CHUYÊN ĐỀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HÓA HỌC Ho05

1

CHUYÊN ĐỀ: NGUYÊN LÍ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài:
Trong q trình giảng dạy và bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp ở trường THPT chuyên,
nhiều nội dung kiến thức được mở rộng và nâng cao trong đó có phần nhiệt hóa học – nguyên
lí I . Trong đề thi học sinh giỏi quốc gia hàng năm phần bài tập nhiệt hóa học - ngun lí I hóa
học ln là một nội dung thường xuyên được đề cập. Để có thể giải quyết được các bài tập
dạng này, học sinh cần nắm vững những kiến thức cơ bản về nguyên lí I , hiểu rõ khái niệm về
công, nội năng, hiệu ứng nhiệt của phản ứng…Chính vì vậy trong bài viết này chúng tôi xin
chọn đề tài viết về “ Nguyên lý I- nhiệt động lực học” với một số nội dung cơ bản về lý thuyết
và bài tập , nhằm giúp học sinh giải quyết được một số dạng bài tập liên quan đến “ Nguyên lý I
- nhiệt động lực học” .
2. Mục đích nghiên cứu
Trên cơ sở kiến thức lý thuyết xây dựng các bài tập vận dụng trên các khía cạnh
khác nhau , bài tập đưa ra được chọn lọc và có tính hệ thống, từ đó giúp người đọc dễ dàng
nắm bắt và giải quyết các bài tập liên quan đến nội dung này một cách thuần thục.
3. Giới hạn nghiên cứu
Bài tập về phần nguyên lí I nhiệt động lực học.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Hệ thống nội dung lý thuyết trọng tâm về nguyên lí I nhiệt hóa học
Xây dựng các bài tập để cho học sinh giỏi các cấp ôn luyện.
5. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Nội dung phần nguyên lí I nhiệt động lực học
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu và tổng hợp từ các tài liệu.
Phân loại và xây dựng hệ thống bài tập có liên quan.
II. PHẦN NỘI DUNG
A. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2

I.

MỘT SỐ KHÁI NIỆM.
1. Hệ: Thông thường, khi ta khảo sát một lượng xác định các chất cụ thể nào đó, thì có

thể tưởng tượng tách riêng được đối tượng nghiên cứu ra khỏi mơi trường xung quanh và gọi
đó là hệ. Hệ có thể ngăn cách với mơi trường xung quanh bằng ranh giới cụ thể hoặc ranh giới
tưởng tượng.
Hệ hở ( hệ mở): Hệ có trao đổi chất và năng lượng với mơi trường xung quanh.
Hệ kín: là hệ khơng có sự trao đổi chất nhưng có thể có sự trao đổi năng lượng với mơi
trường xung quanh (thể tích có thể thay đổi).
Hệ cơ lập: hệ khơng trao đổi chất và không trao đổi năng lượng với mơi trường xung
quanh (thể tích khơng đổí).
Hệ đồng thể: là hệ trong đó khơng có bề mặt phân chia pha giữa những phần khác
nhau, đo đó các tính chất lý hóa khơng đổi trong tồn bộ thể tích của hệ (hệ một pha). Ví dụ:
Dung dịch nước muối khi muối đã tan hết.
Hệ dị thể: là hệ gồm nhiều phần khác nhau về tính chất lý hóa và được ngăn cách
nhau bằng bề mặt phân chia pha (Hệ nhiều pha). Ví dụ: Ly nước muối vẫn cịn các tinh thể
muối chưa tan; nước đá đang tan gồm hai pha là nước lỏng và nước đá.
2. Quá trình: là những thay đổi của hệ có kèm theo sự thay đổi của ít nhất một thơng số
trạng thái.
+ Q trình đẳng áp: q trình xảy ra ở áp suất khơng đổi ( P = const).
+ Q trình đẳng tích: q trình xảy ra trong điều kiện thể tích khơng đồi (V =const)
+ Quá trình đẳng nhiệt: quá trình xảy ra trong điều kiện nhiệt độ khơng đổi (T =const).
Một q trình trong đó hệ biến đổi qua nhiều giai đoạn rồi lại trở về trạng thái ban đầu
được gọi là quá trình kín hay chu trình.
“ Q trình thuận nghịch; là q trình có thể thực hiện theo chiều thuận và chiều
nghịch; khi theo chiều nghịch, hệ cũng như môi trường bên ngồi đều trở về đúng như trạng

