Bài học

Ôn tập tổng hợp Năng lượng hóa học

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em hệ thống hoá và vận dụng phối hợp toàn bộ bốn chương: phân loại tỏa/thu nhiệt, viết phương trình nhiệt hoá học, tính $\Delta_rH^{\circ}$ theo $\Delta_fH^{\circ}$ và theo $E_b$ , trong các bài toán tổng hợp đúng dạng đề kiểm tra.

Sau bài này, em hệ thống hoá và vận dụng phối hợp toàn bộ bốn chương: phân loại tỏa/thu nhiệt, viết phương trình nhiệt hoá học, tính $\Delta_rH^{\circ}$ theo $\Delta_fH^{\circ}$ và theo $E_b$, trong các bài toán tổng hợp đúng dạng đề kiểm tra.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài này ôn lại toàn bộ Chương 1 đến Chương 4: dấu $\Delta_rH^{\circ}$ và ý nghĩa tỏa/thu nhiệt, cách viết phương trình nhiệt hoá học, định nghĩa $\Delta_fH^{\circ}$ và công thức tính $\Delta_rH^{\circ}$ từ đó, cùng công thức tính theo năng lượng liên kết $E_b$ .

Khởi động

Một đề kiểm tra Hoá học 10 thường không hỏi riêng lẻ từng ý — mà lồng cả việc phân loại phản ứng, viết đúng phương trình, và tính toán vào MỘT bài duy nhất. Bài ôn tập này luyện đúng dạng bài tổng hợp đó, để em không bị bất ngờ khi gặp trong phòng thi.

Kiến thức trọng tâm

Quy trình nhận diện một bài toán năng lượng hoá học tổng hợp thường theo bốn bước: (1) đọc đề, xác định hiện tượng hoặc dữ liệu số cho biết phản ứng tỏa hay thu nhiệt; (2) viết đúng phương trình nhiệt hoá học — cân bằng, đủ trạng thái; (3) chọn đúng công thức tính $\Delta_rH^{\circ}$ theo dữ liệu đề cho (bảng $\Delta_fH^{\circ}$ hay bảng $E_b$ , và kiểm tra điều kiện thể khí nếu dùng $E_b$ ); (4) kết luận bằng câu "Vậy..." nêu rõ dấu, giá trị số, đơn vị, và ý nghĩa thực tế nếu đề hỏi.

Ba lỗi hay gặp nhất khi làm bài tổng hợp, tổng hợp lại từ cả bốn chương: quên ghi trạng thái hoặc quên cân bằng phương trình nhiệt hoá học (Chương 1); quên nhân hệ số cân bằng khi cộng các giá trị $\Delta_fH^{\circ}$ (Chương 3); và dùng công thức $E_b$ cho phản ứng có chất rắn hoặc lỏng thay vì chuyển sang phương pháp $\Delta_fH^{\circ}$ (Chương 4). Rà lại ba điểm này trước khi nộp bài giúp tránh phần lớn lỗi đáng tiếc.

Toàn cảnh bốn chương vừa học tạo thành một chuỗi logic: nhận diện dấu $\Delta_rH^{\circ}$ (Chương 1) → trình bày đúng bằng phương trình nhiệt hoá học (Chương 1) → có bảng "ngân hàng dữ liệu" $\Delta_fH^{\circ}$ cho từng chất (Chương 2) → tính $\Delta_rH^{\circ}$ của bất kì phản ứng nào từ bảng đó (Chương 3) → hoặc tính bằng con đường khác, từ năng lượng liên kết, khi phản ứng toàn chất khí (Chương 4). Nắm được toàn cảnh này giúp em không học bốn chương như bốn mảnh rời rạc, mà như một công cụ tính toán hoàn chỉnh.

