Giải sách bài tập Hóa học 10 Bài 17. Biến thiên enthalpy trong phản ứng hóa học -Kết nối tri thức

Nhận biết

Bài 17.1 trang 45 SBT Hóa học 10: Phản ứng nào sau đây là phản ứng tỏa nhiệt?

A. Phản ứng nhiệt phân muối KNO₃.

B. Phản ứng phân hủy khí NH₃.

C. Phản ứng oxi hóa glucose trong cơ thể.

D. Phản ứng hòa tan NH₄Cl trong nước.

Lời giải

Đáp án đúng là: C

Oxi hóa glucose thành CO₂ và H₂O, tương tự phản ứng đốt cháy glucose là phản ứng tỏa nhiệt.

Bài 17.2 trang 45 SBT Hóa học 10: Phản ứng nào sau đây có thể tự xảy ra ở điều kiện thường?

A. Phản ứng nhiệt phân Cu(OH)₂

B. Phản ứng giữa H₂ và O₂ trong không khí.

C. Phản ứng giữa Zn và dung dịch H₂SO₄

D. Phản ứng đốt cháy cồn.

Lời giải

Đáp án đúng là: C

Phản ứng giữa Zn và dung dịch H₂SO₄ có thể tự xảy ra ở điều kiện thường

Zn(s) + H₂SO₄(aq) → ZnSO₄(aq) + H₂(g)

Các phản ứng còn lại cần cung cấp nhiệt thì phản ứng mới xảy ra.

Bài 17.3 trang 45 SBT Hóa học 10: Cho phản ứng hóa học xảy ra ở điều kiện chuẩn sau:

2NO₂(g) (đỏ nâu) → N₂O₄(g) (không màu)

Biết NO₂ và N₂O₄ có ${\Delta }_f{H}_{298}^o$ tương ứng là 33,18 kJ/mol và 9,16 kJ/mol. Điều này chứng tỏ phản ứng

A. tỏa nhiệt, NO₂ bền vững hơn N₂O₄.

B. thu nhiệt, NO₂ bền vững hơn N₂O₄.

C. tỏa nhiệt, N₂O₄ bền vững hơn NO₂.

D. thu nhiệt, N₂O₄ bền vững hơn NO₂.

Lời giải

Đáp án đúng là: C

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ = ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(N₂O₄) – 2. ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(NO₂)

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ = 9,16 – 2.33,18 = -57,2 (kJ) < 0

Phản ứng tỏa nhiệt, N₂O₄ bền hơn NO₂ 

Bài 17.4 trang 45 SBT Hóa học 10: Nung KNO₃ lên 550^oC xảy ra phản ứng:

KNO₃(s) → KNO₂(s) + $\frac{1}{2}$O₂(g) ∆H

Phản ứng nhiệt phân KNO₃ là

A. tỏa nhiệt, có ∆H < 0

B. thu nhiệt, có ∆H > 0

C. tỏa nhiệt, có ∆H > 0

D. thu nhiệt, có ∆H < 0

Lời giải

Đáp án đúng là: B

Phản ứng nhiệt phân KNO₃ chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao, khi cung cấp nhiệt vào, đó là phản ứng thu nhiệt, theo quy ước ∆H > 0

Bài 17.5 trang 46 SBT Hóa học 10: Nung nóng hai ống nghiệm chứa NaHCO₃ và P, xảy ra các phản ứng sau:

2NaHCO₃(s) → Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(g) (1)

4P(s) + 5O₂(g) → 2P₂O₅(s) (2)

Khi ngừng đun nóng, phản ứng (1) dừng lại còn phản ứng (2) tiếp tục xảy ra, chứng tỏ

A. phản ứng (1) tỏa nhiệt, phản ứng (2) thu nhiệt.

B. Phản ứng (1) thu nhiệt, phản ứng (2) tỏa nhiệt.

C. cả 2 phản ứng đều tỏa nhiệt.

D. cả 2 phản ứng đều thu nhiệt.

Lời giải

Đáp án đúng là: B

Khi ngừng đun nóng, phản ứng (1) dừng lại, chỉ còn phản ứng (2) tiếp tục xảy ra, chứng tỏ phản ứng (1) thu nhiệt, phản ứng (2) tỏa nhiệt.

Thông hiểu

Bài 17.6 trang 46 SBT Hóa học 10: Tiến hành quá trình ozone hóa 100 g oxi theo phản ứng sau:

3O₂ (oxygen) → 2O₃ (ozone)

Hỗn hợp thu được có chứa 24% ozone về khối lượng, tiêu tốn 71,2 kJ. Nhiệt tạo thành ${\Delta }_f{H}_{298}^o$ của ozone (kJ/mol) có giá trị là

A. 142,4

B. 284,8

C. -142,4

D. -284,8

Lời giải

Đáp án đúng là: A

Số mol O₃ $=\frac{100.24\%}{48}=\mathrm{0,5}\left(mol\right)$

Tạo thành 0,5 mol O₃ cần cung cấp 71,2 kJ nhiệt lượng.

