I. Hệ thống hoá kiến thức

Hệ thống hoá kiến thức trang 89

Đề bài: Hoàn thành các nội dung còn thiếu sau đây.

Lời giải:

1) Phân loại phản ứng theo dấu của biến thiên enthalpy:

$$\text{Chất phản ứng} \to \text{Sản phẩm}$$

• $\Delta_r H > 0$: phản ứng thu nhiệt.
• $\Delta_r H < 0$: phản ứng toả nhiệt.

2) Tính biến thiên enthalpy của phản ứng theo nhiệt tạo thành (ở điều kiện chuẩn):

$$\Delta_r H^o_{298} = \sum \Delta_f H^o_{298}(\text{sp}) – \sum \Delta_f H^o_{298}(\text{cđ})$$

3) Tính biến thiên enthalpy của phản ứng (mà các chất đều ở thể khí) theo năng lượng liên kết (ở điều kiện chuẩn):

$$\Delta_r H^o_{298} = \sum E_b(\text{cđ}) – \sum E_b(\text{sp})$$

II. Luyện tập

Câu 1 trang 89

Đề bài: Phản ứng chuyển hoá giữa hai dạng đơn chất của phosphorus (P):

$$\text{P(s, đỏ)} \to \text{P(s, trắng)} \quad \Delta_r H^o_{298} = 17{,}6 \text{ kJ}$$

Điều này chứng tỏ phản ứng:

A. thu nhiệt, P đỏ bền hơn P trắng.

B. thu nhiệt, P trắng bền hơn P đỏ.

C. toả nhiệt, P đỏ bền hơn P trắng.

D. toả nhiệt, P trắng bền hơn P đỏ.

Lời giải:

• $\Delta_r H^o_{298} = +17{,}6 \text{ kJ} > 0$ → phản ứng thu nhiệt.
• Vì phản ứng thu nhiệt nên P đỏ phải hấp thụ năng lượng để chuyển thành P trắng → P trắng có mức năng lượng cao hơn → P đỏ bền hơn P trắng.

Đáp án: A. thu nhiệt, P đỏ bền hơn P trắng.

Câu 2 trang 89

Đề bài: Cho biết biến thiên enthalpy của phản ứng sau ở điều kiện chuẩn:

$$\text{CO}(g) + \dfrac{1}{2}\text{O}_2(g) \to \text{CO}_2(g) \quad \Delta_r H^o_{298} = -283{,}0 \text{ kJ}$$

Biết nhiệt tạo thành chuẩn của $\text{CO}_2$: $\Delta_f H^o_{298}(\text{CO}_2(g)) = -393{,}5$ kJ/mol. Nhiệt tạo thành chuẩn của CO là:

A. −110,5 kJ/mol.

B. +110,5 kJ/mol.

C. −141,5 kJ/mol.

D. −221,0 kJ/mol.

Lời giải:

Áp dụng công thức:

$$\Delta_r H^o_{298} = \Delta_f H^o_{298}(\text{CO}_2) – \left[ \Delta_f H^o_{298}(\text{CO}) + \dfrac{1}{2} \cdot \Delta_f H^o_{298}(\text{O}_2) \right]$$

Vì $\text{O}_2$ là đơn chất ở dạng bền nên $\Delta_f H^o_{298}(\text{O}_2) = 0$. Thay số:

$$-283{,}0 = -393{,}5 – \Delta_f H^o_{298}(\text{CO})$$

$$\Delta_f H^o_{298}(\text{CO}) = -393{,}5 – (-283{,}0) = -110{,}5 \text{ (kJ/mol)}$$

Đáp án: A. −110,5 kJ/mol.