**Quy trình nhận diện một bài toán năng lượng hoá học tổng hợp** thường theo bốn bước: (1) đọc đề, xác định hiện tượng hoặc dữ liệu số cho biết phản ứng tỏa hay thu nhiệt; (2) viết đúng phương trình nhiệt hoá học — cân bằng, đủ trạng thái; (3) chọn đúng công thức tính $\Delta_rH^{\circ}$ theo dữ liệu đề cho (bảng $\Delta_fH^{\circ}$ hay bảng $E_b$, và kiểm tra điều kiện thể khí nếu dùng $E_b$); (4) kết luận bằng câu "Vậy..." nêu rõ dấu, giá trị số, đơn vị, và ý nghĩa thực tế nếu đề hỏi. **Ba lỗi hay gặp nhất khi làm bài tổng hợp**, tổng hợp lại từ cả bốn chương: quên ghi trạng thái hoặc quên cân bằng phương trình nhiệt hoá học (Chương 1); quên nhân hệ số cân bằng khi cộng các giá trị $\Delta_fH^{\circ}$ (Chương 3); và dùng công thức $E_b$ cho phản ứng có chất rắn hoặc lỏng thay vì chuyển sang phương pháp $\Delta_fH^{\circ}$ (Chương 4). Rà lại ba điểm này trước khi nộp bài giúp tránh phần lớn lỗi đáng tiếc. **Toàn cảnh bốn chương** vừa học tạo thành một chuỗi logic: nhận diện dấu $\Delta_rH^{\circ}$ (Chương 1) → trình bày đúng bằng phương trình nhiệt hoá học (Chương 1) → có bảng "ngân hàng dữ liệu" $\Delta_fH^{\circ}$ cho từng chất (Chương 2) → tính $\Delta_rH^{\circ}$ của bất kì phản ứng nào từ bảng đó (Chương 3) → hoặc tính bằng con đường khác, từ năng lượng liên kết, khi phản ứng toàn chất khí (Chương 4). Nắm được toàn cảnh này giúp em không học bốn chương như bốn mảnh rời rạc, mà như một công cụ tính toán hoàn chỉnh.

Một điểm đáng chú ý xuyên suốt cả bốn chương: dù dùng phương pháp nào, kết quả cuối cùng luôn phải khớp với dự đoán ban đầu về dấu tỏa/thu nhiệt ở bước (1) — nếu bước (1) dự đoán tỏa nhiệt (dựa vào hiện tượng đề mô tả) mà bước (3) lại tính ra $\Delta_rH^{\circ}$ dương, gần như chắc chắn có một lỗi tính toán ở đâu đó cần rà lại, chứ không phải "kết quả bất ngờ" nên bỏ qua. Thói quen đối chiếu ngược lại như vậy chính là cách tự kiểm tra hiệu quả nhất mà không cần đáp án — và cũng là kĩ năng "thẩm định kết quả" mà đề thi theo hướng đánh giá năng lực hiện nay đặc biệt coi trọng, thay vì chỉ chấm đúng-sai máy móc.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp: phân loại, viết phương trình và tính ΔrH° cho phản ứng đốt cháy propane

