Cách để Tính Entanpy của Phản ứng Hóa học

Đồng tác giả: Nhân viên của wikiHow

Trong bài viết này:Giải Bài toán về EntanpyƯớc lượng EntanpyQuan sát Sự biến thiên Entanpy bằng Thực nghiệm9 Tham khảo

Trong bất cứ phản ứng hóa học nào, nhiệt có thể hoặc là được thu vào hoặc là thoát ra môi trường xung quanh. Nhiệt độ trao đổi giữa phản ứng hóa học và môi trường xung quanh được gọi là entanpy của phản ứng, ký hiệu là H. Tuy nhiên, H không thể đo được một cách trực tiếp, thay vào đó, việc đo sự thay đổi nhiệt độ của phản ứng theo thời gian được sử dụng để tính sự biến thiên của entanpy theo thời gian (ký hiệu là ∆H). Biết ∆H của một phản ứng, ta có thể xác định được đó là phản ứng thu nhiệt (nhiệt của phản ứng lấy từ môi trường) hay tỏa nhiệt (nhiệt của phản ứng tỏa ra môi trường). Với m là khối lượng của chất phản ứng, s là nhiệt dung riêng của sản phẩm, ∆T là sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình phản ứng, ta có ∆H = m x s x ∆T.

1
Giải Bài toán về Entanpy

  1. 1
    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, H2O2 là các chất phản ứng, H2O là sản phẩm.
  2. 2
    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
  3. 3
    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.
  4. 4
    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
  5. 5
    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
  6. 6
    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.

2
Ước lượng Entanpy

  1. 1
    Sử dụng năng lượng liên kết để ước lượng entanpy. Hầu như tất cả các phản ứng hóa học đều bao gồm việc tạo thành hoặc bẻ gãy liên kết giữa các nguyên tử. Vì trong một phản ứng hóa học, năng lượng chỉ có thể được tạo ra hoặc mất đi, nếu ta biết được năng lượng cần để tạo (hoặc bẻ gãy) các liên kết trong một phản ứng, sau đó cộng tổng tất cả chúng lại, ta có thể ước lượng được sự thay đổi entanpy của toàn bộ phản ứng một cách chính xác.
    • Ví dụ, xét phản ứng H2 + F2 → 2HF. Trong trường hợp này, năng lượng để phá vỡ liên kết giữa hai nguyên tử H của phân tử H2 là 436 kJ/mol, năng lượng cần để tạo thành F2 là 158 kJ/mol.[1] Vậy, năng lượng cần để tạo thành HF từ H và F là: -568 kJ/mol.[2] Lấy giá trị này nhân với 2, vì sản phẩm của phản ứng là 2HF, ta có 2 × -568 = -1136 kJ/mol. Cộng tất cả các giá trị năng lượng này lại ta được :
      436 + 158 + -1136 = -542 kJ/mol.
  2. 2
    Sử dụng entanpy chuẩn để ước lượng entanpy. Entanpy chuẩn là giá trị ∆H xác định đặc trưng cho sự thay đổi entanpy trong phản ứng tạo thành một chất nào đó. Nếu bạn biết giá trị entanpy chuẩn cần để tạo thành sản phẩm và chất phản ứng trong một phản ứng hóa học, bạn có thể cộng chúng lại để ước lượng entanpy như đối với việc sử dụng năng lượng liên kết đã nêu ở trên.
    • Ví dụ, xét phản ứng C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O. Trong trường hợp này, ta biết các giá trị entanpy chuẩn của các phản ứng thành phần như sau: :[3]
      C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 = 228 kJ/mol
      2C + 2O2 → 2CO2 = -394 × 2 = -788 kJ/mol
      3H2 + 1.5 O2 → 3H2O = -286 × 3 = -858 kJ/mol
      Ta có thể cộng gộp các phản ứng thành phần này lại để được phương trình phản ứng là C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O, đây là phản ứng ta đang cần tìm entanpy, do đó ta có thể cộng entanpy của các phản ứng thành phần ở trên để có được giá trị entanpy của toàn phản ứng như sau:
      228 + -788 + -858 = -1418 kJ/mol.
  3. 3
    Bạn cần nhớ đổi dấu khi chuyển vế các phương trình. Một điểm quan trọng cần nhớ là khi sử dụng entanpy tạo thành của các bán phản ứng để tính entanpy của toàn phản ứng, bạn cần đổi dấu entanpy khi đổi vế các thành phần của phản ứng. Nói cách khác, nếu bạn đổi chiều các phản ứng tạo thành để có thể triệt tiêu chất phản ứng hay sản phẩm, bạn cần đổi dấu entanpy của các phản ứng tạo thành đã bị đổi chiều.
    • Trong ví dụ trên, ta có thể thấy rằng phản ứng tạo thành C2H5OH được sử dụng theo chiều ngược lại. C2H5OH → 2C + 3H2 + 0.5O2 cho thấy C2H5OH bị phân hủy chứ không được tạo thành. Bởi chúng ta đã đổi chiều phản ứng để có thể triệt tiêu các thành phần một cách hợp lý, do đó, ta cần đổi dấu entanpy của phản ứng, như vậy ta được giá trị là 228 kJ/mol. Trên thực tế, entanpy của phản ứng tạo thành C2H5OH là -228 kJ/mol.