Câu 3 trang 89

Đề bài: Dung dịch glucose ($\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$) 5%, có khối lượng riêng là 1,02 g/mL, phản ứng oxi hoá 1 mol glucose tạo thành $\text{CO}_2(g)$ và $\text{H}_2\text{O}(l)$ toả ra nhiệt lượng là 2 803,0 kJ. Một người bệnh được truyền một chai chứa 500 mL dung dịch glucose 5%. Năng lượng tối đa từ phản ứng oxi hoá hoàn toàn glucose mà bệnh nhân đó có thể nhận được là:

A. +397,09 kJ.

B. +381,67 kJ.

C. +389,30 kJ.

D. +416,02 kJ.

Lời giải:

Bước 1: Khối lượng dung dịch glucose 5% trong chai:

$$m_{dd} = V \cdot d = 500 \cdot 1{,}02 = 510 \text{ (g)}$$

Bước 2: Khối lượng glucose nguyên chất (chiếm 5%):

$$m_{glucose} = 510 \cdot 5\% = 25{,}5 \text{ (g)}$$

Bước 3: Số mol glucose ($M = 180$ g/mol):

$$n_{glucose} = \dfrac{25{,}5}{180} \approx 0{,}1417 \text{ (mol)}$$

Bước 4: Năng lượng tối đa nhận được:

$$Q = 0{,}1417 \cdot 2803{,}0 \approx 397{,}09 \text{ (kJ)}$$

Đáp án: A. +397,09 kJ.

Câu 4 trang 90

Đề bài: Cho giá trị trung bình của các năng lượng liên kết ở điều kiện chuẩn:

Biến thiên enthalpy của phản ứng $\text{C}_3\text{H}_8(g) \to \text{CH}_4(g) + \text{C}_2\text{H}_4(g)$ có giá trị là:

A. +103 kJ.

B. −103 kJ.

C. +80 kJ.

D. −80 kJ.

Lời giải:

Bước 1: Đếm các liên kết trong từng phân tử (dựa vào công thức cấu tạo):

• $\text{C}_3\text{H}_8$ ($\text{CH}_3 – \text{CH}_2 – \text{CH}_3$): 2 liên kết C−C + 8 liên kết C−H.
• $\text{CH}_4$: 4 liên kết C−H.
• $\text{C}_2\text{H}_4$ ($\text{CH}_2 = \text{CH}_2$): 1 liên kết C=C + 4 liên kết C−H.

Bước 2: Tính tổng năng lượng liên kết các chất đầu:

$$\sum E_b(\text{cđ}) = 2 \cdot 346 + 8 \cdot 418 = 692 + 3344 = 4036 \text{ (kJ)}$$

Bước 3: Tính tổng năng lượng liên kết các sản phẩm:

$$\sum E_b(\text{sp}) = 4 \cdot 418 + (1 \cdot 612 + 4 \cdot 418) = 1672 + 2284 = 3956 \text{ (kJ)}$$

Bước 4: Tính biến thiên enthalpy:

$$\Delta_r H^o_{298} = \sum E_b(\text{cđ}) – \sum E_b(\text{sp}) = 4036 – 3956 = +80 \text{ (kJ)}$$

Đáp án: C. +80 kJ.

Câu 5 trang 90

Đề bài: Methane là thành phần chính của khí thiên nhiên. Xét phản ứng đốt cháy methane:

$$\text{CH}_4(g) + 2\text{O}_2(g) \to \text{CO}_2(g) + 2\text{H}_2\text{O}(l) \quad \Delta_r H^o_{298} = -890{,}3 \text{ kJ}$$

Biết nhiệt tạo thành chuẩn của $\text{CO}_2(g)$ và $\text{H}_2\text{O}(l)$ tương ứng là −393,5 và −285,8 kJ/mol. Hãy tính nhiệt tạo thành chuẩn của khí methane.

