SỞ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO TỈNH NINH THUẬN TRƯỜNG THPT CHU VĂN AN  Sáng kiến kinh nghiệm Đề tài: Người thực hiện: Nguyễn Trung Quốc Chức vụ: Hiệu Trưởng Dạy: Môn Hóa Học Tp. Phan Rang – Tháp chàm, tháng 4 năm 2010 MỘT SỐ KINH NGHIỆM DẠY TỐT BÀI 1 HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN ỨNG LỚP 10 PHÂN BAN I. Hoàn cảnh nẩy sinh sáng kiến, kinh nghiệm : Một trong những xu hướng đổi mới phương pháp dạy học hiện nay là “ dạy học hướng vào người học”. Trên tinh thần đó, trong soạn giảng giáo viên cần chuẩn bò thật khéo léo và kỹ lưỡng, chọn lọc cả nội dung, cả phương pháp; giáo viên là người hướng dẫn, tổ chức để học sinh tích cực hoạt động tự mình tìm tòi, phát hiện và chiếm lónh kiến thức, từ đó học sinh có được niềm say mê học tập. Mỗi phản ứng hóa học đều kèm theo sự biến đổi năng lượng do sự khác nhau về năng lượng của các nguyên tử, phân tử giữa các chất phản ứng và sản phẩm. Năng lượng đó được thể hiện dưới nhiều dạng khác nhau, đặc biệt là nhiệt năng .Làm thế nào để học sinh hiểu và nắm vững phương pháp giải toán để xác đònh nhiệt của các phản ứng hóa học? Qua thực tế giảng dạy tôi xin đưa ra một số kinh nghiệm nhỏ của mình về 2 vấn đề: - Sử dụng đònh luật Hess như thế nào để giải các bài toán về nhiệt hóa học. - Một số dạng bài tập vận dụng đònh luật Hess. II. Qui trình thực hiện : Trong qúa trình thực hiện, tôi đã rút ra được một số kinh nghiệm như sau : * Đầu mỗi mục lớn là những nội dung lý thuyết căn bản. Tiếp đó là một số ví dụ, một số bài tập đã được lựa chọn nhằm giúp các em học sinh hiểu kiến thức sâu hơn và nâng cao kỹ năng vận dụng kiến thức. * Cuối cùng là một số bài tập nâng cao có lời giải tạo điều kiện cho các em tự bồi dưỡng để thi đại học, học sinh giỏi tỉnh và quốc gia. I. Phương trình trạng thái khí lí tưởng: Nếu có n mol khí ở áp suất p, nhiệt độ T, chiếm thể tích V thì phương trình trạng thái khí lí tưởng có dạng: PV = nRT = M m RT Trong đó: m : là khối lượng của khí (g) M: Khối lượng mol của khí (g/mol) R : là hằng số khí lí tưởng , R = 0,082 l 3 .atm.K -1 .mol V : là thể tích (l) T : là nhiệt độ tuyệt đối ( T = t 0 C + 273) P : là áp suất (atm) Lưu ý: R là hằng số phụ thuộc vào đơn vò - P (N/m 2 ) , V (cm 3 ) ⇒ R = 8,314 N.m/K.mol hay 8,314 J/K.mol ( vì 1 N.m = 1J) - Vì 1 cal = 4,18 J ⇒ R = 1,987 cal/K.mol - P (mmHg) , V (ml) , 1 atm = 760 mmHg ⇒ R = 62400 mmHg. ml/ K.mol II. p suất riêng phần của khí ( P i ) Nếu trong 1 bình kín có 1 hỗn hợp khí (không tham gia phản ứng với nhau) thì mỗi khí gây nên một áp suất gọi là áp suất riêng phần của khí đó và được kí hiệu là P i . Nếu gọi V là thể tích của hỗn hợp khí (bằng thể tích của bình đựng). Ta có: P chung = ∑ P i = V RTn i ∑ P i = n i V RT hoặc P i = x i P với x i = i i n n ∑ P i = 100 i a .P Trong đó: V là t 2 của hỗn hợp khí P là áp suất chung của hỗn hợp khí x i là nồng độ phần mol của khí i trong hỗn hợp n i là số mol khí i trong hỗn hợp chiếm a i % thể tích hỗn hợp P i là áp suất riêng phần của khí i 2 Bài tập 1: Trộn 2 lít khí O 2 với 3 lít khí N 2 có cùng áp suất 1 atm được 5 lít hỗn hợp. Tính áp suất riêng phần của từng khí trong hỗn hợp? Giải: P O 2 = 5 2 . 