Để tạo thành 2 mol O₃ cần cung cấp là: ${\Delta }_r{H}_{298}^o$ $=\frac{\mathrm{71,2.2}}{\mathrm{0,5}}=\mathrm{284,8}$kJ.

${\Delta }_r{H}_{298}^o$= 2. ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(O₃) – 3. ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(O₂) = 2. ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(O₃) – 3.0 = 284,8 (kJ)

⇒ ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(O₃) = 142,4 (kJ/mol)

Bài 17.7 trang 46 SBT Hóa học 10: Cho phản ứng hydrogen hóa ethylene sau:

H₂C=CH₂(g) + H₂(g) → H₃C-CH₃(g)

Biết năng lượng liên kết trong các chất cho trong bảng sau:

Biến thiên enthalpy (kJ) của phản ứng có giá trị là

A. 134

B. -134

C. 478

D. 284

Lời giải

Đáp án đúng là: B

${\Delta }_r{H}_{298}^o$= E_C=C + 4.E_C-H + E_H-H – E_C-C – 6E_C-H

= E_C=C + E_H-H – E_C-C – 2E_C-H

= 612 + 436 – 346 – 2.418 = -134 (kJ)

Bài 17.8 trang 46 SBT Hóa học 10: Cho phương trình phản ứng sau:

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) ∆H = -572 kJ

Khi cho 2 g khí H₂ tác dụng hoàn toàn với 32 g khí O₂ thì phản ứng

A. tỏa ra nhiệt lượng 286 kJ.

B. thu vào nhiệt lượng 286 kJ.

C. tỏa ra nhiệt lượng 572 kJ.

D. thu vào nhiệt lượng 572 kJ.

Lời giải

Đáp án đúng là: A

Số mol H₂ = 1 mol, số mol O₂ = 1 mol ⇒ H₂ phản ứng hết, O₂ dư.

$\begin{array}{l}2H_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\to 2H_{2}O\left(l\right) \\ 2mol \Delta H=-572kJ\\ 1molQ=?\end{array}$

Q = $\frac{1}{2}$.∆H = -286 (kJ).

Bài 17.9 trang 47 SBT Hóa học 10: Tính biến thiên enthalpy theo các phương trình phản ứng sau, biết nhiệt sinh của NH₃ bằng -46 kJ/mol.

N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) (1)

$\frac{1}{2}$N(g) + $\frac{3}{2}$H₂(g) → NH₃(g) (2)

So sánh ∆H (1) và ∆H (2). Khi tổng hợp được 1 tấn NH₃ thì nhiệt lượng tỏa ra hay thu vào là bao nhiêu? Tính theo hai phương trình phản ứng trên thì kết quả thu được giống nhau hay khác nhau.

Lời giải

Áp dụng công thức tính:

${\Delta }_r{H}_{298}^o=\sum {\Delta }_f{H}_{298}^o\left(sp\right)-\sum {\Delta }_f{H}_{298}^o\left(cd\right)$

Chú ý: Nhiệt tạo thành (nhiệt sinh) của đơn chất bằng 0

∆H (1) = 2.(-46) – 0 – 0 = -92 (kJ).

∆H (2) = (-46) – 0 – 0 = -46 (kJ).

Phản ứng tỏa nhiệt và ∆H (1) = 2.∆H (2)

Khi tông hợp 17 gam NH₃ thì tỏa ra 46 kJ nhiệt lượng.

⇒ Khi tổng hợp 1 tấn NH₃ thì nhiệt lượng tỏa ra $=\frac{{46.10}^6}{17}={\mathrm{2,7.10}}^6\left(kJ\right)$

Tính theo 2 phương trình phản ứng đều ra kết quả giống nhau.

Bài 17.10 trang 47 SBT Hóa học 10: Cho các phản ứng sau:

CaCO₃(s) → CaO + CO₂(g) (1)

C(graphite) + O₂ → CO₂(g)   (2)

Tính biến thiên enthalpy của các phản ứng trên. (Biết nhiệt sinh (kJ/mol) của CaCO₃, CaO và CO₂ lần lượt là -1 207, -635 và -393,5).

Lời giải

CaCO₃(s) → CaO + CO₂(g) (1)

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ (1) = ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(CaO) + ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(CO₂) - ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(CaCO₃)

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ (1) = (-635) + (-393,5) – (-1207) = +178,5 (kJ)

C(graphite) + O₂ → CO₂(g)   (2)

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ (2) = ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(CO₂) - ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(C) - ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(O₂)

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ (2) = (-393,5) – 0 – 0 = - 393,5 (kJ)

Bài 17.11 trang 47 SBT Hóa học 10: Cho các phản ứng sau và biến thiên enthalpy chuẩn:

(1) 2NaHCO₃(s) → Na₂CO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(g)     ${\Delta }_r{H}_{298}^o$ = +20,33 kJ

(2) 4NH₃(g) + 3O₂(g) → 2N₂(g) + 6H₂O(l)                 ${\Delta }_r{H}_{298}^o$ = -1 531 kJ

Phản ứng nào tỏa nhiệt? Phản ứng nào thu nhiệt?

