Hoá học 10 Chân trời sáng tạo Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

3.5 K

Toptailieu biên soạn và sưu tầm lời giải bài tập Hóa học lớp 10 Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi Hóa học 10 Bài 14 từ đó học tốt môn Hóa học 10.

Hoá học 10 Chân trời sáng tạo Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Câu hỏi trang 88 Hoá học 10

Mở đầu trang 88 Hóa học 10Methane cháy tỏa nhiệt lớn nên được dùng làm nhiên liệu. Khi trộn methane và oxygen với tỉ lệ thích hợp thì sẽ tạo ra hỗn hợp nổ.

 (ảnh 1)

Biến thiên enthalpy của phản ứng trên được tính toán dựa trên các giá trị nào?

Lời giải:

CH4(g) + 2O2(gt° CO2(g) + 2H2O(l)

Biến thiên enthalpy của phản ứng cháy của methane có thể được tính theo hai cách:

- Cách 1: Dựa vào nhiệt tạo thành chuẩn của các chất.

ΔrH298o=ΔfH2980(sp)ΔfH298o(cd)

rH298o = ∆fH298o(CO2) + 2.∆fH298o(H2O) – ∆fH298o(CH4) – 2.∆fH298o(O2)

- Cách 2: Dựa vào năng lượng liên kết của các chất.

ΔrH298o=Eb(cd)Eb(sp)

rH298o = Eb(CH4) + 2.Eb(O2) – Eb(CO2) – 2.Eb(H2O)

rH298o = 4.Eb(C-H) + 2.Eb(O=O) – 2. Eb(C=O) – 2.2.Eb(O-H)

1. Xác định biến thiên Enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết

Câu hỏi 1 trang 88 Hóa học 10: Quan sát Hình 14.1 cho biết liên kết hóa học nào bị phá vỡ, liên kết hóa học nào được hình thành khi H2 phản ứng với O2 tạo thành H2O (ở thể khí)?

 (ảnh 1)

Lời giải:

Khi H2 phản ứng với O2 tạo thành H2O (ở thể khí) liên kết H-H và O=O bị đứt ra, liên kết O-H được hình thành.

Câu hỏi trang 89 Hoá học 10

Câu hỏi 2 trang 89 Hóa học 10: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết phải viết được công thức cấu tạo của tất cả các chất trong phản ứng để xác định số lượng và loại liên kết. Xác định số lượng mỗi loại liên kết trong các phân tử sau: CH4, CH3Cl, NH3, CO2.

Lời giải:

Phân tử

Công thức cấu tạo

Số lượng mỗi loại liên kết

CH4

Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết

4 liên kết C-H

CH3Cl

Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết

3 liên kết C-H

1 liên kết C-Cl

NH3

Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết

3 liên kết N-H

CO2

(cau-hoi-2-trang-89-hoa-hoc-10-3)

Tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa vào năng lượng liên kết

2 liên kết C=O

Câu hỏi 3 trang 89 Hóa học 10Dựa vào năng lượng liên kết ở Bảng 14.1, tính biến thiên enthalpy của phản ứng và giải thích vì sao nitrogen (N≡N) chỉ phản ứng với oxygen (O=O) ở nhiệt độ cao hoặc có tia lửa điện để tạo thành nitrogen monoxide (N=O).

N2(g) + O2(g) t°/tialuadien 2NO(g)

 (ảnh 1)

Lời giải:

N2(g) + O2(g) t°/tialuadien2NO(g)

 rH298o = Eb(N2) + Eb(O2) – 2Eb(NO)

 rH298o = Eb(N≡N) + Eb(O=O) – 2Eb(N=O)

 rH298o = 945 + 498 – 2.607 = 229 kJ

Ta thấy để phá vỡ 1 liên kết N≡N và 1 liên kết O=O để hình thành 2 liên kết N-O cần cung cấp nhiệt lượng lớn (229 kJ).

 Cần thực hiện ở nhiệt độ cao hoặc có tia lửa điện thì phản ứng mới xảy ra.

Luyện tập trang 89 Hóa học 10: Xác định ∆ rH298o của phản ứng sau dựa vào giá trị Eb ở Bảng 14.1:

CH4(g) + Cl2(gaskt CH3Cl(g) + HCl(g)

Hãy cho biết phản ứng trên tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

 (ảnh 1)

Lời giải:

 rH298o = Eb(CH4) + Eb(Cl2) – Eb(CH3Cl) – Eb(HCl)

 rH298o = 4.Eb(C-H) + Eb(Cl-Cl) – 3Eb(C-H) – Eb(C-Cl) – Eb(H-Cl)

 rH298o = 4.413 + 243 – 3.413 – 339 – 427

 rH298o = -110 kJ < 0

Phản ứng tỏa nhiệt.

