Bài 18: Ôn tập chương 5

1. Kiến thức trọng tâm

Chương 5 hệ thống lại kiến thức về năng lượng hoá học, trọng tâm là biến thiên enthalpy trong các phản ứng hoá học. Enthalpy, kí hiệu $H$, là hàm trạng thái đặc trưng cho nhiệt lượng của hệ ở áp suất không đổi. Biến thiên enthalpy của phản ứng, kí hiệu $\Delta_r H$, cho biết phản ứng toả nhiệt hay thu nhiệt. Phản ứng toả nhiệt có \Delta_r H < 0, hệ truyền nhiệt ra môi trường, ví dụ phản ứng đốt cháy nhiên liệu. Phản ứng thu nhiệt có \Delta_r H > 0, hệ nhận nhiệt từ môi trường, ví dụ phản ứng nhiệt phân $CaCO_3$.

Nhiệt tạo thành chuẩn của một chất, kí hiệu $\Delta_f H^\circ$, là biến thiên enthalpy khi tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền nhất ở điều kiện chuẩn. Nhiệt tạo thành chuẩn của đơn chất bền nhất bằng 0. Biến thiên enthalpy của phản ứng được tính theo công thức: $\Delta_r H^\circ = \sum \Delta_f H^\circ(\text{sản phẩm}) - \sum \Delta_f H^\circ(\text{chất phản ứng})$. Một cách khác là tính từ năng lượng liên kết: năng lượng cần để phá vỡ các liên kết trong chất phản ứng trừ đi năng lượng toả ra khi hình thành các liên kết trong sản phẩm. Định luật Hess khẳng định biến thiên enthalpy của phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối, không phụ thuộc vào con đường phản ứng. Nhờ đó, ta có thể tính $\Delta_r H$ của những phản ứng khó đo trực tiếp bằng cách kết hợp các phản ứng đã biết.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1. Cho phản ứng: $C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g)$, $\Delta_r H^\circ = -393,5$ kJ/mol. Phản ứng toả nhiệt, 1 mol carbon cháy toả ra 393,5 kJ nhiệt.

Ví dụ 2. Tính $\Delta_r H^\circ$ của phản ứng $2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l)$, biết $\Delta_f H^\circ$ của $H_2O(l)$ là $-285,8$ kJ/mol, của $H_2$ và $O_2$ bằng 0. Áp dụng công thức: $\Delta_r H^\circ = 2 \times (-285,8) - 0 = -571,6$ kJ/mol. Phản ứng toả nhiệt mạnh, là cơ sở của pin nhiên liệu hydrogen.

3. Ghi nhớ

• \Delta_r H < 0: toả nhiệt; \Delta_r H > 0: thu nhiệt.
• Nhiệt tạo thành chuẩn của đơn chất bền nhất bằng 0.
• $\Delta_r H$ tính từ nhiệt tạo thành chuẩn hoặc năng lượng liên kết.
• Định luật Hess giúp tính $\Delta_r H$ qua các phản ứng trung gian.