thái ban đâu, khơng xảy ra sự thay đổi nhỏ nào. Nếu ngược lại thì đó là q trình khơng thuận
nghịch.
- Trong tự nhiên thường gặp các q trình khơng thuận nghịch, hồn tồn khơng có các
q trình thuận nghịch. Tuy nhiên chúng ta có thể tạo điều kiện để cho nhiều q trình diễn ra
với sự sai lệch rất ít về tính thuận nghịch. Ví dụ: sự giãn nở đẳng nhiệt của khí lý tưởng trong


3

một xi lanh dưới tác dụng của sự thay đổi tải trọng rất bé.
- Các q trình khơng thuận nghịch trong tự nhiên chỉ xảy ra theo một chiều và khơng
cần tiêu thụ nặng lượng bên ngồi (nghĩa là tự xảy ra). Ví dụ: sự khuếch tán các chất khí.
Người ta quy ước: Năng lượng và khối lượng do hệ nhận được tính là dương. Tất cả
những gì do hệ cung cấp được tính là âm.
3. Định luật Hess.
Hiệu ứng nhiệt của một phản ứng hóa học chỉ phụ thuộc vào các trạng thái của những
chất đầu và cuối, hoàn tồn khơng phụ thuộc vào những cách khác nhau để thực hiện phản
ứng.
4. Sinh nhiệt hay biến thiên Entanpy hình thành.
ΔH của phản ứng hình thành 1 mol hợp chất từ các đơn chất tương ứng với trạng thái
bền vững nhất hay thường gặp nhất của nguyên tố tự do của hợp chất trong điều kiện đã cho
về nhiệt độ và áp suất được gọi là biến thiên entanpy hình thành Δ fH hay sinh nhiệt của hợp
chất.
Biến thiên hình thành chuẩn hay sinh nhiệt chuẩn. Kí hiệu Δ fH0 là sinh nhiệt được xác
định trong điều kiện chuẩn ( t = 0 0C và p < 1bar)
VD: ΔfH0 ( CaCO3)= =1206,9 KJ/mol là hiệu ứng nhiệt của phản ứng
Ca( rắn) + C(rắn) + 3/2 O2 (k) → CaCO3(r) : ΔfH0 ( CaCO3)= =1206,9 KJ/mol
5. Biến thiên entanpy đốt cháy (thiêu nhiệt).
Biến thiên entanpy đốt cháy ( thiêu nhiệt), kí hiệu Δ cH là hiệu ứng nhiệt của phản ứng
oxi hóa 1 mol đơn chất hay hợp chất bằng oxi phân tử thành các oxit của nguyên tố tương

ứng.
VD: ΔcH0 của C2H5OH là hiệu ứng nhiệt của phản ứng cháy
C2H5OH(l) + 7/2O2 (k) → 2CO2

( k)

+ 3H2O (k)

6. Sinh nhiệt nguyên tử.
Sinh nhiệt nguyên tử của một chất là biến thiên entanpy của quá trình giả tưởng ở đố
các nguyên tố ở trạng thái khí đơn nguyên tử kết hợp tạo thàn 1 mol phân tử khí của chất đố
trong điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi cho trước.


4

VD: Sinh nhiệt nguyên tử của CH 4 là biến thiên entanpy của phản ứng
C(k) + 4H(k) → CH4 ( k)
7. Năng lượng liên kết.
Năng lượng liên là năng lượng được giải phóng khi các nguyên tử tự do ở tráng thái
khí kết hợp với nhau tạo thành 1 mol liên kết trong phân tử cũng như ở trạng thái khí tại cùng
nhiệt độ và áp suất khơng đổi.
VD: 2H(k) → H2

EH-H = 432,2 KJ/mol

Nếu hình thành liên kết: E X-X < 0 . Nếu phá vỡ liên kết:E X-X > 0
II.

HIỆU ỨNG NHIỆT CỦA CÁC Q TRÌNH HĨA HỌC.