1 = 0,4 atm; P N 2 = 5 3 . 1 = 0,6 atm Bài tập 2: Một bình kín dung tích 8,96 lít chứa 4,8g O 2 ; 6,6g CO 2 và 2,8g hợp chất khí A . Ở 27,3 o C áp suất chung của hỗn hợp khí là 1,1 atm a/ Tính P riêng phần của mỗi khí ? b/ Tính M A ? c/ Biết A là hợp chất có 2 nguyên tố có tiû lệ khối lượng giữa 2 nguyên tố là 3/4 . Đònh CTPT của A? Giải: a/ n O 2 = 0,15 mol ; n CO 2 = 0,15 mol. p suất riêng phần mỗi khí: P O 2 = P CO 2 = V RTn O 2 = 0,4125 atm Ta có: P O 2 + P CO 2 + P A = 1,1 ⇒ P A = 0,275 atm b/ n A = 0,1 mol ⇒ M A = 28 g/mol c/ Đặt A: X x Y y m X = x M X m Y = yM Y Từ: Y X m m = 4 3 m X = 12 = xM X m X + m Y = 28 m Y = 16 = yM Y Lập bảng chọn x = 1, y = 1 , M X = 12 (C ) và M Y = 16 (O) ⇒ A: CO III. Nhiệt hóa học: - Một phản ứng hóa học xảy ra thường có sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh: + Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng nhường nhiệt cho môi trường + Phản ứng thu nhiệt là phản ứng nhận nhiệt của môi trường - Nhiệt hóa học là ngành hóa học nghiên cứu nhiệt của các phản ứng hóa học. 1/ Nhiệt phản ứng: a) Nhiệt lượng tỏa ra hay hấp thụ của 1 phản ứng hóa học được gọi là hiệu ứng nhiệt của phản ứng. Đơn vò: KJ / mol hay Kcal / mol. Thực nghiệm cho biết với mỗi phản ứng, giá trò nhiệt lượng đo được phụ thuộc vào: - Cách tiến hành đo ( Vd: Trong điều kiện đẳng tích hay đẳng áp) - Trạng thái của tác chất cũng như sản phẩm b) Hiệu ứng nhiệt phản ứng, đo ở điều kiện thể tích không đổi, được gọi là hiệu ứng nhiệt đẳng tích. Hiệu ứng nhiệt đẳng tích = biến thiên nội năng của hệ ( ∆ U) c) Hiệu ứng nhiệt phản ứng, đo ở điều kiện áp suất không đổi, được gọi là hiệu ứng nhiệt đẳng áp. Hiệu ứng nhiệt đẳng áp = biến thiên ENTANPI của hệ ( ∆ H) * Quy ước về dấu: Phản ứng tỏa nhiệt: ∆ H < 0 ; ∆ U < 0 Phản ứng thu nhiệt: ∆ H > 0 ; ∆ U > 0 Vd1: 2CO )(K + O 2 )(K → 2CO 2 )(K ∆ U = – 563,50 KJ 2CO )(K + O 2 )(K → 2CO 2 )(K ∆ H = – 565,98 KJ Vd2: C (r) + 2 1 O 2 )(K → CO 2 )(K ∆ H = – 395,41 KJ C (r) + 2 1 O 2 )(K → CO 2 )(K ∆ H = – 571,68 KJ * ∆ H được dùng nhiều hơn ∆ U vì phản ứng thường xảy ra ở áp suất không đổi 3 ⇒ Kim cương Than chì Tác chất Ghi chú: - Khi viết phương trình nhiệt hóa học, ta cần lưu ý: + Hệ số của phương trình: H 2 )(K + 2 1 O 2 )(K → H 2 O (lỏng) ∆ H = – 285,84 KJ 2H 2 )(K + O 2 )(K → 2H 2 O (lỏng) ∆ H = – 571,68 KJ + Nếu áp suất và nhiệt độ tại đó xác đònh giá trò entanpi. p suất 1 atm, nhiệt độ 25 0 C (hay 289K) được gọi là áp suất tiêu chuẩn và nhiệt độ tiêu chuẩn nhiệt động lực học. Vd: H 2 )(K + 2 1 O 2 )(K → H 2 O (lỏng) ∆ H 0 298 = - 285,84 KJ - Điều kiện chuẩn của phản ứng: 1 phản ứng hóa học được gọi là ở điều kiện chuẩn khi mỗi chất trong phản ứng ( kể cả các chất tham gia và sảøn phẩm phản ứng ) là nguyên chất ở áp suất 1 atm; nếu là chất tan trong dung dòch thì nồng độ của mỗi chất (hoặc ion) là 1 M và nhiệt độ của các chất đều bằng nhau 2/ Quan hệ giữa ∆ H và ∆ U : Ở nhiệt độ và áp suất không đổi, Ta có: ∆ H = ∆ U + RT ∆ n ∆ n = ∑ n khí (cuối) – ∑ n khí (đầu) 8,314 J/ mol.K 1,987 cal/ mol.K Bài tập: Khi 1 mol CH 3 OH chúng ở 298K và ở thể tích không đổi theo phản ứng: CH 3 OH (lỏng) + 2 3 O 2 )(K → CO 2 )(K + 2H 2 O (lỏng) nó giải phóng ra 