1
Đốt cháy hoàn toàn khí propane (C3H8) trong bình gas làm nồi nước sôi nhanh chóng. (a) Phản ứng này tỏa hay thu nhiệt? (b) Viết phương trình nhiệt hoá học của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol C3H8 tạo CO2(g) và H2O(l). (c) Tính $\Delta_rH^{\circ}$ , biết $\Delta_fH^{\circ}(C_3H_8,g)=-105$ ; $\Delta_fH^{\circ}(CO_2,g)=-393{,}5$ ; $\Delta_fH^{\circ}(H_2O,l)=-285{,}8$ kJ/mol.
Đốt cháy hoàn toàn khí propane (C3H8) trong bình gas làm nồi nước sôi nhanh chóng. (a) Phản ứng này tỏa hay thu nhiệt? (b) Viết phương trình nhiệt hoá học của phản ứng đốt cháy hoàn toàn 1 mol C3H8 tạo CO2(g) và H2O(l). (c) Tính $\Delta_rH^{\circ}$, biết $\Delta_fH^{\circ}(C_3H_8,g)=-105$; $\Delta_fH^{\circ}(CO_2,g)=-393{,}5$; $\Delta_fH^{\circ}(H_2O,l)=-285{,}8$ kJ/mol.
2
Nồi nước sôi nhanh nghĩa là môi trường xung quanh nhận nhiệt từ phản ứng — hệ giải phóng năng lượng. Suy ra đây là phản ứng tỏa nhiệt, dự đoán $\Delta_rH^{\circ} < 0$ .
Nồi nước sôi nhanh nghĩa là môi trường xung quanh nhận nhiệt từ phản ứng — hệ giải phóng năng lượng. Suy ra đây là phản ứng tỏa nhiệt, dự đoán $\Delta_rH^{\circ} < 0$.
3
Cân bằng đúng: $C_3H_8(g) + 5O_2(g) \rightarrow 3CO_2(g) + 4H_2O(l)$ — đủ trạng thái từng chất, hệ số cân bằng nguyên.
Cân bằng đúng: $C_3H_8(g) + 5O_2(g) \rightarrow 3CO_2(g) + 4H_2O(l)$ — đủ trạng thái từng chất, hệ số cân bằng nguyên.
4
Ta có: $\Delta_rH^{\circ} = [3(-393{,}5) + 4(-285{,}8)] - [(-105) + 5 \times 0] = (-2323{,}7) - (-105) = -2218{,}7$ kJ. \quad (1)
Ta có: $\Delta_rH^{\circ} = [3(-393{,}5) + 4(-285{,}8)] - [(-105) + 5 \times 0] = (-2323{,}7) - (-105) = -2218{,}7$ kJ. \quad (1)
5
Từ (1), $\Delta_rH^{\circ} = -2218{,}7$ kJ $< 0$ , khớp đúng dự đoán ở bước phân loại. Vậy đốt cháy hoàn toàn 1 mol C3H8 là phản ứng tỏa nhiệt, tỏa ra 2218,7 kJ.
Từ (1), $\Delta_rH^{\circ} = -2218{,}7$ kJ $< 0$, khớp đúng dự đoán ở bước phân loại. Vậy đốt cháy hoàn toàn 1 mol C3H8 là phản ứng tỏa nhiệt, tỏa ra 2218,7 kJ.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp: suy ngược ΔfH° kết hợp phân loại tỏa/thu nhiệt