2.1. Nguyên lý I nhiệt động học
2.1.1. Nhiệt và công
Nhiệt và cơng là hai hình thức truyền năng lượng của hệ. Công ký hiệu là A và nhiệt ký hiệu

là Q.

Quy ước dấu

Công A

Nhiệt Q

Hệ sinh

>0

<0

Hệ nhận

<0

>0

2.1.2. Nguyên lý I nhiệt động học
Biểu thức của nguyên lý I nhiệt động học:
ΔU = Q - A
Khi áp dụng cho một quá trình vơ cùng nhỏ:
dU = ΔQ - ΔA
Ở dạng tích phân nguyên lý I có thể được viết:

2.2. Áp dụng nguyên lý I cho một số quá trình.
2.2.1. Quá trình đẳng tích: V = const, dV = 0.


5

Từ đó ta có: QV = ΔU
2.2.2. Q trình đẳng áp: P = const, dP = 0.
Ap = P.(V2 - V1) = P.ΔV
Do đó: Qp = ΔU + PΔV = Δ(U + PV) = ΔH
2.2.3. Quá trình đẳng áp của khí lý tưởng
Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng: PV = nRT
Ta có:

Ap = PΔV = nRΔT
ΔUp = Qp – nRΔT

2.2.4. Q trình dãn nở đẳng nhiệt của khí lý tưởng
Biến thiên nội năng khi dãn nở đẳng nhiệt (T = const) khí lý tưởng là bằng khơng nên:

Trong đó:
P1: áp suất ở trạng thái đầu.
P2: áp suất ở trạng thái cuối.
2.2.5. Nhiệt chuyển pha

Trong đó:
λcp: nhiệt chuyển pha (cal hoặc J)
λnc = -λđđ, λhh = -λngtụ

Ghi chú:
R là hằng số khí lý tưởng và có các giá trị sau:


6

R = 1,987 cal/mol.K = 8,314 J/mol.K
R = 0,082 lit.atm/mol.K
1 cal = 4,18 J; 1 l.atm = 101,3 J = 24,2 cal
2.3. Định luật Hess
2.3.1. Nội dung định luật
Trong quá trình đẳng áp hoặc đẳng tích, nhiệt phản ứng chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu
và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào các trạng thái trung gian.
Biểu thức của định luật Hess:
QV = ΔU và Qp = ΔH
Trong đó:
ΔU: nhiệt phản ứng đẳng tích.
ΔH: nhiệt phản ứng đẳng áp.
Khi quá trình xảy ra ở điều kiện tiêu chuẩn ta có nhiệt phản ứng tiêu chuẩn: ΔH0298, ΔU0298.
Đối với các q trình xảy ra khi có mặt các chất khí (được xem là khí lý tưởng), ta có:
ΔH = ΔU + RTΔn
Với Δn là biến thiên số mol khí của quá trình.
2.3.2. Các hệ quả của định luật Hess
Nhiệt phản ứng nghịch bằng nhưng trái dấu với nhiệt phản ứng thuận.
ΔHnghịch = - ΔHthuận
Nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt sinh của các chất tạo thành trừ đi tổng nhiệt sinh
của các chất tham gia phản ứng.
ΔH phản ứng = ∑ΔfHsp - ∑ ΔfHtc
Nhiệt phản ứng bằng tổng nhiệt cháy của các chất tham gia phản ứng trừ đi tổng
nhiệt cháy của các chất tạo thành.

ΔH phản ứng = ∑ΔtHtc - ∑ Δt Hsp


7

Ghi chú: Nhiệt tạo thành tiêu chuẩn (H0298, tt), nhiệt đốt cháy tiêu chuẩn (H0298,đc) được
cho sẵn trong sổ tay hóa lý.
2.4. Nhiệt dung
2.4.1. Định nghĩa
Nhiệt dung đẳng áp:

Nhiệt dung đẳng tích:

; nhiệt được tính

; nhiệt được tính

Mối liên hệ: Cp - Cv = R đối với 1 phân tử gam khí lí tưởng. Hay C p - Cv = n.R đối với
n phân tử gam khí.
2.4.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nhiệt dung
Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của nhiệt dung được biểu diễn bằng các công thức thực nghiệm
dưới dạng các hàm số:
Cp = a0 + a1.T + a2.T2
Hoặc