Lời giải:

Áp dụng công thức:

$$\Delta_r H^o_{298} = \left[ \Delta_f H^o_{298}(\text{CO}_2) + 2 \cdot \Delta_f H^o_{298}(\text{H}_2\text{O}) \right] – \left[ \Delta_f H^o_{298}(\text{CH}_4) + 2 \cdot \Delta_f H^o_{298}(\text{O}_2) \right]$$

Vì $\Delta_f H^o_{298}(\text{O}_2) = 0$, thay số:

$$-890{,}3 = \left[ (-393{,}5) + 2 \cdot (-285{,}8) \right] – \Delta_f H^o_{298}(\text{CH}_4)$$

$$-890{,}3 = (-393{,}5 – 571{,}6) – \Delta_f H^o_{298}(\text{CH}_4)$$

$$-890{,}3 = -965{,}1 – \Delta_f H^o_{298}(\text{CH}_4)$$

$$\Delta_f H^o_{298}(\text{CH}_4) = -965{,}1 + 890{,}3 = -74{,}8 \text{ (kJ/mol)}$$

Kết luận: Nhiệt tạo thành chuẩn của khí methane là −74,8 kJ/mol.

Câu 6 trang 90

Đề bài: So sánh nhiệt toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 1 kg cồn ($\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$) và 1 kg tristearin ($\text{C}_{57}\text{H}_{110}\text{O}_6$, có trong mỡ lợn). Cho biết:

$$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}(l) + 3\text{O}_2(g) \to 2\text{CO}_2(g) + 3\text{H}_2\text{O}(l) \quad \Delta_r H^o_{298} = -1365 \text{ kJ}$$

$$\text{C}_{57}\text{H}_{110}\text{O}_6(s) + \dfrac{163}{2}\text{O}_2(g) \to 57\text{CO}_2(g) + 55\text{H}_2\text{O}(l) \quad \Delta_r H^o_{298} = -35807 \text{ kJ}$$

Lời giải:

Bước 1: Tính khối lượng mol phân tử:

• $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$: $M = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 46$ g/mol.
• $\text{C}_{57}\text{H}_{110}\text{O}_6$: $M = 57 \cdot 12 + 110 \cdot 1 + 6 \cdot 16 = 890$ g/mol.

Bước 2: Tính số mol mỗi chất trong 1 kg (= 1000 g):

$$n_{cồn} = \dfrac{1000}{46} \approx 21{,}74 \text{ (mol)} \quad ; \quad n_{tristearin} = \dfrac{1000}{890} \approx 1{,}124 \text{ (mol)}$$

Bước 3: Tính nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy 1 kg mỗi chất:

$$Q_{cồn} = 21{,}74 \cdot 1365 \approx 29 ; 674 \text{ (kJ)}$$

$$Q_{tristearin} = 1{,}124 \cdot 35807 \approx 40 ; 247 \text{ (kJ)}$$

Kết luận:

So sánh: $Q_{tristearin} > Q_{cồn}$ (khoảng 1,36 lần).

→ Đốt cháy 1 kg tristearin toả ra nhiệt lượng lớn hơn đốt cháy 1 kg cồn.

Câu 7 trang 90

Đề bài: Biết $\text{CH}_3\text{COCH}_3$ có công thức cấu tạo (xem hình). Từ số liệu năng lượng liên kết ở Bảng 12.2, hãy xác định biến thiên enthalpy của phản ứng đốt cháy acetone ($\text{CH}_3\text{COCH}_3$):

$$\text{CH}_3\text{COCH}_3(g) + 4\text{O}_2(g) \to 3\text{CO}_2(g) + 3\text{H}_2\text{O}(g)$$

Lời giải:

Bước 1: Đếm các liên kết trong từng phân tử (dựa vào công thức cấu tạo):

• $\text{CH}_3\text{COCH}_3$: 6 liên kết C−H + 2 liên kết C−C + 1 liên kết C=O.
• $\text{O}_2$: 1 liên kết O=O.
• $\text{CO}_2$: 2 liên kết C=O.
• $\text{H}_2\text{O}$: 2 liên kết O−H.