3
Quan sát Sự biến thiên Entanpy bằng Thực nghiệm

  1. 1
    Lấy một bình sạch và đổ đầy nước vào đó. Ta có thể dễ dàng quan sát sự biến thiên của entanpy bằng các thí nghiệm đơn giản. Hãy rửa sạch và khử trùng bình thí nghiệm mà bạn muốn sử dụng để đảm bảo không có tạp chất lẫn vào trong phản ứng. Các nhà khoa học sử dụng một bình chứa kín được gọi là nhiệt lượng kế (calorimeter) để đo entanpy, tuy nhiên sử dụng một bình thủy tinh nhỏ cũng có thê giúp bạn quan sát được hiện tượng tương tự. Hãy đổ đầy chiếc bình bạn đã làm sạch với nước sạch ở nhiệt độ phòng. Thí nghiệm cũng nên được thực hiện trong nhà nơi có nhiệt độ mát mẻ.
    • Để thực hiện thí nghiệm này, bạn hãy chuẩn bị một bình nhỏ trung tính. Chúng ta sẽ kiểm tra hiệu ứng biến đổi entanpy của thuốc Alka-Seltzer (hoặc bất cứ loại viên sủi nào) trong nước. Vì thế, càng dùng ít nước thì bạn càng dễ nhận thấy sự biến đổi của nhiệt độ.
  2. 2
    Đặt một nhiệt kế vào bình. Hãy lấy một nhiệt kế và cố định nó vào bình sao cho phần bầu của nhiệt kế nằm dưới mực nước trong bình. Đọc nhiệt độ của nước; ta lấy nhiệt độ này là nhiệt độ ban đầu T1.
    • Giả dụ ta đo được nhiệt độ của nước là 10 độ C. Trong các bước tiếp theo, ta sẽ sử dụng giá trị này để mô tả nguyên lý của entanpy.
  3. 3
    Lấy một viên thuốc Alka-Seltzer và thả vào trong bình. Khi bạn đã sẵn sang, hãy thả một viên thuốc Alka-Seltzer vào trong bình. Viên thuốc sẽ sủi bọt ngay lập tức. Khi viên thuốc tan trong nước, nó sẽ phân hủy tạo thành bicacbonat (HCO3-) và axit xitric (axit xitric phản ứng dưới dạng ion hydro H+). Các chất này sẽ phản ứng với nhau để tạo thành nước và khí CO2 theo phương trình 3HCO3 + 3H+ → 3H2O + 3CO2.
  4. 4
    Đo nhiệt độ khi phản ứng kết thúc. Quan sát phản ứng xảy ra; viên thuốc sẽ từ từ tan vào nước. Ngay khi viên thuốc tan hết, hãy đo nhiệt độ một lần nữa. Bạn sẽ thấy nhiệt độ của nước lúc này sẽ thấp hơn nhiệt độ T1 ban đầu. Nếu bạn đo được nhiệt độ cao hơn tức là phản ứng đã bị ảnh hưởng bởi các tác nhân bên ngoài (ví dụ như căn phòng nơi bạn thực hiện thí nghiệm quá nóng).
    • Giả sử nhiệt độ khi viên thuốc đã tan hết là 8 độ C.
  5. 5
    Ước lượng entanpy của phản ứng. Trong trường hợp thí nghiệm đạt được các điều kiện lý tưởng, khi bạn thả viên Alka-Seltzer vào nước, nước và khí CO2 (chính là bong bóng nổi lên) sẽ được tạo thành và khiến nhiệt độ của nước giảm đi. Từ thông tin này, ta có thể đoán được đây là phản ứng thu nhiệt; tức là, phản ứng này sẽ nhận nhiệt độ từ môi trường xung quanh. Các chất phản ứng dạng lỏng tan ra trong quá trình phản ứng cần năng lượng để chuyển sang các sản phẩm dạng khí, do đó các chất này sẽ lấy năng lượng dưới dạng nhiệt từ môi trường (trong trường hợp này là nước). Chính vì vậy, nhiệt độ của nước sẽ giảm.
    • Trong thí nghiệm ví dụ này, nhiệt độ của nước đã giảm 2 độ C sau khi viên thuốc Alka-Selzter tan hoàn toàn. Điều này hoàn toàn phù hợp với nhận định mà chúng ta đưa ra, rằng đây là phản ứng toả nhiệt.

Lời khuyên

  • Các tính toán ở đây sử dụng đơn vị nhiệt độ là độ Kelvin (K) – một thang đo nhiệt độ tương tự như độ C. Để chuyển từ độ C sang độ K, bạn chỉ cần cộng vào hoặc trừ đi 273: K = °C + 273.
  • Bạn không nhất thiết phải sử dụng thuốc Alka-Seltzer, bất cứ thuốc viên nén dạng sủi nào cũng có thể được sử dụng trong thí nghiệm nêu trên.

Thông tin Bài viết

Bài viết này có đồng tác giả là đội ngũ biên tập viên và các nhà nghiên cứu đã qua đào tạo, những người xác nhận tính chính xác và toàn diện của bài viết.

Chuyên mục: Hóa học

Ngôn ngữ khác:

English: Calculate the Enthalpy of a Chemical Reaction, Русский: найти энтальпию реакции, Español: hallar Delta H (entalpía), Français: calculer l'enthalpie d'une réaction (delta H), Deutsch: Delta H errechnen, Italiano: Calcolare il Delta H, Nederlands: Enthalpie van een reactie bepalen, Bahasa Indonesia: Mencari Entalpi dalam Reaksi Kimia, العربية: حساب أنتالبية تفاعل كيميائي, 한국어: 화학반응의 엔탈피 계산하기, 日本語: 化学反応のエンタルピーを計算する, 中文: 计算化学反应的焓, हिन्दी: किसी केमिकल रिएक्शन की एन्थैल्पी (Enthalpy) कैलकुलेट करें

Trang này đã được đọc 30.963 lần.
Bài viết này đã giúp ích cho bạn?