1
Cho phương trình nhiệt hoá học $2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(g)$ , $\Delta_rH^{\circ} = -483{,}6$ kJ. Biết $\Delta_fH^{\circ}(H_2O,g) = -241{,}8$ kJ/mol. (a) Xác nhận lại giá trị $\Delta_fH^{\circ}(H_2O,g)$ có khớp với $\Delta_rH^{\circ}$ đề cho không. (b) Nếu đảo ngược phản ứng thành phân huỷ $2H_2O(g) \rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)$ , phản ứng này tỏa hay thu nhiệt, giá trị $\Delta_rH^{\circ}$ là bao nhiêu?
Cho phương trình nhiệt hoá học $2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(g)$, $\Delta_rH^{\circ} = -483{,}6$ kJ. Biết $\Delta_fH^{\circ}(H_2O,g) = -241{,}8$ kJ/mol. (a) Xác nhận lại giá trị $\Delta_fH^{\circ}(H_2O,g)$ có khớp với $\Delta_rH^{\circ}$ đề cho không. (b) Nếu đảo ngược phản ứng thành phân huỷ $2H_2O(g) \rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)$, phản ứng này tỏa hay thu nhiệt, giá trị $\Delta_rH^{\circ}$ là bao nhiêu?
2
Ta có: $\Delta_rH^{\circ} = 2\Delta_fH^{\circ}(H_2O,g) - [2 \times 0 + 0] = 2 \times (-241{,}8) = -483{,}6$ kJ. \quad (1)
Ta có: $\Delta_rH^{\circ} = 2\Delta_fH^{\circ}(H_2O,g) - [2 \times 0 + 0] = 2 \times (-241{,}8) = -483{,}6$ kJ. \quad (1)
3
Từ (1), giá trị tính ra đúng bằng $-483{,}6$ kJ mà đề đã cho — vậy dữ liệu $\Delta_fH^{\circ}(H_2O,g) = -241{,}8$ kJ/mol khớp hoàn toàn.
Từ (1), giá trị tính ra đúng bằng $-483{,}6$ kJ mà đề đã cho — vậy dữ liệu $\Delta_fH^{\circ}(H_2O,g) = -241{,}8$ kJ/mol khớp hoàn toàn.
4
Theo tính chất đảo chiều đổi dấu (Chương 1), phản ứng phân huỷ $2H_2O(g) \rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)$ có $\Delta_rH^{\circ} = +483{,}6$ kJ.
Theo tính chất đảo chiều đổi dấu (Chương 1), phản ứng phân huỷ $2H_2O(g) \rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)$ có $\Delta_rH^{\circ} = +483{,}6$ kJ.
5
Vậy: (a) giá trị đề cho khớp đúng. (b) phản ứng phân huỷ nước là phản ứng thu nhiệt, $\Delta_rH^{\circ} = +483{,}6$ kJ — hợp lí vì nước là chất rất bền, cần một lượng lớn năng lượng mới phân huỷ ngược lại thành đơn chất.
Vậy: (a) giá trị đề cho khớp đúng. (b) phản ứng phân huỷ nước là phản ứng thu nhiệt, $\Delta_rH^{\circ} = +483{,}6$ kJ — hợp lí vì nước là chất rất bền, cần một lượng lớn năng lượng mới phân huỷ ngược lại thành đơn chất.

Ba lỗi tổng hợp cần rà lại trước khi nộp bài

(1) Quên trạng thái hoặc quên cân bằng phương trình nhiệt hoá học. (2) Quên nhân hệ số cân bằng khi cộng các giá trị $\Delta_fH^{\circ}$ , đặc biệt với H2O và CO2 có hệ số khác 1. (3) Dùng công thức năng lượng liên kết cho phản ứng có chất rắn/lỏng — luôn kiểm tra trạng thái TRƯỚC khi chọn phương pháp. Ba lỗi này chiếm phần lớn số điểm bị mất ở dạng bài năng lượng hoá học trong các đề kiểm tra thực tế, nên xứng đáng được rà soát kĩ mỗi lần làm bài.

(1) Quên trạng thái hoặc quên cân bằng phương trình nhiệt hoá học. (2) Quên nhân hệ số cân bằng khi cộng các giá trị $\Delta_fH^{\circ}$, đặc biệt với H2O và CO2 có hệ số khác 1. (3) Dùng công thức năng lượng liên kết cho phản ứng có chất rắn/lỏng — luôn kiểm tra trạng thái TRƯỚC khi chọn phương pháp. Ba lỗi này chiếm phần lớn số điểm bị mất ở dạng bài năng lượng hoá học trong các đề kiểm tra thực tế, nên xứng đáng được rà soát kĩ mỗi lần làm bài.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ toàn khoá

ΔrH° < 0: tỏa nhiệt. ΔrH° > 0: thu nhiệt. Phương trình nhiệt hoá học cần đủ trạng thái và giá trị ΔrH°. ΔrH° = ΣΔfH°(sp) − ΣΔfH°(cđ), nhân đúng hệ số. ΔrH° = ΣEb(phá vỡ) − ΣEb(hình thành), chỉ dùng khi mọi chất đều ở thể khí.

Hoàn thành khoá Năng lượng hoá học Lớp 10! Đại lượng $\Delta_rH^{\circ}$ sẽ còn xuất hiện xuyên suốt chương trình Hoá học 11–12, đặc biệt khi học về tốc độ phản ứng, cân bằng hoá học và điện hoá — nắm chắc cách tính ở đây sẽ giúp các bài học sau nhẹ nhàng hơn nhiều.