Cp = a0 + a1.T + a-2.T-2

Trong đó: a0, a1, a2, a-2 là các hệ số thực nghiệm có thể tra giá trị của chúng trong sổ tay
hóa lý.
2.4.4. Định luật Kirchhoff

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ được biểu diễn bởi định luật
Kirchhoff:

Hoặc
Sau khi lấy tích phân ta được:

Nếu lấy tích phân từ T1 đến T2 ta được:


8

III. BÀI TẬP
3.1. DẠNG 1: BÀI TẬP VỀ CÔNG VÀ NHIỆT
Câu 1.

(Bài tập chuẩn bị IChO 29 - 1997)

a. Một mol khí oxi, ở nhiệt độ đầu 120K và áp suất 4 atm, được giãn nở đoạn nhiệt về áp suất
1 atm khi đó nhiệt độ được giảm rất chậm tới nhiệt độ sôi của oxi lỏng (90K). Giả sử
28,2 J K-1 mol-1 có giá trị khơng đổi trong khoảng nhiệt độ trên và O 2 (k) được coi
như khí lý tưởng. Tính Q, A, ΔHcho q trình giãn nở trên.
b. 1 mol khí oxi trên giờ đang ở 90K và áp suất 1 atm được hóa lỏng bằng áp suất xấp xỉ 1
atm. Oxi lỏng sau đó được làm lạnh đẳng áp đến nhiệt độ nóng chảy là 55K, được hóa rắn
thuận nghịch và chất rắn được làm lạnh tới 10K. Xác định ΔH của quá trình này.
Cho:
.
ĐÁP ÁN
a. Q trình là đoạn nhiệt do đó q = 0 và
ΔE = -w =

J

(hoặc ΔE = ΔH – Δ(PV) = ΔH – nRΔT = -597 J)
→ w = 597 J.
ΔH =

= -846 J.
b. Tồn bộ q trình như sau:

90K

90K

55K

55K

10K

Tồn bộ quá trình thực hiện trong điều kiện đẳng áp do đó ΔH = qp.


9

Câu 2: Tính biến thiên nội năng khi làm bay hơi 10g nước ở 20 0C. Chấp nhận hơi nước như khí
lý tưởng và bỏ qua thể tích nước lỏng. Nhiệt hóa hơi của nước ở 200C bằng 2451,824 J/g.
Giải
Nhiệt lượng cần cung cấp để làm hóa hơi 10g nước là:
Q = m.λ = 10. 2451,824 = 24518,24 (J)
Công sinh ra của q trình hóa hơi là:

A = P.ΔV = P(Vh - Vl) = PVh
=
Biến thiên nội năng là:

(J)
ΔU = Q – A = 23165 (J)

Câu 3. Cho 450g hơi nước ngưng tụ ở 1000C dưới áp suất không đổi 1 atm. Nhiệt hóa hơi của
nước ở nhiệt độ này bằng 539 cal/g. Tính A, Q và ΔU của quá trình.
Giải
Nhiệt lượng tỏa ra khi ngưng tụ là:
Q = m.λng. tụ = 450. (- 539) = - 242550 (cal)
Công của quá trình:
A = P.ΔV = P. (Vl - Vh) = - P.Vh = - nRT
=
Biến thiên nội năng của quá trình là:
ΔU = Q – A = - 224021 (calo)
Câu 4. Cho 100g khí CO2 (được xem như là khí lý tưởng) ở 0 0C và 1,013.105 Pa. Xác định Q,
A, ΔU và ΔH trong các quá trình sau. Biết Cp = 37,1 J/mol.K.
a.

Dãn nở đẳng nhiệt tới thể tích 0,2 m3.

b.

Dãn đẳng áp tới 0,2 m3.

c.

Đun nóng đẳng tích tới khi áp suất bằng 2,026.105 Pa.

10

Giải
a.

Dãn nở đẳng nhiệt (T = const) tới thể tích 0,2m3.

(J)

ΔH=ΔU = 0
b.

Dãn nở đẳng áp (P = const) tới 0,2m3.
ΔH = Qp = n.Cp. (T2 – T1)


= 67469J

A = PΔV = P(V2 – V1)

ΔU = Q – A = 67469 - 15120 = 52349 (J)
c.