173,63 Kcal nhiệt. Tính ∆ H của phản ứng? Giải: ∆ U = - 173,63 (phản ứng tỏa nhiệt nên năng lượng của hệ giảm, ∆ H < 0) Khi tiến hành phản ứng ở điều kiện P, T = Const, ta có: ∆ H = ∆ U + RT ∆ n R = 1,987.10 -3 Kcal / mol.K ∆ n = n CO 2 – n O 2 = 1 – 2 3 = – 0,5 ⇒ ∆ H = – 173,945 Kcal IV. Đònh luật Hess : 1/ Đònh luật Hess: Nhiệt của 1 phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu của phản ứng và trạng thái cuối của sản phẩm phản ứng, không phụ thuộc vào các giai đoạn trung gian, nghóa là không phụ thuộc vào con đường tiến hành phản ứng (Nói cách khác ∆ H và ∆ U của phản ứng là các hàm trạng thái) ∆ H 1 ∆ H 2 ∆ H 1 = ∆ H 2 = ∆ H 3 ∆ H 3 Vd: Từ graphit có thể điều chế CO 2 bằng 2 cách: C 1 : C(gr) + O 2 )(K → CO 2 )(K ∆ H C 2 : C(gr) + 2 1 O 2 )(K → CO )(K ∆ H 1 CO )(K + 2 1 O 2 )(K → CO 2 )(K ∆ H 2 Theo đònh luật Hess, ta có ∆ H = ∆ H 1 + ∆ H 2 C (gr) CO 2 (K) ∆ H 1 + ½ O 2 + ½ O 2 ∆ H 2 CO (K) 2/ Hệ quả 4 R = Sản phẩm + O 2 ∆ H - Entanpi của phản ứng thuận = Entanpi của phản ứng nghòch nhưng ngược dấu ∆ H t = – ∆ H n Vd: CO )(K + 2 1 O 2 )(K → CO 2 )(K ∆ H 0 298 = – 283 KJ CO 2 )(K → CO )(K + 2 1 O 2 )(K ∆ H 0 298 = + 283 KJ - Hiệu ứng nhiệt của 1 quá trình vòng (chu trình) bằng 0 3/ Ứng dụng của đònh luật Hess Thiết lập một quá trình vòng gồm nhiều giai đoạn , trong đó 1 là quá trình đang xét và ∆ H của tất cả các giai đoạn còn lại đều đã biết Vd: Xác đònh ∆ H của phản ứng: S(r) + 2 3 O 2 )(K → SO 3 )(K (1) ∆ H 1 ? Biết S(r) + O 2 )(K → SO 2 )(K (2) ∆ H 2 = – 297 Kcal / mol SO 2 + 2 1 O 2 )(K → SO 3 )(K (3) ∆ H 3 = – 98,2 Kcal / mol Giải: * Cách1: - Từ những dữ kiện của bài toán, ta có thể lập sơ đồ sau: TTĐ TTC S(r) + 2 3 O 2 )(K (1) SO 3 )(K + O 2 (K) ∆ H 2 ∆ H 3 + ½ O 2 (K) (2) (3) SO 2 (K) - Đònh luật Hess có : ∆ H 1 = ∆ H 2 + ∆ H 3 = – 395,2 Kcal / mol * Cách 2: (tổ hợp cân bằng) - Cộng phương trình (2) và phương trình (3) thu được phương trình (1) S(r) + O 2 )(K → SO 2 )(K (2) ∆ H 2 = – 297 Kcal / mol SO 2 + 2 1 O 2 )(K → SO 3 )(K (3) ∆ H 3 = – 98,2 Kcal / mol S(r) + 2 3 O 2 )(K → SO 3 )(K (1) ∆ H 1 = – 395,2 Kcal / mol 4/ Quy tắc chung: Nếu 1 phản ứng là tổng đại số của 1 số phản ứng thành phần thì ∆ H của nó bằng tổng đại số tương ứng của các ∆ H của các phản ứng thành phần đó V. Một số đại lượng nhiệt hóa để xác đònh hiệu ứng nhiệt 1/ Sinh nhiệt hay nhiệt tạo thành - Nhiệt tạo thành của 1 hợp chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các chất bền - Nhiệt tạo thành thường được đo trong điều kiện (1atm, 298 K) gọi là nhiệt tạo thành tiêu chuẩn hay enpanti tạo thành tiêu chuẩn và kí hiệu ∆ H o tt Vd: C (r) + O 2 )(K → CO 2 )(K ∆ H 0 298 = – 393,51 KJ ∆ H o tt (CO 2 , K) = – 393,5 KJ . mol -1 - Các đơn chất, theo đònh nghóa, có entanpi tạo thành mol tiêu chuẩn bằng 0. Với đơn chất tồn tại nhiều dạng thù hình, dạng bền nhất được chọn làm chuẩn. Vd: với C đó là than chì, với S đó là S tinh thể trực thoi. - Công thức: ∆ H 0 pư = ∑ ∆ H o tt ( sản phẩm) – ∑ ∆ H o tt (chất phản ứng) Bài tập: Tính hiệu ứng nhiệt của phản ứng: CaO (r) + CO 2 )(K → CaCO 3 (r) Biết nhiệt tạo thành của các chất 5 ∆ H 1 graphit Chất CaO (r) CO 2 )(K CaCO 3 (r) ∆ H 0 298 (KJ/mol) – 636 – 394 – 1207 Giải: * Cách 1: Theo đònh nghóa , sinh nhiệt của các chất là hiệu ứng nhiệt của các phản ứng sau: Ca (r) + 2 1 O 2 )(K → CaO (r) (1) ∆ H 1 = – 636 KJ / mol C (gr) + O 2 )(K → CO 2 )(K (2) ∆ H 2 = – 394 KJ / mol Ca (r) + C (gr) + 2 3 O 2 )(K → CaCO 3 (r) (3) ∆ H 3 = – 1207 KJ / mol - Hay có thể lập sơ đồ: Ca (r) + 2 1 O 2 )(K + C (gr) + O 2 (K) CaCO 3 (r) ∆ H 0 1 ∆ H 0 2 CaO (r) CO 2 ∆ H ? - Theo sơ đồ trên, nếu xem ( Ca(r) + C (r) + 2 3 O 2 )(K ) là trạng thái đầu và CaCO 3 (r) là trạng thái cuối, theo đònh luật Hess ta có: ∆ H 3 = ∆ H 2 + ∆ H 1 + ∆ H ⇒ ∆ H = – 177 KJ / mol * Cách 2: ∆ H = ∆ H CaCO 3 – ( ∆ H CaO + ∆ H CO 2 ) = –177 KJ / mol 2/ Thiêu nhiệt hay nhiệt đốt cháy - Là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy 1 mol chất bằng khí O 2 , để tạo thành sản phẩn cháy ở áp suất không đổi. Sản phẩm cháy của các nguyên tố C, H, N, S, Cl được chấp nhận tương ứng là CO 2 )(K , H 2 O (lỏng) N 2 )(K , SO 2 )(K và H Cl )(K Vd: C 6 H 5 NH 2(  ) + 4 31 O 2 )(K → 6 CO 2 )(K + 2 7 H 2 O (  ) + 2 1 N 2 )(K ∆ H 0 298 = – 3396 KJ ∆ H 0 đc ( C 6 H 5 NH 2 ,  ) = – 3396 KJ - Lưu ý : Đối với các nguyên tố, thiêu nhiệt của một nguyên tố cũng chính là sinh nhiệt của oxit bền nhất của nó - Công thức : ∆ H 0 pư = ∑ ∆ H 0 đc (tác chất) – ∑ ∆ H 0 đc (sản phẩm) Bài tập 1: Từ các dữ kiện sau C (than chì) + O 2 )(K → CO 2 )(K ∆ H 0 = – 393,5 KJ H 2 )(K + 2 1 O 2 )(K → H 2 O (lỏng) ∆ H 0 = – 285,8 KJ 2C 2 H 6 )(K + 7O 2 )(K → 4CO 2 )(K + 6 H 2 O (lỏng) ∆ H 0 = – 3119,6 KJ Tính biến thiên entanpi tiêu chuẩn của phản ứng: 2C (than chì) + 3H 2 )(K → C 2 H 6 )(K ∆ H 0 = ? Giải: Biến thiên entanpi tiêu chuẩn của phản ứng cần tính bằng: ∆ H 0 = ( – 393,5 x 2 ) + ( – 285,8 x 3) – ( – 3119,6 x 2 1 ) = – 84,6 KJ Bài tập 2: Giả sử có 3 phản ứng sau xảy ra trong điều kiện tiêu chuẩn nhiệt động học: a) C (r) + O 2 )(K → CO 2 )(K 6 ∆ H 0 3 b) C (r) + 2 1 O 2 )(K → CO )(K c) CO )(K + 2 1 O 2 )(K → CO 2 )(K Biến thiên enpanti của phản ứng nào được coi là: 1. Entanpi tạo thành tiêu chuẩn của khí CO 2 2. Entanpi đốt cháy của khí CO 3. Entanpi tạo thành tiêu chuẩn của khí CO 4. Entanpi đốt cháy của C Giải: 1.a) 2.b) 3.c) 4.a) Bài tập 3: Cho các đơn chất Halogen sau: a) Khí clo Cl 2 b) Clo lỏng Cl 2 c) Hơi brôm Br 2 d) Brôm lỏng Br 2 e) Hơi iôt I 2 f) Iot rắn I 2 Trong số các đơn chất này, đơn chất nào có entanpi tạo thành tiêu chuẩn khác 0? Giải: Theo quy ước, ở 25 0 C, khí Cl 2 , Br 2 lỏng, I 2 rắn có entanpi tạo thành mol tiêu chuẩn bằng 0. Cl 2 lỏng, Br 2 hơi và I 2 hơi có entanpi tạo thành mol tiêu chuẩn ≠ 0 3/ Nhiệt chuyển pha - Quá trình chuyển pha là quá trình trong đó 1 chất chuyển từ trạng thái tập hợp này sang trạng thái tập hợp khác Ví dụ : Sự nóng chảy, sự hóa rắn, sự thăng hoa, sự chuyển dạng thù hình. - Các quá trình chuyển pha cũng thường kèm theo hiệu ứng nhiệt, gọi là nhiệt chuyển pha và có thể xác đònh nhiệt chuyển pha của các quá trình khác nhau bằng cách sử dụng đònh luật Hess Ví dụ : H 2 O (r) → H 2 O (lỏng) ∆ H = 10,52 Kcal / mol C (gr) → C (kim cương) ∆ H = 0,453 Kcal / mol Bài tập 1: Xác đònh hiệu ứng nhiệt của phản ứng C (gr) C (kim cương) (1) Biết C (gr) + O 2 )(K → CO 2 )(K (2) ∆ H 2 = – 