Tính biến thiên enthalpy của phản ứng đốt cháy 1 mol ethanol và 1 mol khí gas

Câu trả lời đúng nhất: Phản ứng đốt cháy 1 mol octane:

Đốt cháy 1 mol C₈H₁₈(g) tỏa ra 4238 kJ nhiệt lượng

Phản ứng đốt cháy 1 mol methane

Đốt cháy 1 mol CH₄(g) tỏa ra 710 kJ nhiệt lượng

Như vậy nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy octane lớn hơn nhiều so với đốt cháy methane. Hay phản ứng đốt cháy octane xảy ra mãnh liệt hơn phản ứng đốt cháy methane.

Kiến thức bổ sung về Enthalpy và các bài tập Enthalpy

1. Entanpi là gì?

Enthalpy là lượng nhiệt mà hệ thống nhiệt động giải phóng hoặc hấp thụ từ môi trường xung quanh khi nó ở áp suất không đổi, hệ nhiệt động có nghĩa là bất kỳ vật thể nào.

Trong vật lý và hóa học, enthalpy là một đại lượng nhiệt động có đơn vị đo là Joules (J) và được biểu thị bằng chữ H.

Công thức tính entanpy là:

H = E + PV

Ở đâu:

H là entanpi, E là năng lượng của hệ nhiệt động, P là áp suất của hệ nhiệt động, V là thể tích.

Trong công thức này, tích của áp suất nhân với thể tích (PV), bằng với công việc cơ học được áp dụng cho hệ thống.

Do đó, entanpy bằng năng lượng của một hệ nhiệt động cộng với công việc cơ học được áp dụng cho nó.

Tuy nhiên, entanpy của một hệ thống chỉ có thể được đo tại thời điểm xảy ra biến đổi năng lượng. Biến thể, được biểu thị bằng dấu, tạo ra một công thức mới:

∆H = ∆E + P∆V

Điều này có nghĩa là độ biến thiên của entanpy (H) bằng với biến thiên năng lượng (∆E) cộng với công việc cơ học được áp dụng cho hệ thống (PV).

Enthalpy xuất phát từ tiếng Hy Lạp enthálpō , có nghĩa là thêm hoặc thêm nhiệt. Thuật ngữ này lần đầu tiên được đặt ra bởi nhà vật lý người Hà Lan Heike Kam Muffh Onnes, người giành giải thưởng Nobel Vật lý năm 1913.

2. Các bài tập về Enthalpy

a. Xác định chất phản ứng và sản phẩm. 

Mọi phản ứng hóa học đều bao gồm chất tham gia phản ứng và sản phẩm. Sản phẩm là các chất hóa học được tạo ra bởi phản ứng hóa học, còn chất tham gia phản ứng là các chất “tương tác, kết hợp, hoặc bị phân hủy” để tạo thành sản phẩm. Nói cách khác, chất phản ứng của một phản ứng hóa học có thể được coi là nguyên liệu của một công thức nấu ăn, trong khi đó sản phẩm chính là món ăn đã được hoàn tất. Để tìm ∆H của một phản ứng, đầu tiên ta cần xác định chất phản ứng và sản phẩm của phản ứng đó.

Ví dụ, hãy tìm entanpy của phản ứng tạo thành nước từ khí hydro và khí oxy. 2H₂ (Khí hydro) + O₂ (Khí oxy) → 2H₂O (Nước). Trong phản ứng này, H₂ và O₂ là các chất phản ứng, H₂O là sản phẩm.

b. Xác định tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng. 

Bước tiếp theo là xác định khối lượng của chất phản ứng. Nếu bạn không biết giá trị này, hoặc không thể cân đo được, bạn có thể sử dụng khối lượng riêng để xác định khối lượng thực của chúng. Khối lượng riêng là một hằng số có thể tìm thấy trong bảng tuần hoàn (với một nguyên tố) hoặc dựa vào các nguồn khác (đối với các phân tử hoặc hợp chất). Bằng cách nhân khối lượng riêng với số mol của chất phản ứng, bạn sẽ tìm được khối lượng chất tham gia phản ứng.

