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

718

Lời giải bài tập SBT Hoá học 10 Bài 14: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng hoá học sách Chân trời sáng tạo ngắn gọn, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng trả lời câu hỏi trong SBT Hoá học 10 Bài 14 từ đó học tốt môn Hoá học 10.

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

Câu hỏi trang 56 SBT Hoá học 10

Bài 14.1 trang 56 SBT Hóa học 10Trình bày cách tính enthalpy của phản ứng hóa học dựa vào năng lượng liên kết và dựa vào enthalpy tạo thành của các chất.

Lời giải:

Cho phản ứng tổng quát ở điều kiện chuẩn:

aA (g) + bB (g) → mM (g) + nN (g)

- Tính ΔrH298o của phản ứng khi biết các giá trị năng lượng liên kết (Eb) theo công thức:

ΔrH298o=a×Eb(A)+b×Eb(B)m×Eb(M)n×Eb(N)

Hay tổng quát: ΔrH298o=Eb(cd)Eb(sp)

Với ∑Eb (cđ); ∑Eb (sp): tổng năng lượng liên kết trong phân tử chất đầu và sản phẩm của phản ứng.

Có thể tính được biến thiên enthalpy chuẩn của một phản ứng hóa học (ΔrH298o) khi biết các giá trị ΔfH298o của tất cả các chất đầu và sản phẩm theo công thức sau:

ΔrH298o=m×ΔfH298o(M)+n×ΔfH298o(N)a×ΔfH298o(A)b×ΔfH298o(B)

Tổng quát: ΔrH298o=ΔfH298o(sp)ΔfH298o(cd)

Với ΔfH298o(sp);ΔfH298o(cd): tổng enthalpy tạo thành ở điều kiện chuẩn tương ứng của sản phẩm và chất đầu của phản ứng.

Bài 14.2 trang 56 SBT Hóa học 10 :Cho phản ứng tổng quát: aA+bBmM+nN. Hãy chọn các phương án tính đúng ΔrH298o của phản ứng:

(a) ΔrH298Ko=m×ΔfH298oM+n×ΔfH298oNa×ΔfH298oAb×ΔfH298oB

(b) ΔrH298Ko=a×ΔfH298oA+b×ΔfH298oBm×ΔfH298oMn×ΔfH298oN

(c ) ΔrH298Ko=a×EbA+b×EbBm×EbMn×EbN

(d) ΔrH298Ko=m×EbM+n×EbNa×EbAb×EbB

Lời giải:

Các phương án đúng là (a) và (c).

Giải thích:

- Cách tính enthalpy của phản ứng hoá học dựa vào năng lượng liên kết:

ΔrH0298=Eb(cd)Eb(sp)

Với : tổng năng lượng liên kết trong phân tử chất đầu và sản phẩm của phản ứng.

- Cách tính enthalpy của phản ứng hoá học dựa vào enthalpy tạo thành:

ΔrH0298=ΔfH0298(sp)ΔfH0298(cd)

Với : tổng enthalpy tạo thành ở điều kiện chuẩn của sản phẩm và chất đầu của phản ứng

Bài 14.3 trang 56 SBT Hóa học 10: Thành phần chính của đa số các loại đá dùng trong xây dựng là CaCO3, chúng vừa có tác dụng chịu nhiệt, vừa chịu được lực. Dựa vào bảng 13.1 SGK trang 84, tính ΔrH298o của phản ứng:

CaCO3st°CaOs+CO2g

Phản ứng có xảy ra thuận lợi ở điều kiện thường không?

Lời giải:

Phản ứng: CaCO3st0CaOs+CO2g.

ΔrH2980= - 635,1 + (-393,5) - (-1 206,9) = +178,3 kJ/mol

Phản ứng không xảy ra ở điều kiện thường, do ΔrH2980> 0.

Bài 14.4 trang 56 SBT Hóa học 10: Propene là nguyên liệu cho sản xuất nhựa polypropylene (PP). PP được sử dụng để sản xuất các sản phẩm ống, màng, dây cách điện, kéo sợi, đồ gia dụng và các sản phẩm tạo hình khác.