Đun nóng đẳng tích (V = const) tới áp suất bằng 2,026.105Pa (2 atm)
A=0
Cv = Cp - R = 37,1 - 8,314 = 28,786 (J/mol.K)
ΔU = Qv = n.Cv.(T2 – T1)
Ta có:

Suy ra: ΔU = Qv = 1 28,786(546 - 273) = 7859 (J)


11

ΔH = ΔU + PΔV = 7859 (J)
Câu 5. Một khí lý tưởng nào đó có nhiệt dung mol đẳng tích ở mọi nhiệt độ có C v = 2,5R (R là
hằng số khí). Tính Q, A, U và H khi một mol khí này thực hiện các q trình sau đây:
a.

Dãn nở thuận nghịch đẳng áp ở áp suất 1atm từ 20dm3 đến 40dm3.

b.

Biến đổi thuận nghịch đẳng tích từ trạng thái (1atm; 40dm3) đến (0,5atm; 40dm3).

c.

Nén thuận nghịch đẳng nhiệt từ 0,5 atm đến 1 atm ở 250C.
Giải

a.

Dãn nở thuận nghịch đẳng áp (P = const).
Tính cơng A:

(J)
Tính nhiệt lượng Q:

(l.atm)
(J)
Biến thiên nội năng:
ΔU = Q – A = 5069 (J)
Biến thiên entapy
ΔH = Qp = 7097 (J)
b.

Dãn nở thuận nghịch đẳng tích (V = const).
A=0
Nhiệt lượng:


12

(l.atm)
(J)
ΔU = Qv = - 5069 (J)
c.

Nén đẳng nhiệt (T = const)

U = 0
(J)

Câu 6. Tính Q, A, U của q trình nén đẳng nhiệt, thuận nghịch 3 mol khí He từ 1atm đến 5
atm ở 4000K.
Giải
Nhiệt và công của q trình:

ΔU = 0
Câu 7. (HSG QG -2015).
Đốt cháy hồn toàn 3,6 gam hợp chất hữu cơ X ở thể khí bằng một lượng dư oxi trong
một bom nhiệt lượng kế. Ban đầu, nhiệt lượng kế chứa 600 gam nước, ở 25 oC. Sau phản ứng,
nhiệt độ của hệ là 28oC; có 11 gam CO2(k) và 5,4 gam H2O(l) được tạo thành. Giả thiết, lượng
nhiệt bị hấp thụ bởi oxi dư và các sản phẩm phản ứng là không đáng kể.
1. Xác định công thức phân tử của X.
2. Xác định nhiệt dung của nhiệt lượng kế (không bao gồm 600 gam nước).
3. Xác định nhiệt sinh tiêu chuẩn

của X.

Cho biết:
của CO2(k) và H2O(l) lần lượt là -393,51 và -285,83 kJ∙mol-1;
Nhiệt dung riêng của nước là 4,184 J∙g-1∙K-1;


13

Biến thiên nội năng của phản ứng đốt cháy 1 mol X ở 25oC,

= -2070,00 kJ∙mol-1.

Hướng dẫn chấm
1. mX = 3,6 g;

= 0,25 (mol);

= 0,3 (mol)

= -2070.103 + (5-9).8,314.298
= -2079910,288 (J∙mol-1)
= -2079,910 (kJ∙mol-1)

mH + mC = mX

X là hiđrocacbon

nC : nH = 5 : 12

Vậy công thức phân tử của hợp chất hữu cơ X là C5H12.
2. Nhiệt dung của nhiệt lượng kế:
= -2070,00.3,6/72 = -103,5 (kJ) = -103500 (J)
= -Chệ (T2 –T1)

Chệ =

(J·K-1)

= Cnước + C nhiệt lượng kế
C nhiệt lượng kế = 34500 – 4,184.600 = 31989,6 (J·K-1)
3. Nhiệt sinh tiêu chuẩn của A:
C5H12(k) + 8O2(k)

5CO2(k) + 6H2O(l)

+∆nRT

của A = 5. (-393,51) + 6.(-285,83) – (-2079,910) = -1602,62 (kJ∙mol-1)

