WebLab STEM

Hóa học · 9. Năng lượng hóa học

Phản ứng tỏa nhiệt, thu nhiệt và enthalpy

Theo dõi hướng truyền năng lượng, dùng nhiệt lượng kế đơn giản và định luật Hess để tính biến thiên enthalpy.

45 phútPhiên bản nội dung: 2.2
Bắt đầu lộ trình tương tácMở thí nghiệm mô phỏng

Câu hỏi dẫn đường

Làm sao suy ra năng lượng phản ứng từ một thay đổi nhiệt độ đo được?

Phạm vi chương trình

GDPT Hóa 10; Cambridge IGCSE 0620 và AS & A Level 9701: energetics, calorimetry và Hess cycles.

Phạm vi và giới hạn mô hình

Nhiệt lượng kế cốc xốp thường giả định dung dịch có khối lượng riêng 1,00 g/cm³ và nhiệt dung riêng 4,18 J g⁻¹ K⁻¹; thất thoát nhiệt và nhiệt dung dụng cụ làm kết quả thực lệch khỏi giá trị chuẩn. Mô phỏng chỉ minh họa hướng biến đổi, không thay thế số liệu nhiệt lượng kế đã hiệu chuẩn.

Mục tiêu học tập

  • Phân biệt hệ với môi trường và xác định dấu của ΔH.
  • Dùng q = mcΔT và ΔH = −q/n với đơn vị nhất quán.
  • Áp dụng định luật Hess và năng lượng liên kết đúng quy ước phá–tạo liên kết.

Kiến thức cần biết trước

  • Mol, phương trình cân bằng và đổi J–kJ.
  • Nhiệt độ, khối lượng và nhiệt dung riêng.

Kiến thức trọng tâm

Dấu của ΔH

Phản ứng tỏa nhiệt truyền năng lượng từ hệ ra môi trường nên ΔHhệ < 0; phản ứng thu nhiệt nhận năng lượng nên ΔHhệ > 0.

Nhiệt lượng kế

Nhiệt dung dịch nhận qdung dịch = mcΔT. Nếu bỏ qua thất thoát thì qphản ứng = −qdung dịch và ΔH = qphản ứng/n theo mol phản ứng đã xác định.

Định luật Hess

Enthalpy là hàm trạng thái nên ΔH tổng bằng tổng đại số các bước; đảo phương trình thì đổi dấu, nhân hệ số thì nhân ΔH.

Ví dụ mẫu có giải thích

Trộn 50,0 cm³ HCl 1,00 mol/dm³ với 50,0 cm³ NaOH 1,00 mol/dm³ làm nhiệt độ tăng 6,80 K. Lấy m = 100 g và c = 4,18 J g⁻¹ K⁻¹: qdung dịch = 2842 J. Có 0,0500 mol H₂O tạo thành nên ΔH = −2,842/0,0500 = −56,8 kJ mol⁻¹.

Ngộ nhận cần tránh

  • Nhiệt độ tăng không có nghĩa ΔH của hệ dương; môi trường ấm lên vì hệ phản ứng mất năng lượng.
  • Tạo liên kết giải phóng năng lượng còn phá liên kết cần năng lượng; với năng lượng liên kết trung bình, ΔH ≈ tổng năng lượng phá − tổng năng lượng tạo.
  • ΔT theo kelvin và theo độ Celsius có cùng độ lớn, nhưng nhiệt độ tuyệt đối không thể đổi bằng cách bỏ đơn vị.

Quy trình thí nghiệm mô phỏng: Phản ứng kẽm với axit và sự thay đổi nhiệt

  1. Trong mô phỏng Zn–HCl, xác định hệ, môi trường và dự đoán dấu ΔH trước khi trộn.
  2. Ghi hiện tượng và hướng thay đổi nhiệt độ; không tự tạo số đo nếu mô phỏng không cung cấp cảm biến định lượng.
  3. Dùng bộ dữ liệu nhiệt lượng kế của bài để tính q, số mol giới hạn và ΔH, rồi nêu nguồn sai số có hướng.