Propene là nguyên liệu cho sản xuất nhựa polypropylene (PP) (ảnh 1)

Phản ứng tạo thành propene từ propyne:

CH3CCHg+H2gt°,Pd/PbCO3CH3CH=CH2g

a) Hãy xác định số liên kết CH;CC;CC trong hợp chất CH3CCH (propyne)

b) Từ năng lượng của các liên kết (Bảng 14.1, SGK trang 89), hãy tính biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành propene trên.

Lời giải:

a) Công thức cấu tạo đầy đủ của propyne:

Propene là nguyên liệu cho sản xuất nhựa polypropylene (PP) (ảnh 2)

Trong hợp chất CH3CCH số liên kết C-H là 4; C-C là 1; C≡C là 1.

b) Biên thiên enthalpy của phản ứng:

CH3CCHg+H2gt0,Pd/PbCO3CH3CH=CH2g

EbCH=413kJ/mol;EbCC=347kJ/mol;EbC=C=614kJ/mol;EbCC= 839 kJ/mol, Eb(H-H) = 432 kJ/mol.

ΔrH2980=EbCC+EbCC+4.EbCH+EbHHEbC=CEbCC6.EbCH

= 839 + 347 + 4.413 + 432 – 614 – 347 – 6.413 = -169 kJ.

Câu hỏi trang 57 SBT Hoá học 10

Bài 14.5 trang 57 SBT Hóa học 10Tính nhiệt tạo thành chuẩn của HF và NO dựa vào năng lượng liên kết (Bảng 14.1 SGK), của F2, H2, HF, N2, O2, NO. Giải thích sự khác nhau về nhiệt tạo thành của HF và NO.

Tính nhiệt tạo thành chuẩn của HF và NO dựa vào năng lượng liên kết (ảnh 2)

Lời giải:

Áp dụng công thức: ΔrH0298=Eb(cđ)Eb(sp)

EbFF=159kJ/mol;EbHH=432kJ/mol;EbHF=565kJ/mol;EbNN= 945 kJ/mol, Eb(O=O) = 498 kJ/mol; Eb(N≡O) = 631 kJ/mol;

H2g+F2g2HFg

Nhiệt tạo thành 1 mol HF:

ΔrH2980HF= 432 + 159 – 2.565 = -539 kJ < 0

 Phản ứng xảy ra.

N2g+O2g2NOg

Nhiệt tạo thành 1 mol NO:

ΔrH2980(NO) = 945 + 498 – 2.631 = +181 kJ > 0

 Phản ứng không xảy ra

Bài 14.6 trang 57 SBT Hóa học 10Phosgene là chất khí không màu, mùi cỏ mục, dễ hóa lỏng; khối lượng riêng 1,420 g/cm3 (ở 0oC); ts = 8,2 oC. Phosgene ít tan trong nước; dễ tan trong các dung môi hữu cơ, bị thủy phân chậm bằng hơi nước; không cháy; là sản phẩm công nghiệp quan trọng; dùng trong tổng hợp hữu cơ để sản xuất sản phẩm nhuộm, chất diệt cỏ, polyurethane, …

Phosgene là chất khí không màu, mùi cỏ mục, dễ hóa lỏng (ảnh 2)

Phosgene là một chất độc. Ở nồng độ 0,005 mg/L đã nguy hiểm đối với người; trong khoảng 0,1 – 0,3 mg/L, gây tử vong sau khoảng 15 phút.

Phosgene được điều chế bằng cách cho hỗn hợp CO và Cl2 đi qua than hoạt tính. Biết: Eb(Cl-Cl) = 243 kJ/mol; Eb(C-Cl) = 339 kJ/mol; Eb(C=O) = 745 kJ/mol;

Eb(C ≡ O) = 1075 kJ/mol.

Hãy tính biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành phosgene từ CO và Cl2.

