Enthalpy 2: phương trình nhiệt hóa học

Enthalpy 2 dù lôi cuốn, nhưng… vẫn là nội dung khó nuốt. Hãy kiên nhẫn nha bạn.

1. Phương trình nhiệt hóa học

1.1. Hồi trước, phản ứng hóa học mình ghi đơn sơ thôi, ví dụ:

• C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O
• H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O
• CaCO₃ –^t0→ CaO + CO₂
• N₂ + O₂ –^t0→  2NO

1.2. Đến năm 2022, hòa nhập với sách nước ngoài,

mình bổ sung thêm trạng thái (rắn, lỏng, khí/hơi, dung dịch) vào; trong đó nếu là

• chất rắn – dùng chữ s (solid).
• chất lỏng – dùng chữ l (liquid).
• chất khí/hơi – dùng chữ g (gaz).
• chất tan trong nước/dung dịch – dùng chữ aq (aqueous).

Ví dụ tiếp tục bổ sung các phương trình trên, sẽ như vầy nè:

• C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(l)
• H₂SO₄(aq) + 2NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2H₂O(l)
• CaCO₃(s) –^t0→ CaO(s) + CO₂(g)
• N₂(g) + O₂(g) –^t0→  2NO(g)

1.3. Phương trình nhiệt hóa học:

là phương trình phản ứng hóa học có kèm thêm nhiệt phản ứng (thu vào hoặc tỏa ra) và trạng thái của các chất.

Ở bài Enthalpy 1, mình đã biết

• phản ứng tỏa nhiệt: Chất phản ứng → Chất sản phẩm − nhiệt
• phản ứng thu nhiệt: Chất phản ứng → Chất sản phẩm + nhiệt

Như vậy, chỉ cần nhìn vào dấu âm hay dấu dương, mình sẽ biết ngay phản ứng là thu hay tỏa nhiệt. Phương trình nhiệt hóa học của các phản ứng trên như sau (dùng đơn vị kJ hoặc kcal ; liên quan giữa hai đơn vị là 1 kcal = 4,186 kJ hoặc 1 kJ = 0,239 kcal):

• C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(l) −1366,89 kJ
• H₂SO₄(aq) + 2NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2H₂O(l) −111,68 kJ
• CaCO₃(s) –^t0→ CaO(s) + CO₂(g) +178,49 kJ
• N₂(g) + O₂(g) –^t0→  2NO(g) +180 kJ

2. Biến thiên enthalpy của phản ứng

Những giá trị ghi như trên gọi là Biến thiên enthalpy của phản ứng hay nhiệt (tỏa/thu) phản ứng; tuy nhiên, các số này phải được đo đếm khi ta thực hiện các phản ứng ở nhiệt độ-nồng độ-áp suất không đổi thì mới có ý nghĩa. Các điều kiện thực hiện phản ứng là:

• nhiệt độ 25 ⁰C (hay 298 K; vì độ K = ⁰C + 273),
• áp suất 1 bar (chất khí) ; 1 bar = 0.99 atm,
• nồng độ 1mol/lit (dung dịch).

Các giá trị trên được các nhà hóa học gọi là Điều kiện chuẩn; khi đó …

…giá trị nhiệt tính toán ra-được gọi là Biến thiên enthalpy chuẩn (hay nhiệt phản ứng chuẩn) và kí hiệu rườm rà (theo SGK nào đó) là Δ_rH⁰₂₉₈ với

• r là viết tắt của reaction (phản ứng),
• số 0 là chỉ Điều kiện chuẩn,
• 298 là chỉ nhiệt độ khi tiến hành phản ứng.

Thôi, để đơn giản và đỡ tốn mực; mình viết theo sách nước ngoài nha, đơn giản là ΔH⁰. Bây giờ, các phương trình nhiệt hóa học trên được ghi đầy đủ đẹp đẽ hơn là:

• C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(l) ΔH⁰=−1366,89 kJ
• H₂SO₄(aq) + 2NaOH(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2H₂O(l) ΔH⁰=−111,68 kJ
• CaCO₃(s) –^t0→ CaO(s) + CO₂(g) ΔH⁰=+178,49 kJ
• N₂(g) + O₂(g) –^t0→  2NO(g) ΔH⁰=+180 kJ

3. Biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành hợp chất

3.1. Gọi ngắn gọn là Enthalpy tạo thành (hay nhiệt tạo thành)

Enthalpy tạo thành của 1 hợp chất là nhiệt tỏa ra hoặc thu vào của phản ứng tạo thành 1 mol hợp chất đó từ các đơn chất bền nhất. Nếu thực hiện phản ứng trong điều kiện chuẩn thì gọi là Enthalpy tạo thành chuẩn có:

• kí hiệu Δ_fH⁰₂₉₈ theo 1 số SGK Việtnam (f là viết tắt của từ tạo thành tiếng Anh – formation); để đơn giản mình ghi Δ_fH⁰ cho nhẹ nhàng!
• đơn vị kJ/mol hoặc kcal/mol như trên.
• Δ_fH⁰ của đơn chất bền nhất bằng 0.