Lời giải

Phản ứng (1) có ${\Delta }_r{H}_{298}^o$ = +20,33 kJ > 0 là phản ứng thu nhiệt

Phản ứng (2) có ${\Delta }_r{H}_{298}^o$ = -1 531 kJ < 0 là phản ứng tỏa nhiệt

Vận dụng

Bài 17.12 trang 47 SBT Hóa học 10: Phản ứng giữa khí nitrogen và oxygen chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao (3 000^oC) hoặc nhờ tia lửa điện: N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g)

b) Phản ứng trên tỏa nhiệt hay thu nhiệt?

b) Bằng kiến thức về năng lượng liên kết trong phân tử các chất, hãy giải thích vì sao phản ứng trên khó xảy ra.

Lời giải

a) Phản ứng trên chỉ xảy ra khi nhận nhiệt bên ngoài, đó là phản ứng thu nhiệt.

b) Do năng lượng liên kết trong phân tử các chất phản ứng rất lớn (N₂: 945 kJ/mol, O₂: 494 kJ/mol) so với sản phẩm (NO: 607 kJ/mol) nên phản ứng trên khó xảy ra.

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ = E_b(N₂) + E_b(O₂) – 2.E_b(NO)

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ = E_b(N≡N) + E_b(O=O) – 2.E_b(N=O)

${\Delta }_r{H}_{298}^o$= 945 + 494 – 2.607 = 225 kJ

Bài 17.13 trang 47 SBT Hóa học 10: Cho phản ứng nhiệt nhôm sau:

2Al(s) + Fe₂O₃(s) → Al₂O₃(s) + 2Fe(s)

Biết nhiệt tạo thành, nhiệt dung của các chất (nhiệt lượng cần cung cấp để 1 kg chất đó tăng lên 1 độ) được cho trong bảng sau:

Giả thiết phản ứng xảy ra vừa đủ, hiệu suất 100%; nhiệt độ ban đầu là 25^oC; nhiệt lượng tỏa ra bị thất thoát ngoài môi trường là 50%. Tính nhiệt độ đạt được trong lò phản ứng nhiệt nhôm.

Lời giải

Xét phản ứng giữa 2 mol Al với 1 mol Fe₂O₃ tạo ra 1 mol Al₂O₃ và 2 mol Fe.

Biến thiên enthalpy của phản ứng:

${\Delta }_r{H}_{298}^o$ = ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(Al₂O₃) + 2. ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(Fe) – 2. ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(Al) - ${\Delta }_f{H}_{298}^o$(Fe₂O₃)

= 1. (-16,37) + 2.0 – 2.0 – 1.(-5,14) = -21,51 (kJ)

Nhiệt dung của sản phẩm: C = 102.0,84 + 2.56.0,67 = 160,72 (J.K^-1).

Áp dụng công thức Q = m.C. ∆T

⇒ Nhiệt độ tăng lên: ∆T = $\frac{{\mathrm{21,51.10}}^3.50\%}{\mathrm{160,72}}=\mathrm{66,92}\left(K\right)$

Nhiệt độ đạt được = (25 + 273) + 66,92 = 365 (K)

Bài 17.14 trang 48 SBT Hóa học 10: Cho phản ứng đốt cháy butane sau:

C₄H₁₀(g) + O₂(g) → CO₂(g) + H₂O(g) (1)

Biết năng lượng liên kết trong các hợp chất cho trong bảng sau:

a) Cân bằng phương trình phản ứng (1).

b) Xác định biến thiên enthalpy (${\Delta }_r{H}_{298}^o$) của phản ứng (1).

c) Một bình gas chứa 12 kg butane có thể đun sôi bao nhiêu ấm nước? (Giả thiết mỗi ấm nước chứa 2 L nước ở 25^oC, nhiệt dung của nước là 4,2 J/g.K, có 40% nhiệt đốt cháy butane bị thất thoát ra ngoài môi trường).

Lời giải

a) C₄H₁₀(g) + $\frac{13}{2}$O₂(g) → 4CO₂(g) + 5H₂O(g) (1)

b) ${\Delta }_r{H}_{298}^o$= 3.E_C-C + 10.E_C-H + 6,5.E_O=O – 4.2.E_C=O – 5.2.E_O-H

= 3.346 + 10. 418 + 6,5.495 – 8.799 – 10.467 = -2626,5 (kJ).

c) Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy 12 kg butane là:

$Q=\frac{{12.10}^3\mathrm{.2626,5}}{58}=\mathrm{964163,4}\left(kJ\right)$

Nhiệt cần đun một ấm nước: 2.10³.4,2.(100-25) = 630000(J) = 630(kJ)

Số ấm nước: $\frac{\mathrm{964163,4.60}\%}{630}=918$ (ấm nước)