94,052 Kcal / mol C (kim cương) + O 2 )(K → CO 2 )(K (3) ∆ H 3 = – 94,505 Kcal / mol Giải: C (gr) C (Kim cương) +½ O 2 (K) ∆ H 2 ∆ H 3 + ½ O 2 (K) CO 2 (K) ∆ H 2 = ∆ H 1 + ∆ H 3 ⇒ ∆ H 1 = 0,453 Kcal / mol Bài tập 2: Xác đònh ∆ H hóa hơi của H 2 O Biết ∆ H 0 H 2 O (lỏng) = – 68,32 Kcal / mol ∆ H 0 H 2 O (K) = – 57,80 Kcal / mol Giải: Có thể lập sơ đồ H 2 O (lỏng) H 2 (K) + 2 1 O 2 )(K ∆ H bay hơi H 2 O (K) 7 ∆ H 1 p dụng đònh luật Hess: ∆ H 0 H 2 O (lỏng) + ∆ H bay hơi = ∆ H 0 H 2 O (K) ⇒ ∆ H bay hơi = 10,52 Kcal / mol 4/ Năng lượng liên kết (năng lượng phân li liên kết): E LK hay ∆ H LK - Năng lượng liên kết là năng lượng tiêu tốn để phá vỡ liên kết có trong 1 mol pt ở trạng thái khí. Liên kết càng bền thì năng lượng liên kết càng lớn. Trường hợp 1: Phân tử gồm 2 nguyên tử A – A Vd: H 2 )(K → H )(K + H )(K E LK = + 436,4 KJ / mol Nghóa là để bẻ gãy liên kết CHT trong 1 mol khí H 2 cần tiêu tốn 436,4 KJ Trường hợp 2: Phân tử gồm 2 nguyên tử A – B Vd: HCl )(K → H )(K + Cl )(K E LK = + 431,9 KJ / mol Trường hợp 3: Phân tử nhiều nguyên tử AB n . Ta có năng lượng liên kết trung bình Vd: Đònh năng lượng liên kết trung bình của các liên kết O – H trong phân tử H 2 O Ta có: H – O – H )(K H – O )(K + H )(K E LK = 493,7 KJ H – O )(K O )(K + H )(K E LK = 423,8 KJ phương trình tổng cộng: H 2 O )(K → 2H )(K + O )(K E LK = + 917,5 KJ Ta có thể coi 458,8 KJ / mol là năng lượng liên kết trung bình của liên kết O – H trong phân tử H 2 O Công thức: ∆ H pư = ∑ ∆ H LK (có trong pt các chất phản ứng) – ∑ ∆ H LK (có trong pt của sản phẩm) Bài tập 1: Căn cứ vào năng lượng liên kết Liên kết C ≡ C C – C C – Cl Cl – Cl NLLK (KJ / mol) 812 347 339 242,7 Tính biến thiên enpanti tiêu chuẩn của phản ứng: Cl Cl H – C ≡ C – H )(K + 2 Cl – Cl )(K H – C – C – H (K) Cl Cl Giải: ∆ H 0 = E (C ≡ C ) + 2E (C – H) + 2E (Cl – Cl) – E (C – C) – 4E (C – Cl) – 2E (C – H) = + 812 + 2. 242,7 – (347 + 4. 339) = – 405,6 KJ Bài tập 2: Tính năng lượng liên kết trung bình của liên kết N – H trong phân tử NH 3 , biết rằng: 2 1 N 2 (K) + 2 3 H 2 (K) NH 3 (K) ∆ H 0 = – 46,3 KJ Biết năng lượng liên kết của N 2 và H 2 tương ứng là 941,4 KJ và 436,4 KJ Giải: ∆ H 0 = 2 1 (941,4) + 2 3 (436,4) – 3x = – 46,3 ⇒ x = + 390,5 KJ 5/ Năng lượng mạng lưới tinh thể ion ( U ) - NLML tinh thể U là năng lượng cần cung cấp để phá vỡ 1 mol tinh thể thành các ion cô lập khí ở 0 K - NLML U có dấu dương, nó ngược dấu vơiù năng lượng hình thành mạng lưới tinh thể - Giá trò U càng lớn thì mạng lưới tinh thể càng bền Vd: LiF (r) → Li + (K) + F — (K) U = + 1050 KJ / mol 8 - Giá trò U tỉ lệ thuận với điện tích của các ion và tỉ lệ nghòch với khoảng cách giữa các ion trong tinh thể (rắn) : U ≈ aC aC rr QQ + . - Để xác đònh U ta có thể dựa vào chu trình Bor n-Haber Vd: NLML ion của tinh thể NaCl được coi là hiệu ứng nhiệt của phản ứng sau đây có đổi dấu: a + (K) + Cl — (K) → NaCl (r) Ta có chu trình: Na (K) + Cl (K) (C ) Na + (K) + Cl — (K) (B) (D) Na (r) + 2 1 Cl 2 (K) (A) NaCl (r) Giai đoạn A: Hiệu ứng nhiệt của giai đo0ïn A chính là nhiệt tạo thành NaCl (r) Na (r) + 2 1 Cl 2 (K) → NaCl (r) ∆ H (A) = – 410,7 KJ / mol Giai đoạn B: Gồm sự thăng hoa của 1 mol nguyên tử Na và sự