Câu hỏi trang 90 Hoá học 10

Vận dụng trang 90 Hóa học 10Dựa vào số liệu về năng lượng liên kết ở Bảng 14.1, hãy tính biến thiên enthalpy của 2 phản ứng sau:

2H2(g) + O2(gt°2H2O(g) (1)

C7H16(g) + 11O2(gt°7CO2(g) + 8H2O(g) (2)

So sánh kết quả thu được, từ đó cho biết H2 hay C7H16 là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa (biết trong C7H16 có 6 liên kết C-C và 16 liên kết C-H)

 (ảnh 1)

 (ảnh 2)

Lời giải:

2H2(g) + O2(gt°2H2O(g) (1)

 rH298o(1) = 2.Eb(H2) + Eb(O2) – 2.Eb(H2O)

 rH298o(1) = 2.Eb(H-H) + Eb(O=O) – 2.2.Eb(O-H)

 rH298o(1) = 2.432 + 498 – 2.2.467 = -506 kJ

C7H16(g) + 11O2(gt° 7CO2(g) + 8H2O(g) (2)

 rH298o(2) = Eb(C7H16) + 11.Eb(O2) – 7.Eb(CO2) – 8.Eb(H2O)

 rH298o(2) = 6.Eb(C-C) + 16Eb(C-H) + 11.Eb(O=O) – 7.2.Eb(C=O) – 8.2.Eb(O-H)

 rH298o(2) = 6.347 + 16.413 + 11.498 – 7.2.745 – 8.2.467 = -3734 kJ

Ta thấy:  rH298o(2)  rH298o(1)  Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn phản ứng (1)

 C7H16 là nhiên liệu hiệu quả hơn cho tên lửa.

Luyện tập trang 90 Hóa học 10Tính  rH298o của hai phản ứng sau:

3O2(g) → 2O3(g) (1)

2O3(g) → 3O2(g) (2)

Liên hệ giữa giá trị  rH298o với độ bền của O3, O2 và giải thích, biết phân tử O3 gồm 1 liên kết đôi O=O và 1 liên kết đơn O-O.

Lời giải:

3O2(g) → 2O3(g) (1)

 rH298o(1) = 3.Eb(O2) – 2.Eb(O3)

 rH298o(1) = 3.Eb(O=O) – 2.[Eb(O-O) + Eb(O=O)]

 rH298o(1) = 3.498 – 2.(204 + 498) = 90 kJ

2O3(g) → 3O2(g) (2)

 rH298o(2) = 2.Eb(O3) - 3.Eb(O2)

 rH298o(2) = 2.[Eb(O-O) + Eb(O=O)] - 3.Eb(O=O)

 rH298o(2) = 2.(204 + 498) - 3.498 = -90 kJ

Phản ứng (2) xảy ra thuận lợi hơn

Bên cạnh đó O3 kém bền hơn O2

 rH298o càng âm, chất tạo ra càng bền hơn.

2. Xác định biến thiên Enthalpy của phản ứng dựa vào Enthalpy tạo thành

Câu hỏi trang 91 Hoá học 10

Vận dụng trang 91 Hóa học 10Tính biến thiên enthalpy của phản ứng phân hủy trinitroglycerin (C3H5O3(NO2)3), theo phương trình sau (biết nhiệt tạo thành của nitroglycerin là -370,15 kJ/mol):

4C3H5O3(NO2)3(s) → 6N2(g) + 12CO2(g) + 10H2O(g) + O2(g)

Hãy giải thích vì sao trinitroglycerin được ứng dụng làm thành phần thuốc súng không khói.

Lời giải:

4C3H5O3(NO2)3(s) → 6N2(g) + 12CO2(g) + 10H2O(g) + O2(g)

 rH298o = 6. fH298o(N2) + 12. ∆ fH298o(CO2) + 10. ∆ fH298o(H2O) +  fH298o(O2) – 4. ∆ fH298o(C3H5O3(NO2)3)

 rH298o = 6.0 + 12.(-393,50) + 10.(-241,82) + 0 – 4.(-370,15) = -5659,6 kJ < 0

 Phản ứng tỏa lượng nhiệt rất lớn và có khả năng sát thương cao.

 Trinitroglycerin được ứng dụng làm thành phần thuốc súng không khói.

Câu hỏi 4 trang 91 Hóa học 10: Giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng có liên quan tới hệ số các chất trong phương trình nhiệt hóa học không? Giá trị enthalpy tạo thành thường được đo ở điều kiện nào?

Lời giải:

Giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng có liên quan tới hệ số các chất trong phương trình nhiệt hóa học.

