Tính biến thiên enthalpy từ năng lượng liên kết

Tính $\Delta_rH^\circ_{298}$ của $\mathrm{H_2(g)} + \mathrm{Cl_2(g)} \rightarrow 2\mathrm{HCl(g)}$.

Giải.

1. Phá: $1\ \mathrm{H{-}H}$ ($436$) và $1\ \mathrm{Cl{-}Cl}$ ($243$): $\Sigma_{phá} = 679\ \text{kJ}$.
2. Tạo: $2\ \mathrm{H{-}Cl}$: $\Sigma_{tạo} = 2\times 431 = 862\ \text{kJ}$.
3. $\Delta_rH \approx 679 - 862 = -183\ \text{kJ}$: toả nhiệt.

Tính $\Delta_rH^\circ_{298}$ của $\mathrm{N_2(g)} + 3\mathrm{H_2(g)} \rightarrow 2\mathrm{NH_3(g)}$.

Giải. Phá: $1\ \mathrm{N{\equiv}N}$ và $3\ \mathrm{H{-}H}$: $946 + 3\times 436 = 2254\ \text{kJ}$. Tạo: $2$ phân tử $\mathrm{NH_3}$ có $2\times3 = 6\ \mathrm{N{-}H}$: $6\times391 = 2346\ \text{kJ}$. $\Delta_rH \approx 2254 - 2346 = -92\ \text{kJ}$.

Tính $\Delta_rH^\circ_{298}$ của $2\mathrm{C_2H_6(g)} + 7\mathrm{O_2(g)} \rightarrow 4\mathrm{CO_2(g)} + 6\mathrm{H_2O(g)}$.

Giải.

1. Phá: $2$ phân tử $\mathrm{C_2H_6}$ có $2\ \mathrm{C{-}C}$ và $12\ \mathrm{C{-}H}$; $7\ \mathrm{O{=}O}$. $\Sigma_{phá} = 2\times347 + 12\times413 + 7\times498 = 694 + 4956 + 3486 = 9136\ \text{kJ}$.
2. Tạo: $4\ \mathrm{CO_2}$ có $8\ \mathrm{C{=}O}$; $6\ \mathrm{H_2O}$ có $12\ \mathrm{O{-}H}$. $\Sigma_{tạo} = 8\times799 + 12\times464 = 6392 + 5568 = 11960\ \text{kJ}$.
3. $\Delta_rH \approx 9136 - 11960 = -2824\ \text{kJ}$, tức $-1412\ \text{kJ}$ cho mỗi mol $\mathrm{C_2H_6}$.

Cho $\mathrm{CH_4(g)} + 2\mathrm{O_2(g)} \rightarrow \mathrm{CO_2(g)} + 2\mathrm{H_2O(g)}$. Tính $\Delta_rH$ theo $\Delta_fH$ (với $\mathrm{H_2O(g)}$) và theo $E_b$; nhận xét; rồi cho biết khi sản phẩm là $\mathrm{H_2O(l)}$ thì giá trị là bao nhiêu.

Giải.

1. Theo $\Delta_fH$: $\Delta_rH = [-393{,}5 + 2\times(-241{,}8)] - (-74{,}9) = -877{,}1 + 74{,}9 = -802{,}2\ \text{kJ}$.
2. Theo $E_b$: phá $4\ \mathrm{C{-}H}$ và $2\ \mathrm{O{=}O}$: $4\times413 + 2\times498 = 2648$; tạo $2\ \mathrm{C{=}O}$ và $4\ \mathrm{O{-}H}$: $2\times799 + 4\times464 = 3454$. $\Delta_rH \approx 2648 - 3454 = -806\ \text{kJ}$.
3. Chênh lệch $\lvert -806 - (-802{,}2)\rvert = 3{,}8\ \text{kJ}$, bằng $3{,}8/802{,}2 \approx 0{,}47\%$: rất nhỏ, đủ để dùng ước lượng.
4. Với $\mathrm{H_2O(l)}$: $\Delta_rH = -890{,}2\ \text{kJ}$ (bài trước). Hiệu so với $\mathrm{H_2O(g)}$: $-890{,}2 - (-802{,}2) = -88{,}0\ \text{kJ} = 2\times(-44{,}0)$, chính là nhiệt ngưng tụ của $2$ mol nước.

Biết $\Delta_rH^\circ_{298}$ của $\mathrm{N_2} + 3\mathrm{H_2} \rightarrow 2\mathrm{NH_3}$ là $-92\ \text{kJ}$, $E_b(\mathrm{N{\equiv}N}) = 946$, $E_b(\mathrm{H{-}H}) = 436$. Tìm $E_b(\mathrm{N{-}H})$.

Giải. Đặt $x = E_b(\mathrm{N{-}H})$: $-92 = (946 + 3\times436) - 6x = 2254 - 6x$. Suy ra $6x = 2346$, $x = 391\ \text{kJ/mol}$.