bẻ gãy liên kết của nữa mol khí clo (Nhiệt phân li nữa mol khí clo) Na (r) → Na (K) ∆ H 1 = + 107,6 KJ / mol 2 1 Cl 2 (K) → Cl (K) ∆ H 2 = + 120,0 KJ / mol Hiệu ứng nhiệt của giai đoạn này: ∆ H (B) = ∆ H 1 + ∆ H 2 = + 227,6 KJ / mol Giai đoạn C: Gồm sự tách electron của nguyên tử Na (Năng lượng ion hóa Na) và sự kết hợp electron của nguyên tử clo (i lực với electron của clo) Na (K) → Na + (K) + 1e ∆ H 3 = + 495,8 KJ / mol Cl (K) + 1e → Cl — (K) ∆ H 4 = – 348,8 KJ / mol Hiệu ứng nhiệt của giai đoạn này là: ∆ H (C) = ∆ H 3 + ∆ H 4 = + 147,0 KJ / mol Giai đoạn D: Gồm sự tạo thành mạng lưới tinh thể ion Na + (K) + Cl — (K) → NaCl (r) ∆ H (D) Cuối cùng áp dụng đònh luật Hess cho chu trình trên: ∆ H (A) = ∆ H (B) + ∆ H (C) + ∆ H (D) = – 785,3 KJ / mol Vậy NLML tinh thể NaCl: U = + 785,3 KJ / mol Bài tập: Tính NLML tinh thể ion Bacl 2 từ các dữ kiện sau: - Sinh nhiệt của BaCl 2 tinh thể: – 860,23 KJ / mol - Nhiệt phân li của clo: + 238,49 KJ / mol - Nhiệt thăng hoa của Ba kim loại: 192,46 KJ / mol - Thế ion hóa thứ nhất của Ba: 501,24 KJ / mol - Thế ion hóa thứ hai của Ba 962,32 KJ / mol - i lực electron của Clo – 357,73 KJ / mol Giải: Năng lượng mạng lưới tinh thể ion BaCl 2 (r) → Ba 2+ (K) + 2Cl — (K) ∆ H 1 = ? Theo đề bài ta có: Ba (r) + Cl 2 (K) → BaCl 2 (r) ∆ H 2 = – 860,23 KJ / mol Cl 2 (K) → 2Cl (K) ∆ H 3 = 238,49 KJ / mol Ba (r) → Ba (K) ∆ H 4 = 192,46 KJ / mol Ba (K) → Ba + (K) + 1e ∆ H 5 = 501,24 KJ / mol Ba + (K) → Ba 2+ (K) + 1e ∆ H 6 = 962,32 KJ / mol Cl (K) + 1e → Cl — (K) ∆ H 7 = – 357,73 KJ / mol Ba (r) + Cl 2 (K) BaCl 2 (r) ∆ H 4 ∆ H 3 Ba (K) 2Cl (K) ∆ H 5 – ∆ H 1 Ba + (K) 2 ∆ H 7 ∆ H 6 Ba 2+ (K) 2Cl — (K) Theo đònh luật Hess ta có: ∆ H 2 = ∆ H 4 + ∆ H 5 + ∆ H 6 + ∆ H 3 + 2 ∆ H 7 – ∆ H 1 = 192,46 + 501,24 + 962,32 + 238,49 + 2(– 357,7) – (– 860,23) = 2039,28 KJ / mol VI. Xét chiều của phản ứng hóa học: 9 H 2 Trong tự nhiên các quá trình tự nhiên xảy ra theo chiều hoàn toàn xác đònh Vd: - Nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh - Khí chuyển từ áp suất cao sang áp suất thấp - Axit HCl + dd NaOH → NaCl + H 2 O Các quá trình ngược lại không thể tự xảy ra. Vậy để xét chiều của các quá trình lí học và hóa học, ngoài hiệu ứng nhiệt còn phải tính đến 1 hiệu ứng nữa là hiệu ứng NTROPI ( S) 1/ Entropi của 1 chất hay 1 hệ: a) Trong 1 hệ cô lập (hệ không trao đổi chất và năng lượng với môi trường), chiều của quá trình tự xảy ra là chiều tăng entropi của hệ, nghóa là chiều của hệ chuyển từ trạng thái 1 với giá trò entropi S 1 sang trạng thái 2 với giá trò entropi S 2 có ∆ S = S 2 – S 1 > 0 Vd: ∆ S = S ( N 2 + Ar ) – ( S N 2 + S Ar ) > 0 N 2 Ar b) Entropi là đại lượng đặc trưng cho độ hỗn độn (độ mất trật tự) của 1 chất hay hệ. Khi các chất nguyên chất trộn lẫn nhau thì độ hh tăng lên nghóa là ∆ S > 0 c) Một chất hay một hệ có độ hỗn độn càng lớn thì entropi càng lớn. Do đó độ hỗn độn của 1 chất hay 1 hệ càng lớn khi chất đó hay hệ đó càng nhiều hạt và sự chuyển động, dao động của các hạt càng mạnh ( liên kết giữa các hạt càng yếu) Vd: S H 2 O (rắn) < S H 2 O (lỏng) < S H 2 O (K) S H 2 (K) < S O 2 (K) < S O 3 (K) Bài tập áp dụng: 1/ Cho biết entropi của mỗi hệ biến đổi như thế nào