Khi tính giá trị biến thiên enthalpy của phản ứng thì cần nhân hệ số tỉ lượng với enthalpy tạo thành của các chất tương ứng.

Giá trị enthalpy tạo thành thường được đo ở điều kiện chuẩn: Áp suất 1 bar (đối với chất khí), nồng độ 1 mol/L (đối với chất tan trong dung dịch) và thường chọn nhiệt độ 25oC (hay 298K)

Luyện tập trang 91 Hóa học 10Dựa vào giá trị enthalpy tạo thành ở Bảng 13.1, hãy tính giá trị  rH298o của các phản ứng sau:

CS2(l) + 3O2(gt°CO2(g) + 2SO2(g) (1)

4NH3(g) + 3O2(g) t° 2N2(g) + 6H2O(g) (2)

 (ảnh 1)

Lời giải:

CS2(l) + 3O2(gt° CO2(g) + 2SO2(g) (1)

 rH298o(1) = 1. fH298o(CO2) + 2. fH298o(SO2) - 1. fH298o(CS2) – 3. fH298o(O2)

 rH298o(1) = -393,50 + 2.(-296,80) – 1.87,90 – 3.0 = -1075 kJ

4NH3(g) + 3O2(gt° 2N2(g) + 6H2O(g) (2)

 rH298o(2) = 2. fH298o(N2) + 6. fH298o(H2O) - 4. fH298o(NH3) – 3. fH298o(O2)

 rH298o(2) = 2.0 + 6.(-241,82) – 4.(-45,9) – 3.0 = -1267,32 kJ

Câu hỏi trang 92 Hoá học 10

Bài 1 trang 92 Hóa học 10: Tính ∆ rH298o của các phản ứng sau dựa theo năng lượng liên kết (sử dụng số liệu từ Bảng 14.1):

a) N2H4(g) → N2(g) + 2H2(g)

b) 4HCl(g) + O2(g) t° 2Cl2(g) + 2H2O(g)

 (ảnh 1)

Lời giải:

a) N2H4(g) → N2(g) + 2H2(g)

 rH298o = Eb(N2H4) – Eb(N2) – 2.Eb(H2)

 rH298o = Eb(N-N) + 4.Eb(N-H) – Eb(N≡N) – 2.Eb(H-H)

 rH298o = 163 + 4.391 – 945 – 2.432 = -82 kJ

b) 4HCl(g) + O2(g) t° 2Cl2(g) + 2H2O(g)

 rH298o = 4.Eb(HCl) + Eb(O2) – 2Eb(Cl2) – 2Eb(H2O)

 rH298o = 4.Eb(H-Cl) + Eb(O=O) – 2.Eb(Cl-Cl) – 2.2.Eb(O-H)

 rH298o = 4.427 + 498 -2.243 – 2.2.467 = -148 kJ

Bài 2 trang 92 Hóa học 10: Dựa vào Bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol benzene C6H6(l) trong khí oxygen, tạo thành CO2(g) và H2O(l). So sánh lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g propane C3H8(g) với lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g benzenne C6H6(l).

 (ảnh 1)

Lời giải:

C6H6(l) + 152O2(gt° 6CO2(g) + 3H2O(l)

 rH298o = 6.∆ fH298o(CO2) + 3. ∆ fH298o(H2O) - ∆ fH298o(C6H6) - 152 fH298o(O2)

 rH298o = 6.(-393,50) + 3.(-285,84) – (+49,00) - 152.0

 rH298o = -3267,52 kJ

1,0 gam C6H6(l) ứng với 178 mol C6H6(l)

Đốt cháy 1 mol C6H6(l) tỏa ra 3267,52 kJ nhiệt lượng

 Đốt cháy 178 mol C6H6(l) tỏa ra là 178.3267,52 = 41,89 kJ nhiệt lượng

C3H8(g) + 5O2(gt° 3CO2(g) + 4H2O(g)

 rH298o = 3.∆ fH298o(CO2) + 4. ∆ fH298o(H2O) - ∆ fH298o(C3H8) – 5.∆ fH298o(O2)

 rH298o = 3.(-393,50) + 4.(-285,84) – (-105,00) - 5.0

 rH298o = -2218,86 kJ

1,0 gam C3H8(g) ứng với 144 mol C3H8(g)

Đốt cháy 1 mol C3H8(g) tỏa ra 2218,86 kJ nhiệt lượng

 Đốt cháy 144 mol C3H8(g) tỏa ra là 144.2218,86 = 50,43 kJ nhiệt lượng

Lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g propane C3H8(g) nhiều hơn khi đốt cháy hoàn toàn 1,0 g benzenne C6H6(l).