3.2. DẠNG 2: BÀI TẬP CHU TRÌNH BORN – HABER
Câu 1. Đề thi IChO 36 - 2004)


14

a. Để xác định phân tử CaCl có bền vững về mặt nhiệt động hay không, người ta dựa trên năng
lượng mạng lưới hoặc nhiệt hình thành Δ fHo. Dựa vào các dữ liệu sau, tính Δ fHo của CaCl
theo chu trình Born – Haber:
Nhiệt nóng chảy (ΔfusHo) của Ca:

9,3

kJ mol-1

Năng lượng ion hóa thứ nhất (I1) của Ca:

589,7 kJ mol-1

Năng lượng ion hóa thứ hai (I2) của Ca:

1145,0 kJ mol-1

Nhiệt hóa hơi (ΔvHo) của Ca:

150,0 kJ mol-1

Năng lượng phân cắt liên kết (D0) của Cl2: 240,0 kJ mol-1
Nhiệt hình thành (ΔfHo) của CaCl2:

-796,0 kJ mol-1

Ái lực electron (EA) của Cl:

-349,0 kJ mol-1

Năng lượng mạng lưới (ΔLHo) của CaCl:

-751,9 kJ mol-1

b. Để biết liệu CaCl có tự oxi hóa – khử tạo thành Ca và CaCl 2 không, người ta cần tính nhiệt
của phản ứng này (biến đổi entropy ΔS rất nhỏ, có thể bỏ qua). Sự tự oxi hố - khử của CaCl
có thể xảy ra về mặt nhiệt động hay khơng? Dùng kết quả tính tốn để chứng minh.
ĐÁP ÁN
a. Xác định ΔfHo (CaCl):

ΔfHo (CaCl) = ΔfusHo (Ca) + ΔvHo + I1 (Ca) + ½ D (Cl2) + EA (Cl) + ΔLHo (CaCl)
= 159,3 + 589,7 + 120 – 349,0 – 751,9
= - 231,9 kJ mol-1.
b. Độ bền:

2 CaCl → CaCl2 + Ca


15

ΔH = ΔfHo (CaCl2) – 2 ΔfHo (CaCl) = -796,0 – 2(-231,9) = -332,2 kJ mol-1.
→ CaCl không bị tự oxi hố - khử.
Câu 2. ( Tài liệu chun hóa học 10- Tập 1)
Tính sinh nhiệt nguyên tử của CH4 biết

(1) Ctc + 2H2( k) → CH4 (k) : ΔH1= -74,8 KJ/mol
(2) Ctc → C(k)

: ΔH2= 710,6 KJ/mol

(3) 2H2(k) → 4H(k) : ΔH3= 864,4 KJ/mol
Giải
Cr + 2H2( k) → CH4(k) : ΔH1
ΔH2
ΔH3
ΔHx
C(k) + 4H(k)
Δf(A)= ΔH1 –ΔH2 – ΔH3 = 1649,8 kJ/mol
Câu 3. (Đề chính thức IChO 42 - 2010)
Với các hợp chất ion vô cơ như natri clorua, nhiệt tạo thành của tinh thể từ ion ở dạng khí rất
cao, và biến thiên entropi rất nhỏ. Vì vậy, entanpi hình thành tinh thể có thể được tính từ các
dữ liệu entanpi sử dụng chu trình Born – Haber.
1. Hình dưới đây cho biết chu trình Born – Haber của NaCl. Kí hiệu “k” và “r” lần lượt là viết
tắt của trạng thái “khí” và “rắn”. Viết phản ứng cho quá trình A và F.


16

2. Tính entanpi hình thành mạng lưới của NaCl (kJ mol-1) sử dụng dữ kiện entanpi sau
Sự hình thành

Sự thăng hoa của

NaCl (r)

Na (r)

-411 kJ mol-1

109 kJ mol-1

Sự ion hóa Na (k)

Sự phân li của Cl2

Sự bắt electron

(g)

của Cl (k)