trong từng quá trình sau: a) Hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng b) Đường từ dung dòch kết tinh thành tinh thể c) Đun nóng khí H 2 từ 60 0 C đến 80 0 C d) Nước đá khô thăng hoa e) N 2 (K) + 3H 2 (K) → 2NH 3 (K) f) C (r) + H 2 O (K) → CO (K) + H 2 (K) Giải: Entropi của hệ tăng trong các quá trình c , d , f và giảm trong các quá trình a , b , e 2/ Trong các phản ứng sau, những phản ứng nào có ∆ S > 0 , ∆ S < 0 , ∆ S ≈ 0 a) C (r) + CO 2 (K) → 2CO (K) > 0 b) CO (K) + 2 1 O 2 (K) → CO 2 (K) < 0 c) H 2 (K) + Cl 2 (K) → 2HCl (K) ≈ 0 d) S (r) + O 2 (K) → SO 2 (K) ≈ 0 e) Zn (r) + 2HCl (dd) → ZnCl 2 ∆ S > 0 * Qui ước: - Entropi của chất nguyên chất dưới dạng tinh thể hoàn chỉnh ở không độ tuyệt đối có giá trò bằng 0 S 0K = 0 - Giá trò entropi S của 1 chất xác đònh ở áp suất 1 atm và nhiệt độ 298K (25 0 C) gọi là entropi chuẩn của chất đó và được kí hiệu: S 0 298 ( J. mol -1 . K -1 ) - Entropi là một đại lượng dung độ Vd: S 0 298 (H 2 , K) = 130,59 J.K -1 .mol -1 ⇒ Nếu 2 mol H 2 thì entropi phải là 2. 130,59 = 261,18 J.K -1 .mol -1 2/ Sự biến thiên entropi ∆ S trong phản ứng hóa học: Xét phản ứng: aA + bB → cC + dD Ở T và P không đổi, sự biến thiên entropi của phản ứng được tính theo công thức sau: ∆ S 0 pu = ∑ S 0 298 (sp pứ) – ∑ S 0 298 (chất pứ) = ( c S C + d S D ) – (a S A + b S B ) Vd: Tính ∆ S của phản ứng sau: SO 2 + 2 1 O 2 )(K → SO 3 )(K Chất SO 2 (K) O 2 (K) SO 3 (K) 10 [...]... tiêu chuẩn của từng chất sau đây: CH3OH lỏng + 0 ∆ H 298 (KJ.mol -1) S0 298 – 238,66 3 O2 (K) 2 CO2 (K) + 2H2O(K) 0 – 393, 51 – 2 41, 82 (KJ.mol ) 12 6,8 205,03 213 ,63 18 8,72 Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng đẳng áp của phản ứng, hiệu ứng nhiệt đẳng tích của phản ứng, biến thiên entropi phản ứng, biến thiên thế đẳng áp phản ứng ở điều kiện tiêu chuẩn? Bài 9: Biết năng lượng phân li của oxi là 493, 71 KJ / mol,... điều kiện chuẩn tại 298 K một phản ứng có: 0 0 ; ∆ G 298 = + 93000 J / mol ∆ H 298 = + 15 0000 J / mol 0 Hãy tính ∆ G 10 00 ở 10 00 K và nhận xét về chiều tự phát của quá trình tại 2 nhiệt độ đã cho ở điều kiện tiêu chuẩn Bỏ qua sự thay đổi ∆ H0 theo nhiệt độ 0 0 1 1 ∆G1000 ∆G298 = + ∆ H0 − 10 00 298 10 00 298 93000 298 − 10 00 0 ⇒ ∆ G 10 00 = 10 00 + 15 0000 = – 412 75 J / mol 298 10 00.298 Nhận xét: Ở điều kiện... theo nhiệt độ Hãy tính ∆ G 12 73 của phản ứng tại nhiệt độ 10 000 C Nhận xét về khả năng tự phát của phản ứng tại 10 00 0 C? c) Giả sử bỏ qua sự biến đổi của ∆ H0 và ∆ S0 của phản ứng theo nhiệt độ, hãy đánh giá gần đúng nhiệt độ tại đó phản ứng nhiệt phân bắt đầu xảy ra tự phát theo chiều thuận? Bài 15 : Cho các chất ở điều kiện chuẩn: Fe O2 FeO Fe2O3 Fe3O4 0 Sinh nhiệt ∆ H S (Kcal / mol) 0 0 – 63,7 – 16 9,5... – S 298 (CaCO3) = + 15 9 ,11 J/K.mol 0 0 0 ∆ G 298 (pư) = ∆ H 298 (pư) – T ∆ S 298 (pư) = 17 8 310 – 298 x 15 9 ,11 = 13 0895,22 J/mol Nhận xét: Ở 298 K , ∆ G 0 (pư) > 0 nên phản ứng nhiệt phân không tự xảy ra 298 b) T = 10 00 + 273 = 12 73 K 0 1 1 ∆G1273 ∆G 0 298 = + ∆ H0 − 12 73 298 12 73 298 0 → ∆ G 12 73 = – 24237 J/mol 0 Nhận xét: Tại 12 73 K ( tức 10 00 0C) ở điều kiện tiêu chuẩn có ∆ G 12 73 < 0 nên chiều tự... (chất phản ứng) (Biến thiên năng