Câu hỏi trang 93 Hoá học 10

Bài 3 trang 93 Hóa học 10Dựa vào enthalpy tạo thành ở Bảng 13.1, tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng nhiệt nhôm:

2Al(s) + Fe2O3(st° 2Fe(s) + Al2O3(s)

Từ kết quả tính được ở trên, hãy rút ra ý nghĩa của dấu và giá trị ∆ rH298o đối với phản ứng.

 (ảnh 1)

Lời giải:

2Al(s) + Fe2O3(st° 2Fe(s) + Al2O3(s)

 rH298o = 2.∆ fH298o(Fe) + ∆ fH298o(Al2O3) – 2. ∆ fH298o(Al) - ∆ fH298o(Fe2O3)

 rH298o = 2.0 + (-1676,00) – 2.0 – (-825,5)

 rH298o = -850,5 kJ < 0

 Phản ứng nhiệt nhôm sinh ra một lượng nhiệt rất lớn.

Bài 4 trang 93 Hóa học 10Cho phương trình nhiệt hóa học sau:

SO2(g) + 12O2(gt°,V2O5 SO3(g) ∆ rH298o = -98,5 kJ

a) Tính lượng nhiệt giải phóng ra khi chuyển 74,6 g SO2 thành SO3.

b) Giá trị ∆ rH298o của phản ứng: SO3(g) → SO2(g) + 12O2(g) là bao nhiêu?

Lời giải:

a) 74,6 g SOtương ứng với 74,664 mol SO2

Đốt cháy hoàn toàn 1 mol SO2(g) sinh ra 98,5 kJ nhiệt lượng

 Đốt cháy hoàn toàn 74,664 mol SO2(g) sinh ra 98,5. 74,664 = 114,81 kJ nhiệt lượng

b) Lượng nhiệt giải phóng ra khi chuyển 1 mol SO2 thành 1 mol SO3 là 98,5 kJ

 Lượng nhiệt cần cung cấp để phân hủy 1 mol SOcũng là 98,5 kJ

Bài 5 trang 93 Hóa học 10Khí hydrogen cháy trong không khí tạo thành nước theo phương trình hóa học sau:

2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) ∆ rH298o = -483,64 kJ

a) Nước hay hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn? Giải thích.

b) Vẽ sơ đồ biến thiên năng lượng của phản ứng giữa hydrogen và oxygen.

Lời giải:

a) ∆ rH298o = Σ∆ fH298o(sp) - Σ ∆ fH298o(cđ) < 0

 Σ∆ fH298o(sp) < Σ ∆ fH298o(cđ)

Vậy hỗn hợp của oxygen và hydrogen có năng lượng lớn hơn nước.

b) Sơ đồ biến thiên năng lượng của phản ứng giữa hydrogen và oxygen.

Khí hydrogen cháy trong không khí tạo thành nước theo phương trình hóa học sau

Bài 6 trang 93 Hóa học 10Xét quá trình đốt cháy khí propane C3H8(g): C3H8(g) + 5O2(gt° 3CO2(g) + 4H2O(g)

Tính biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng dựa vào nhiệt tạo thành của hợp chất (Bảng 13.1) và dựa vào năng lượng liên kết (Bảng 14.1). So sánh hai giá trị đó và rút ra kết luận.

 (ảnh 1)

 (ảnh 2)

Lời giải:

C3H8(g) + 5O2(gt° 3CO2(g) + 4H2O(g)

Tính theo nhiệt tạo thành của hợp chất:

 rH298o = 3.∆ fH298o(CO2) + 4. ∆ fH298o(H2O) - ∆ fH298o(C3H8) – 5.∆ fH298o(O2)

 rH298o = 3.(-393,50) + 4.(-241,82) – (-105,00) - 5.0

 rH298o = -2042,78 kJ

Tính theo năng lượng liên kết:

 rH298o = Eb(C3H8) + 5.Eb(O2) – 3Eb(CO2) – 4Eb(H2O)

 rH298o = 2.Eb(C-C) + 8.Eb(C-H) + 5.Eb(O=O) -3.2.Eb(C=O) - 4.2.Eb(O-H)

 rH298o = 2.347 + 8.413 + 5.498 – 3.2.745 – 4.2.467

 rH298o = -1718 kJ

Hai giá trị tính được gần bằng nhau.

Xem thêm các bài giải SGK Hoá học lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 13: Enthalpy tạo thành và biến thiên enthalpy của phản ứng hóa học

Bài 15: Phương trình tốc độ phản ứng và hằng số tốc độ phản ứng

Bài 16: Các yếu tố ảnh hướng đến tốc độ phản ứng hoá học

Bài 17: Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA

Bài 18: Hydrogen halide và một số phản ứng của ion halide

Đánh giá

0

0 đánh giá