Lời giải:

Phản ứng hoá học: COg+Cl2gChoattinhCOCl2g (Phosgene)

Áp dụng công thức: ΔrH0298=Eb(cđ)Eb(sp)

ΔrH2980 = 1075 + 243 – 2.339 - 745 = - 105 kJ

Bài 14.7 trang 57 SBT Hóa học 10: Kim loại nhôm có thể khử được oxide của nhiều nguyên tố. Dựa vào nhiệt tạo thành chuẩn của các chất (Bảng 13.1 SGK), tính biến thiên enthalpy của phản ứng nhôm khử 1 mol mỗi oxide sau:

a. Fe3O(s)

b. Cr2O3 (s)

Lời giải:

Áp dụng công thức: ΔrH0298=Eb(cđ)Eb(sp)

a) 8Als+3Fe3O4st09Fes+4Al2O3s1

ΔrH2980 (1) = 4.(-1 676,00) – 3.(-1 121,00) = -3 341,00 kJ

Biến thiên enthalpy của phản ứng nhôm khử 1 mol Fe3O4 là

13.ΔrH29801=13.3341,00=1113,67kJ

b) 2Als+Cr2O3st02Crs+Al2O3s2

ΔrH2980(2)= -1 676,00 - (-1 128,60) = -547,4 kJ

Biến thiên enthalpy của phản ứng nhôm khử 1 mol Cr2O3 là

1. ΔrH2980(2) = -547,4 kJ

Câu hỏi trang 58 SBT Hoá học 10

Bài 14.8 trang 58 SBT Hóa học 10: Cho 3 hydrocarbon X, Y, Z đều có 2 nguyên tử C trong phân tử. Số nguyên tử H trong các phân tử tăng dần theo thứ tự X, Y, Z.

a) Viết công thức cấu tạo của X, Y, Z.

b) Viết phương trình đốt cháy hoàn toàn X, Y, Z với hệ số nguyên tối giản.

c) Tính biến thiên enthalpy của mỗi phản ứng dựa vào enthalpy tạo thành tiêu chuẩn trong bảng sau.

Cho 3 hydrocarbon X, Y, Z đều có 2 nguyên tử C trong phân tử (ảnh 2)

d) Từ kết quả tính toán đưa ra kết luận về ứng dụng của phản ứng đốt cháy X, Y, Z trong thực tiễn.

Lời giải:

a) Ba hydrocarbon X, Y, Z lần lượt là HC≡CH (ethyne hay acetylene),

H2C=CH­2 (ethene hay ethylene), H3C-CH3 (ethane).

b) Phản ứng hoá học xảy ra:

2C2H2g+5O2gt04CO2g+2H2Og1

C2H4g+3O2gt02CO2g+2H2Og2

2C2H6g+7O2gt04CO2g+6H2Og3

c) ΔfH2980O2=0

ΔrH29801=4.ΔfH2980CO2+2.ΔfH2980H2O5.ΔfH2980O22.ΔfH2980C2H2

= 4.(-393,5) + 2.(-241,82) – 2.(227,0) = -2 511,64 kJ

ΔrH29802=2.ΔfH2980CO2+2.ΔfH2980H2O3.ΔfH2980O2ΔfH2980C2H4

= 2.(-393,5) + 2.(-241,82) - (52,47) = -1 323,11 kJ

ΔrH29803=4.ΔfH2980CO2+6.ΔfH2980H2O7.ΔfH2980O22.ΔfH2980C2H6

= 4.(-393,5) + 6.(-241,82) – 2.(-84,67) = - 2 855,58 kJ

d) Kết quả tính toán ΔrH2980 của phản ứng đốt cháy acetylene; ethylene; ethane giá trị lớn và < 0 (giải phóng năng lượng lớn) nên trong thực tiễn được sử dụng làm nhiên liệu. Riêng C2H2 trong thực tiễn làm đèn xì acetylene vì đèn xì acetylene có nhiệt độ cao nhất.

Bài 14.9 trang 58 SBT Hóa học 10: Cho các phản ứng: CaCO3sCaOs+CO2g ΔrH298o=+178,49kJ

C2H5OHl+3O2g2CO2g+3H2Ol ΔrH298o=1370,70kJ

Cgraphite,s+O2gCO2g ΔrH298o=393,51kJ

a) Phản ứng nào có thể tự xảy ra (sau giai đoạn khơi mào ban đầu), phản ứng nào không thể tự xảy ra?

b) Khối lượng ethanol hay graphite cần dùng khi đốt cháy hoàn toàn đủ tạo lượng nhiệt cho quá trình nhiệt phân hoàn toàn 0,1 mol CaCO3. Giả thiết hiệu suất các quá trình đều là 100%.

