Câu 14
Đề bài
Methane cháy hoàn toàn theo phương trình $\ce{CH4(g) + 2O2(g) -> CO2(g) + 2H2O(l)}$.
Cho nhiệt tạo thành chuẩn:
| Chất | $\Delta_fH^\circ_{298}$ (kJ/mol) |
|---|---:|
| $\ce{CH4(g)}$ | −74,9 |
| $\ce{O2(g)}$ | 0 |
| $\ce{CO2(g)}$ | −393,5 |
| $\ce{H2O(l)}$ | −285,8 |
a) Tính $\Delta_rH^\circ_{298}$ của phản ứng.
b) Phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt? Giải thích.
c) Tính thể tích methane ở 25 °C, 1 bar cần đốt để cung cấp 712,4 kJ nhiệt. Cho thể tích mol khí tại điều kiện này bằng 24,79 L/mol; phản ứng hoàn toàn và không thất thoát nhiệt. Làm tròn thể tích đến 0,01 L.
Hướng dẫn giải
**Đáp án**:
Tự đối chiếu lời giải.
**Giải thích**:
a) Biến thiên enthalpy của phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành của sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành của chất đầu; mỗi giá trị phải nhân với hệ số chất tương ứng.
Tổng của sản phẩm:
$$\begin{aligned}
H_{\text{sp}}&=-393{,}5+2(-285{,}8)\\
&=-965{,}1\ \mathrm{kJ}.
\end{aligned}$$
Tổng của chất đầu: $H_{\text{đầu}}=-74{,}9+2(0)=-74{,}9$ kJ. Do đó:
$$\begin{aligned}
\Delta_rH^\circ&=-965{,}1-(-74{,}9)\\
&=-890{,}2\ \mathrm{kJ}.
\end{aligned}$$
b) $\Delta_rH^\circ<0$, nên phản ứng tỏa nhiệt: đốt 1 mol methane theo phương trình giải phóng 890,2 kJ.
c) Vì không thất thoát nhiệt, số mol methane cần đốt bằng nhiệt lượng cần cung cấp chia cho nhiệt tỏa ra khi đốt 1 mol:
$$n=\frac{712{,}4}{890{,}2}\approx0{,}80027\ \mathrm{mol}.$$
Với $V_m=24{,}79$ L/mol, thể tích khí là:
$$\begin{aligned}
V&=nV_m\\
&=\frac{712{,}4}{890{,}2}\times24{,}79\\
&\approx19{,}84\ \mathrm{L}.
\end{aligned}$$
Giữ đủ chữ số ở bước tính số mol rồi mới làm tròn thể tích.