lượng tự do của phản ứng) 3 Tính theo hằng số cân bằng của phản ứng: Ở thời điểm hệ đạt trạng thái cân bằng, biến thiên năng lượng tự do của chuẩn của 1 phản ứng liên hệ với hằng số cân bằng K của nó qua biểu thức ∆ G0 = – RT ln K = – 2,303 RT lg K R: hằng số khí lý tưởng bằng 1, 987 cal mol -1 K -1 T: Nhiệt độ tuyệt đối K BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Bài 1: a) Chứng minh... qủa thực nghiệm sau: - Nhiệt đốt cháy CH4 : - 8 01, 7 kJ/mol - Nhiệt đốt cháy C2H6 : - 14 12,7 kJ/mol - Nhiệt đốt cháy H2 : - 2 41, 5 kJ/mol 19 - Nhiệt đốt cháy than chì: - 393,4 kJ/mol - Nhiệt hóa hơi than chì: 715 ,0 kJ/mol - năng kượng liên kết H – H : 4 31, 5 kJ/mol Các kết qủa đều đo được ở 2980K và 1 atm Kết qủa làm bài của học sinh : Lớp 10 11 NK 12 Số học sinh 30 25 30 Giỏi 70% 83% 70% Khá 15 % 14 % 20%... Trung bình 15 % 3% 10 % Yếu 0 0 0 2/ Tính lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy 1m3 (đktc) hỗn hợp khí gồm 14 % H2 ; 32% CH4; 15 ,5% CO; 12 ,5% CO2; 26,0% N2 (theo thể tích) Biết nhiệt tạo thành của CH 4,, CO, CO2, hơi H2O tương ứng bằng : - 74,9 kJ/mol ; -11 0,5 kJ/mol ; -393,7 kJ/mol ; - 2 41, 8 kJ/mol Kết qủa làm bài của học sinh : Lớp 10 11 NK 12 IV Số học sinh 30 25 30 Giỏi 80% 84% 93,33% Khá 20% 16 % 6,67% Trung... 393, 514 KJ / mol ∆ H4 = – 285,838 KJ / mol Hãy xác đònh nhiệt tạo thành và nhiệt đốt cháy C2H4 Bài 7: Cho các số liệu nhiệt động học của 1 số phản ứng ở 298K 2NH3 + 3N2O  4N2 + 3H2O ∆ H1 = – 10 11 N2O + 9H2  N2H4 + H2O ∆ H2 = – 317 2NH3 + 1 O2 2 1 O2 2 H2 + KJ / mol KJ / mol  N2H4 + H2O ∆ H3 = – 14 3 KJ / mol  H2O ∆ H4 = – 286 KJ / mol Hãy tính nhiệt tạo thành của N2H4 và NH3? Bài 8: Cho biết nhiệt. .. thường là KJ.mol -1 hoặc Kcal.mol -1 -1 -1 hoặc cal.mol -1. K -1 ∆ S thường là J.mol K ⇒ Khi tính ∆ G thì ∆ H giữ nguyên còn ∆ S .10 -3 và lúc đó đơn vò của ∆ G là KJ hoặc Kcal Nếu ∆ S để nguyên thì ∆ H .10 3 và lúc đó đơn vò của ∆ G là J hoặc cal ( 1 cal = 4 ,18 J) → 1 Vd: Xét phản ứng: CO2 ( K ) CO ( K ) + 2 O2 ( K ) Biết các số liệu nhiệt động sau: Chất O2 (K) CO2 (K) CO (K) 0 -1 – – 393, 51 – 11 0,52 ∆ H 298... nhiệt độ tăng lên sẽ ảnh hưởng đến hướng diễn ra của các phản ứng như thế nào? Bài 13 : -1 Cho phản ứng: Chất 0 ∆ H 298 ( KJ / mol) CO2 (K) → CO(K) – O2 + 1 O2 (K) và các dữ kiện: 2 CO2 CO – 393,5 21 – 11 0,52 0 ∆ S 298 ( J.K -1. mol -1) 205,03 213 ,64 – 19 7, 91 0 a) Ở điều kiện chuẩn (25 C) phản ứng trên có xảy ra được không? b) Nếu coi ∆ H và ∆ S không phụ thuộc vào nhiệt độ Hãy cho biệt ở nhiệt độ nào phản . 2H 2 O (K) ∆ H 0 298 (KJ.mol -1 ) – 238,66 0 – 393, 51 – 2 41, 82 S 0 298 (KJ.mol -1 ) 12 6,8 205,03 213 ,63 18 8,72 Tính hiệu ứng nhiệt phản ứng đẳng áp của phản ứng, hiệu ứng nhiệt đẳng tích của phản ứng, biến thiên. Phản ứng thu nhiệt là phản ứng nhận nhiệt của môi trường - Nhiệt hóa học là ngành hóa học nghiên cứu nhiệt của các phản ứng hóa học. 1/ Nhiệt phản ứng: a) Nhiệt lượng tỏa ra hay hấp thụ của 1. kinh nghiệm Đề tài: Người thực hiện: Nguyễn Trung Quốc Chức vụ: Hiệu Trưởng Dạy: Môn Hóa Học Tp. Phan Rang – Tháp chàm, tháng 4 năm 2 010 MỘT SỐ KINH NGHIỆM DẠY TỐT BÀI 1 HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA PHẢN