Lời giải:

a) Phản ứng nung vôi không tự xảy ra do > 0 nên cần nguồn nhiệt ngoài.

Hai phản ứng còn lại có thể tự xảy ra sau giai đoạn khơi mào do < 0.

b) Lượng nhiệt cần đề thu được 0,1 mol CaO là 0,1.178,49 = +17,849 kJ. Vậy:

- Lượng C2H5OH(l) cần dùng: 17,8491370,7=0,013mol0,598g.

Lượng C(graphite,s) cần dùng : 17,849393,51=0,045mol0,54g.

Bài 14.10 trang 58 SBT Hóa học 10Lactic acid hay acid sữa là hợp chất hóa học đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh hóa, lần đầu tiên được phân tách vào năm 1780 bởi nhà hóa học Thụy Điển Carl Wilhelm Scheele. Lactic acid có công thức phân tử C3H6O3, công thức cấu tạo CH3-CH(OH)-COOH.

Lactic acid hay acid sữa là hợp chất hóa học đóng vai trò quan trọng (ảnh 2)

Khi vận động mạnh cơ thể không đủ cung cấp oxygen, thì cơ thể sẽ chuyển hóa glucose thành lactic acid từ các tế bào để cung cấp năng lượng cho cơ thể (lactic acid tạo thành từ quá trình này sẽ gây mỏi cơ) theo phương trình sau:

C6H12O6aq2C3H6O3aq ΔrH298o=150kJ

Biết rằng cơ thể chỉ cung cấp 98% năng lượng nhờ oxygen, năng lượng còn lại nhờ vào sự chuyển hóa glucose thàng lactic acid.

Giả sử một người chạy bộ trong một thời gian tiêu tốn 300 kcal. Tính khối lượng lactic acid tạo ra từ quá trình chuyển hóa đó (biết 1 cal = 4,184 J).

Lời giải:

Tính khối lượng lactic acid tạo ra từ quá trình chạy bộ. Năng lượng của sự chuyển hoá glucose thành lactic acid trong quá trình chạy bộ chiếm

2% . 300 kcal = 6 kcal = 6 000 cal  25 104 J = 25,104 kJ.

C6H12O6 → 2C3H6O3 ΔrH2980=150kJ

0,335 mol ← -25,104 kJ

Khối lượng lactic acid được tạo ra trong quá trình chuyển hoá:

0,335.90 = 30,15 g.

Câu hỏi trang 59 SBT Hoá học 10

Bài 14.11 trang 59 SBT Hóa học 10Chloromethane (CH3Cl), còn được gọi là methyl chloride, Refrigerant-40 hoặc HCC 40. CH3Cl từng được sử dụng rộng rãi như một chất làm lạnh. Hợp chất khí này rất dễ cháy, có thể không mùi hoặc mùi thơm nhẹ.

Từ năng lượng của các liên kết (Bảng 14.1 SGK), hãy tính biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành chloromethane:

CH(g) + Cl2 (g) → CH3Cl (g) + HCl (g)

Cho biết phản ứng dễ dàng xảy ra dưới ánh sáng mặt trời. Kết quả tính có mâu thuẫn với khả năng dễ xảy ra của phản ứng không.

Lời giải:

Dựa vào công thức tính ΔrH2980 theo năng lượng liên kết cho phản ứng:

CH(g) + Cl2 (g) → CH3Cl (g) + HCl (g)

ΔrH2980= 4.Eb(C-H) + Eb(Cl-Cl) - [3. Eb(C-H) + Eb(C-Cl)] – Eb(H-Cl)

= 4.413 + 243 - (3.413 + 339) - 427 = -110 kJ.

Phản ứng có ΔrH2980< 0 nên thuận lợi về mặt nhiệt nên có thể tự xảy ra.

Kết quả tính hoàn toàn phù hợp với thực tế phản ứng xảy ra dễ dàng.

Bài 14.12 trang 59 SBT Hóa học 10Một xe tải đang vận chuyển đất đèn (thành phần chính là CaC2 và CaO) gặp mưa xảy ra sự cố, xe tải đã bốc cháy.

a. Viết phản ứng của CaC2 và CaO với nước.

b. Xe tải bốc cháy do các phản ứng trên tỏa nhiệt kích thích phản ứng cháy của acetylene:

C2H2g+2,5O2gt°2CO2g+H2Og

Dựa vào Bảng 13.1 SGK, tính biến thiên enthalpy của các phản ứng trên. Cho biết phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt.

