tạo thành: \(\Delta_rH_{298}^o=\)\(\Sigma\Delta_fH_{298}^o\left(sp\right)-\Sigma\Delta_fH_{298}^o\left(cđ\right)\)