Bước 2: Tra Bảng 12.2 năng lượng liên kết:

• $E_b(\text{C}-\text{H}) = 413$ kJ/mol
• $E_b(\text{C}-\text{C}) = 347$ kJ/mol
• $E_b(\text{C}=\text{O}_{acetone}) = 745$ kJ/mol
• $E_b(\text{O}=\text{O}) = 498$ kJ/mol
• $E_b(\text{C}=\text{O}_{\text{CO}_2}) = 799$ kJ/mol
• $E_b(\text{O}-\text{H}) = 467$ kJ/mol

Bước 3: Tính tổng năng lượng liên kết các chất đầu:

$$\sum E_b(\text{cđ}) = (6 \cdot 413 + 2 \cdot 347 + 1 \cdot 745) + 4 \cdot 498$$

$$= (2478 + 694 + 745) + 1992 = 3917 + 1992 = 5909 \text{ (kJ)}$$

Bước 4: Tính tổng năng lượng liên kết các sản phẩm:

$$\sum E_b(\text{sp}) = 3 \cdot 2 \cdot 799 + 3 \cdot 2 \cdot 467 = 4794 + 2802 = 7596 \text{ (kJ)}$$

Bước 5: Tính biến thiên enthalpy:

$$\Delta_r H^o_{298} = \sum E_b(\text{cđ}) – \sum E_b(\text{sp}) = 5909 – 7596 = -1687 \text{ (kJ)}$$

Kết luận: Phản ứng đốt cháy acetone có $\Delta_r H^o_{298} = -1687$ kJ → phản ứng toả nhiệt.

Câu 8 trang 90

Đề bài: Một bình gas (khí hoá lỏng) chứa hỗn hợp propane và butane với tỉ lệ số mol 1 : 2. Xác định nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 12 kg khí gas trên ở điều kiện chuẩn. Cho biết:

$$\text{C}_3\text{H}_8(g) + 5\text{O}_2(g) \to 3\text{CO}_2(g) + 4\text{H}_2\text{O}(l) \quad \Delta_r H^o_{298} = -2220 \text{ kJ}$$

$$\text{C}_4\text{H}_{10}(g) + \dfrac{13}{2}\text{O}_2(g) \to 4\text{CO}_2(g) + 5\text{H}_2\text{O}(l) \quad \Delta_r H^o_{298} = -2874 \text{ kJ}$$

Trung bình mỗi ngày, một hộ gia đình cần đốt gas để cung cấp 10 000 kJ nhiệt (hiệu suất hấp thụ nhiệt là 80%). Sau bao nhiêu ngày hộ gia đình trên sẽ sử dụng hết bình gas 12 kg?

Lời giải:

Bước 1: Đặt ẩn và tính số mol mỗi khí trong 12 kg.

Gọi $n_{\text{C}_3\text{H}_8} = x$ (mol) → $n_{\text{C}_4\text{H}_{10}} = 2x$ (mol).

Khối lượng mol: $M_{\text{C}_3\text{H}_8} = 44$ g/mol; $M_{\text{C}_4\text{H}_{10}} = 58$ g/mol.

Tổng khối lượng:

$$44x + 58 \cdot 2x = 12000$$

$$44x + 116x = 12000$$

$$160x = 12000 \Rightarrow x = 75 \text{ (mol)}$$

→ $n_{\text{C}_3\text{H}_8} = 75$ mol; $n_{\text{C}_4\text{H}_{10}} = 150$ mol.

Bước 2: Tính tổng nhiệt lượng toả ra khi đốt cháy hoàn toàn 12 kg gas:

$$Q_{tỏa} = 75 \cdot 2220 + 150 \cdot 2874 = 166 ; 500 + 431 ; 100 = 597 ; 600 \text{ (kJ)}$$

Bước 3: Tính nhiệt lượng thực sự được hộ gia đình hấp thụ (hiệu suất 80%):

$$Q_{thực} = 597 ; 600 \cdot 80\% = 478 ; 080 \text{ (kJ)}$$

Bước 4: Tính số ngày sử dụng:

$$\text{Số ngày} = \dfrac{478 ; 080}{10 ; 000} \approx 47{,}8 \text{ (ngày)}$$

Kết luận: Hộ gia đình sẽ sử dụng hết bình gas 12 kg sau khoảng 47,8 ngày.

ThS. Lê Thị Mai Nhi

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Hoá Học THPT

Trình độ: Thạc sĩ Hóa học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 10+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Chuyên Nguyễn Huệ