Lời giải:

a) Các phản ứng xảy ra:

CaC2s+2H2O(l)CaOH2aq+C2H2g;

CaOs+H2OCaOH2aq.

b) Phản ứng cháy: C2H2g+52O2g2CO2g+H2Og

ΔrH2980=2.ΔfH2980CO2+ΔfH2980H2OΔfH2980C2H252.ΔfH2980O2

= 2.(-393,50) + (-241,82) - (+227,00)- 52.0 = -1 255,82 kJ

Do ΔrH2980< 0 nên phản ứng toả nhiệt.

Bài 14.13 trang 59 SBT Hóa học 10Cho phương trình hóa học của phản ứng: C2H4g+H2OlC2H5OHl

Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo nhiệt tạo thành chuẩn của các chất (Bảng 13.1 SGK)

Lời giải:

Phản ứng: C2H4g+H2O(l)C2H5OHl

Biến thiên enfhalpy của phản ứng tính theo nhiệt tạo thành chuẩn:

ΔrH2980=ΔfH2980C2H5OHΔfH2980C2H4ΔfH2980H2O

= - 277,63 - (+52,47) - (-285,84) = -44,26 kJ

Do ΔrH2980< 0 nên phản ứng toả nhiệt.

Bài 14.14 trang 59 SBT Hóa học 10: Cho phản ứng phân hủy hydrazine: N2H4gN2g+2H2g

a. Tính ΔrH298o theo năng lượng liên kết của phản ứng trên.

b. Hydrazine (N2H4) là chất lỏng ở điều kiện thường (sôi ở 114oC, khối lượng riêng 1,021 g/cm3). Hãy đề xuất lí do N2H4 được sử dụng làm nhiên liệu trong động cơ tên lửa. Biết: Eb(N-N) = 160 kJ/mol; Eb(N-H) = 391 kJ/mol; Eb(N ≡ N) = 945 kJ/mol; Eb(H-H) = 432 kJ/mol.

Lời giải:

a) Hydrazine có công thức cấu tạo: H2N-NH2. Một phân tử hydrazine có 1liên kết đơn N-N (Eb = 160 kJ/mol); 4 liên kết đơn N-H (Eb = 391 kJ/mol). N2 có1 liên kết ba N≡N (Eb = 945 kJ/mol), H2 có 1 liên kết đơn H-H (Eb = 432 kJ/mol).

Áp dụng công thức tính. ΔrH2980theo năng lượng liên kết:

ΔrH2980 = Eb(N-N) + 4.Eb(N-H) – Eb(N≡N) – 2.E(H-H)

= 160 + 4.391 - 945 – 2.432 = -85 kJ

b) Lí do N2H4 được sử dụng làm nhiên liệu trong động cơ tên lửa:

– N2H4 là chất lỏng ở điều kiện thường nên dễ bảo quản (nếu là chất khí cần nén ở áp suất cao gây nguy hiểm).

- Khối lượng riêng nhỏ nên nhẹ, phù hợp với nhiên liệu động cơ tên lửa (nếu nặng sẽ gây tốn năng lượng). ΔrH2980= - 85 kJ < 0 nên phản ứng có thẻ tự xảy ra mà không cần nguồn nhiệt ngoài.

- Giả sử 1 mol N2H4 lỏng phản ứng (có thẻ tích khá nhỏ) sẽ sinh ra 3 mol khí có thể tích lớn hơn rất nhiều nên sẽ tạo được luồng khí đây tên lửa đi.

Bài 14.15 trang 59 SBT Hóa học 10Quá trình hòa tan calcium chloride trong nước: CaCl2sCa2+aq+2Claq ΔrH298o=?

Quá trình hòa tan calcium chloride trong nước (ảnh 2)

Tính biến thiên enthapy của quá trình.

Lời giải:

CaCl2sCa2+aq+2Claq

Enthalpy của quá trình:

ΔrH2980= - 542,83 - 167,16 - (-795,00) = 85,01 kJ. 

Đánh giá

0

0 đánh giá