242 kJ mol-1

-349 kJ mol-1

496 kJ mol-1

ĐÁP ÁN

3.3. DẠNG 3: BÀI TẬP VỀ NHIỆT PHẢN ỨNG- LIÊN KẾT
Câu 1. Cho phản ứng xảy ra ở áp suất không đổi:
2H2 + CO →

CH3OH(k)

nhiệt tạo thành tiêu chuẩn ở 298K của CO và CH 3OH(k) bằng -110,5 và -201,2 kJ/mol. Nhiệt
dung mol đẳng áp của các chất là một hàm của nhiệt độ:
Cp (H2) = 27,28 + 3,26.10-3T

(J/mol.K)

Cp (CO) = 28,41 + 4,1.10-3T

(J/mol.K)

Cp (CH3OH)k = 15,28 + 105,2.10-3T

(J/mol.K)

Tính ΔH0 của phản ứng ở 298 và 500K?
Giải
Nhiệt phản ứng ở 298K là:
ΔH0298 = - 201,2 - (-110,5) = - 90,7 (KJ)
Biến thiên nhiệt dung:


17

ΔCp = Cp(CH3OH) – Cp(CO) – 2Cp(H2)
= - 67,69 + 94,58. 10-3T (J/K)
Nhiệt phản ứng ở 500K là :

= - 96750,42 (J)
Câu 2. Tính nhiệt tạo thành của etan biết:
Cgr + O2 = CO2

H0298 = -393,5 KJ

H2 + 1/2O2 = H2O(l)

H0298 = -285 KJ

2C2H6 + 7O2 = 4 CO2 + H2O(l)

H0298 = -3119,6 KJ
Giải

Cgr + O2 = CO2

(1)

H2

(2)

+ 1/2O2 = H2O(l)

2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O(l)

(3)

Nhiệt tạo thành C2H6 là:
2C + 3H2 = C2H6

(4)

ΔH0298(4) = 4ΔH0298(1) + 6ΔH0298(2) - ΔH0298(3)
ΔH0298(4) = 4(-393,5) + 6(-285) - (-3119,6) = 164,4 (KJ)
Câu 3. Cho phản ứng: 1/2N2 + 1/2O2 = NO. Ở 250C, 1atm có H0298 = 90,37 kJ. Xác định
nhiệt phản ứng ở 558K, biết nhiệt dung mol đẳng áp của 1 mol N 2, O2 và NO lần lượt là 29,12;
29,36 và 29,86 J.mol-1.K-1.
Giải
Hiệu ứng nhiệt của phản ứng ở 558K là:


18

Trong đó:
ΔCp = 29,86 – 1/2(29,12) – 1/2(29,36) = 0,62 (J.K-1)
ΔH0558 = 90,37 + 0,62.(558 - 298).10-3 = 90,5312 (KJ)
Câu 4. Cho biết phản ứng và các số liệu sau:
CH3OH(k) +

O2(k)

H0s, 298 (kJ mol-1)
,298

(JK-1mol-1)

1. Tính

CO2(k) + 2H2O(k)

CO2 (k)

H2O(k)

O2(k)

CH3OH(k)

-393,51

-241,83

0

-201,17

37,129

33,572

29,372

49,371

và

2. Tính

của phản ứng

ở 2270C cho phản ứng. Thừa nhận rằng

là hằng số trong khoảng nhiệt độ

khảo sát.
Giải.
Xét phản ứng:
CH3OH(K)

+

0

H 298
0

O2 (K) -> CO2(K)

+ 2H2O(K)

= -393,51 - 241,83 x 2 - (- 201,17) = - 676,00kJ
0

U 298 = H 298 - nRT = -676,00.103 - 0,5 x 8,314 x 298
0

U 298

= -677,24kJ.

0

C p = 37,129 + 33,572 x 2 - 49,371 - 29,372 x 1,5= 10,844J.K-1
H T0

= - 676,00.103 +

T = 273 + 227

T

 10,844dT
298

= -673,81kJ.


19

Câu 5. Cho các phương trình nhiệt hóa học sau đây:
(1)

2 ClO2 (k) + O3 (k)

→ Cl2O7 (k)

ΔH0 = - 75,7 kJ

(2)

O3 (k)

(3)

2 ClO3 (k) + O (k) → Cl2O7 (k)

ΔH0 = - 278 kJ

(4)

O2 (k) → 2 O (k)

ΔH0 = 498,3 kJ.