Trong ví dụ trên, chất phản ứng là khí hydro và khí oxy, với khối lượng riêng lần lượt là 2 gam và 32 gam. Do chúng ta sử dụng 2 mol hydro (xác định bằng hệ số “2” đứng trước H2 trong phản ứng, và 1 mol oxy (xác định bằng hệ số “1” đứng trước H₂ trong phản ứng, ta tính được tổng khối lượng chất tham gia phản ứng như sau:

2 × (2g) + 1 × (32g) = 4g + 32g = 36g

c. Xác định nhiệt dung riêng của sản phẩm. 

Tiếp theo, ta cần xác định nhiệt dung riêng của sản phẩm của phản ứng ta đang xét. Mỗi nguyên tố hay phân tử đều có một giá trị nhiệt dung riêng: giá trị này là xác định và thường được nêu trong các nguồn về hóa học, ví dụ như phần phụ lục của sách giáo khoa. Có nhiều cách để xác định nhiệt dung riêng, tuy nhiên, theo công thức mà ta đang sử dụng, giá trị này được tính bằng đơn vị Jun/gam °C.

Chú ý, nếu phương trình phản ứng có nhiều sản phẩm, bạn cần tính entanpy cho các phản ứng thành phần để tạo thành từng sản phẩm, sau đó cộng các giá trị này lại với nhau bạn sẽ có được entanpy của toàn bộ phản ứng.

Trong ví dụ về phản ứng tạo thành nước từ khí hydro và khí oxy, sản phẩm cuối cùng của phản ứng là nước, nhiệt dung riêng của nước vào khoảng 4.2 Jun/gam °C.

d. Dùng công thức ∆H = m x s x ∆T. 

Khi đã có giá trị m, tức là khối lượng các chất phản ứng, giá trị s, nhiệt dung riêng của sản phẩm, và ∆T, sự chênh lệch nhiệt độ trước và sau phản ứng, ta có thể tính được entanpy của phản ứng bằng cách thế các giá trị trên vào công thức ∆H = m x s x ∆T, đơn vị là Jun (J).

Với ví dụ trên, ta sẽ tính được entanpy của phản ứng như sau:

∆H = (36g) × (4.2 JK-1 g-1) × (-90K ) = -13,608 J

e. Xác định sự biến thiên nhiệt độ của phản ứng. 

Ở bước này, chúng ta sẽ tính ∆T, tức là sự thay đổi của nhiệt độ trước và sau phản ứng. ∆T chính là hiệu của nhiệt độ sau phản ứng (T2) và nhiệt độ ban đầu của phản ứng (T1). Cũng như phần lớn các bài toán hóa học khác, ta cần dùng độ Kelvin (độ K), dù rằng độ C cũng có thể được sử dụng và sẽ cho cùng một kết quả.

Đối với phản ứng tạo nước ở trên, nếu nhiệt độ ban đầu của phản ứng là 185K và khi phản ứng kết thúc, nhiệt độ là 95K. Như vậy, ∆T được tính như sau:

∆T = T2 – T1 = 95K – 185K = -90K

f. Xác định tính chất nhiệt của phản ứng. 

Một trong những lý do thường gặp khi tính ∆H của các phản ứng là để xem đó là phản ứng tỏa nhiệt (mất năng lượng dưới dạng nhiệt) hay phản ứng thu nhiệt (tăng năng lượng và hấp thụ nhiệt). Nếu dấu của kết quả tính entanpy ∆H là dương, đây là phản ứng thu nhiệt. Ngược lại, nếu dấu của ∆H là âm thì đó là phản ứng tỏa nhiệt. Giá trị này càng lớn thì tính thu hoặc tỏa nhiệt của phản ứng càng lớn. Cần cẩn thận với các phản ứng tỏa nhiệt mạnh vì các phản ứng này có thể tỏa ra một nguồn năng lượng lớn và nếu phản ứng xảy ra nhanh, còn có thể gây nổ.

Trong ví dụ đang xét, kết quả cuối cùng ta thu được là -13608 J. Vì dấu là dấu âm, phản ứng này là phản ứng 'tỏa nhiệt. Điều này là hoàn toàn hợp lý bởi — H₂ và O₂ ở dạng khí, trong khi H₂O, sản phẩm của phản ứng, lại ở dạng lỏng. Các khí nóng (tồn tại dưới dạng hơi) cần tỏa năng lượng ra môi trường dưới dạng nhiệt tới một mức nhất định để chuyển sang dạng lỏng, tức là sự tạo thành H₂O sẽ tạo ra nhiệt.