3.2. Ví dụ để tạo nên hợp chất CO₂:

• lấy hai đơn chất bền là Carbon dạng graphite; Oxygen dạng khí O₂
• làm phản ứng C(s, graphite) + O₂(g) → CO₂(g)
• các nhà hóa học làm thực nghiệm và tính toán một hồi ra Δ_fH⁰ (CO₂, g) = −393,50 kJ/mol
• tức là phản ứng tạo thành khí CO₂ tỏa nhiệt.

3.3. Ví dụ để tạo nên hợp chất NO:

• lấy hai đơn chất bền là khí N₂, khí O₂
• làm phản ứng 1/2N₂(g) + 1/2O₂(g) → NO(g)
• các nhà hóa học làm thực nghiệm và tính toán một hồi ra Δ_fH⁰ (NO, g) = +90,29 kJ/mol
• tức là phản ứng tạo thành khí NO thu nhiệt.

3.4. Viết phương trình hóa học của phản ứng

dùng để xác định Enthalpy tạo thành của các hợp chất: NaCl (s), HCl (g), MgCO₃ (s), H₂SO₄ (l), CH₃COOH (l)?

3.5. Δ_fH⁰ của các hợp chất khác

Đến đây, thật quá khó để hiểu làm cách nào ta có các trị Δ_fH⁰ như trên; nhưng bé đừng lo… Vì các nhà hóa học đã tính toán giúp mình rồi, và họ liệt kê thành 1 bảng rất đẹp các trị Δ_fH⁰ dễ thương, mình chỉ dò và lấy số ra thôi, dễ lắm!

Bảng các trị Δ_fH⁰ bé có thể xem trong SGK, hoặc mình hỏi bác Google với từ khóa Enthalpy tạo thành, ….; sang hơn, mình dùng từ khóa tiếng Anh (Standard Enthalpies of Formation) để hỏi thì rất đẳng cấp. Nếu bận chơi facebook (không khuyến khích); bé có thể xem các giá trị Δ_fH⁰ tại:

• sistemas.eel.usp.br
• chem.libretexts.org

4. Tóm tắt bài Enthalpy 2

• Phương trình nhiệt hóa học là phương trình hóa học có ghi thêm nhiệt* tỏa ra hay thu vào. Nhiệt* đó được gọi là Biến thiên enthalpy của phản ứng, kí hiệu Δ_rH⁰ (ta ghi ΔH⁰ cho gọn).
• Phản ứng tạo nên hợp chất từ các đơn chất cũng tỏa hoặc thu nhiệt**. Nhiệt** đó được gọi là Biến thiên enthalpy tạo thành, kí hiệu Δ_fH⁰. Δ_fH⁰ của đơn chất bền nhất bằng 0.
• Δ_fH⁰ được các nhà hóa học dọn để sẵn, bé chỉ việc lấy ra để dùng, rất dễ và tiện lợi!

5. Tài liệu tham khảo thêm về enthalpy

Đến đây, bạn vẫn chưa hiểu sâu sắc về enthalpy, hãy kiên nhẫn! Đọc tiếp bài viết sau ở Enthalpy 3 để hiểu (đang cập nhật).

Mời các em đọc thêm các bài viết cao cấp về Enthalpy tiếng Anh tại (lưu ý không dành cho người yếu tim!):

• sciencedirect.com
• chem.libretexts.org
• grc.nasa.gov

6. Liên kết nhanh

Đọc thêm các bài viết của Hóa lớp 10 tại đây.

---

Tác giả: Đỗ Trọng Toan từ W3chem.com

Mình là người tự mình thực hiện toàn bộ dự án này – bao gồm xây dựng trang web, viết nội dung, tìm tài liệu tham khảo. Vui lòng xem xét QUYÊN GÓP để hỗ trợ W3chem CHỈ BẰNG CÁCH CHIA SẺ BÀI VIẾT NÀY LÊN MẠNG XÃ HỘI; bởi vì trong tương lai, bạn sẽ cho mình nhiều thời gian để làm việc trên W3chem, cũng có nghĩa bạn có thể nhận thêm nhiều nội dung mới nhanh hơn tại W3chem.

Mình cảm ơn bạn rất nhiều ⤵