→ O 2 (k) + O (k)

ΔH0 = 106,7 kJ

k: kí hiệu chất khí.
Hãy xác định nhiệt của phản ứng sau:
(5)

ClO2 (k) + O (k)

→ ClO3 (k).
Giải

Kết hợp 2 pt (1) và (3) ta có
ClO2 (k) + 1/2 O3 (k) → 1/2 Cl2O7 (k)

ΔH0 = - 37,85 kJ

1/2 Cl2O7 (k) → ClO3 (k) + 1/2 O (k)

ΔH0 = 139 kJ

(6) ClO2 (k) + 1/2 O3 (k) → ClO3 (k) + 1/2 O (k)

ΔH0 = 101,15 kJ

Kết hợp 2 pt (6) và (2) ta có
ClO2 (k) + 1/2 O3 (k)

→ ClO3 (k) + 1/2 O (k)

ΔH0 = 101,15 kJ

1/2 O2 (k) + 1/2 O (k) →

1/2 O3 (k)

ΔH0 = -53,35 kJ

(7) ClO2 (k) + 1/2 O2 (k)

→

ΔH0 = 47,8 kJ

ClO3 (k)

Kết hợp 3 pt (7), (4) và (2) ta có :
ClO2 (k) + 1/2 O3 (k) → ClO3 (k) + 1/2 O (k)
O (k)

→

1/2 O2 (k)

1/2O 2 (k) + 1/2O (k) →

(5) ClO2 (k) + O (k) →

ΔH0 = - 249,15 kJ
1/2O3 (k)

ClO3 (k)

Câu 6. ( Tài liệu chuyên hóa 10).

ΔH0 = 101,15 kJ

ΔH0 = - 53,35 kJ

ΔH0 = - 201,35 kJ


20

Xác định năng lượng liên kết C-C trong phân tử C2H6. Biết thiêu nhiệt tiêu chuẩn của C 2H6(k)
bằng -372,8 kcal/mol, sinh nhiệt tiêu chuẩn của CO2(k) bằng - 94,6 kcal/mol; sinh nhiệt tiêu

chuẩn của H2O (1) bằng - 68,4 kcal/mol; nhiệt thăng hoa của C(gr) bằng 172 kcal/moi; nhiệt
phân ly của H2(k) bằng 104,2 kcal/mol; EC- H trong C2H6 bằng 99,6 kcal/mol

Ta có ΔHp,C2H6 = ΔHc, C2H6 -2ΔHs, CO2 - 3ΔHs,H2O +3ΔHp,H2 + 2ΔHth,C
= -372,8 -2( -94,6) -3(-68,4) + 3(104,2) + 2(172) =678,2 kcal/mol
mà ΔHp,C2H6 = EC-C +6EC-H → EC-C = 678,2-6(99,6) = 80,6 kcal/mol
Câu 7. ( DH ĐB BB- chuyên Bắc Ninh- 2015)
Một phản ứng dùng để luyện kẽm theo phương pháp khô là:
ZnS(r) + 3/2O2(k) → ZnO(r) + SO2(k)
1. Tính ∆Ho của phản ứng ở nhiệt độ 298K và 1350K, coi nhiệt dung của các chất không phụ
thuộc vào nhiệt độ ở miền nhiệt độ nghiên cứu.
2. Giả thiết ZnS ngun chất. Lượng ZnS và khơng khí (20% O 2 và 80% N2 theo thể tích) lấy
đúng tỉ lệ hợp thức bắt đầu ở 298K sẽ đạt đến nhiệt độ nào khi chỉ hấp thụ lượng nhiệt tỏa ra do
phản ứng ở điều kiện chuẩn tại 1350K (lượng nhiệt này chỉ dùng để nâng nhiệt độ các chất đầu).
Hỏi phản ứng có duy trì được khơng, nghĩa là khơng cần cung cấp nhiệt từ bên ngồi, biết rằng
phản ứng trên chỉ xảy ra ở nhiệt độ không thấp hơn 1350K?
Cho biết:

+ Entanpi tạo thành chuẩn của các chất ở 25oC (kJ.mol-1)
Hợp chất

ZnO(r)

ZnS(r)

SO2(k)

∆Hof

-347,98

-202,92

-296,90

+ Nhiệt dung mol đẳng áp của các chất (J.K-1.mol-1):