An toàn và lưu ý

  • Phản ứng kim loại–axit sinh H₂ dễ cháy và có thể bắn axit; thí nghiệm thật cần kính bảo hộ, thông khí và tránh mọi nguồn lửa gần bình phản ứng.

Bằng chứng cần thu thập

  • Sơ đồ truyền năng lượng giữa hệ và môi trường cùng dấu ΔH.
  • Phép tính q và ΔH có đơn vị, số mol phản ứng và ít nhất một giả định hoặc nguồn thất thoát.
Mở thí nghiệm mô phỏng
📋 Nhúng thí nghiệm này vào bài giảng điện tử (Dành cho Giáo viên & LMS)

Sao chép đoạn mã iframe dưới đây để nhúng mô phỏng tương tác này vào Google Sites, LMS Moodle, Canvas, Microsoft Teams hoặc blog học tập:

<iframe src="https://visuallab.win/chem-lab/?experiment=exp_sgk_zn_hcl&lang=vi" width="100%" height="560" frameborder="0" allow="fullscreen" loading="lazy"></iframe>

Kiểm tra đầu vào

1. Phản ứng làm môi trường ấm lên thường có ΔHhệ như thế nào?

  1. Âm
  2. Dương
  3. Luôn bằng 0
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Âm

Năng lượng rời hệ nên enthalpy của hệ giảm.

2. Trong q = mcΔT, c có đơn vị nào?

  1. J g⁻¹ K⁻¹
  2. J mol⁻¹
  3. kg m s⁻¹
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: J g⁻¹ K⁻¹

Nhiệt dung riêng là năng lượng trên khối lượng và trên độ tăng nhiệt độ.

3. Khi đảo chiều một phương trình Hess, phải làm gì với ΔH?

  1. Đổi dấu
  2. Giữ nguyên
  3. Bình phương
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Đổi dấu

Đường đi ngược trao đổi cùng độ lớn năng lượng theo chiều ngược lại.

Luyện tập vận dụng

1. 100 g dung dịch tăng 5,0 K, c = 4,18 J g⁻¹ K⁻¹. Dung dịch nhận bao nhiêu nhiệt?

  1. 2,09 kJ
  2. 20,9 kJ
  3. 0,209 kJ
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: 2,09 kJ

q = 100×4,18×5,0 = 2090 J = 2,09 kJ.

2. Nếu 0,050 mol phản ứng giải phóng 2,85 kJ thì ΔH mol gần bằng?

  1. −57 kJ mol⁻¹
  2. +57 kJ mol⁻¹
  3. −0,143 kJ mol⁻¹
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: −57 kJ mol⁻¹

ΔH = −2,85/0,050 = −57 kJ mol⁻¹; dấu âm vì phản ứng giải phóng nhiệt.

3. Thất thoát nhiệt ra phòng trong phép đo tỏa nhiệt thường làm |ΔH| đo được thế nào?

  1. Nhỏ hơn giá trị thật
  2. Lớn hơn giá trị thật
  3. Không ảnh hưởng
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Nhỏ hơn giá trị thật

ΔT đo được thấp hơn nên q và độ lớn ΔH bị đánh giá thấp.

Nguồn kiểm tra chuyên môn

  1. Cambridge IGCSE Chemistry 0620 — đề cương và tài liệu chính thức
  2. Cambridge AS & A Level Chemistry 9701 — đề cương chính thức
  3. OpenStax Chemistry 2e — hóa học đại cương đã bình duyệt
  4. IUPAC Color Books — thuật ngữ và danh pháp hóa học chuẩn
  5. BIPM — Hệ đơn vị quốc tế SI, ấn bản 9

Nội dung được duy trì theo các nguồn trích dẫn bên dưới. Mô phỏng là mô hình học tập và không thay thế quy trình an toàn của phòng thí nghiệm thực.

Đơn vị xuất bản nội dung
WebLab STEM
Phụ trách kỹ thuật
Đức Tiến — Kỹ sư Điều khiển và Tự động hóa