Bếp Bunsen nóng đủ để làm mềm thủy tinh. Một gói lạnh tức thì, bóp một lần, giảm nhiệt độ gần mức đóng băng. Cả hai đều chỉ là các phản ứng hóa học — một trong…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp
5.1
Enthalpy change, ΔH · Biến thiên enthalpy, ΔH
Syllabus · Chương trình
English
understand that chemical reactions are accompanied by enthalpy changes and these changes can be exothermic ($\Delta H$ is negative) or endothermic ($\Delta H$ is positive)
construct and interpret a reaction pathway diagram, in terms of the enthalpy change of the reaction and of the activation energy
define and use the terms: (a) standard conditions (this syllabus assumes that these are $298\text{ K}$ and $101\text{ kPa}$) shown by $^{\ominus}$. (b) enthalpy change with particular reference to: reaction, $\Delta H_r$, formation, $\Delta H_f$, combustion, $\Delta H_c$, neutralisation, $\Delta H_{\text{neut}}$
understand that energy transfers occur during chemical reactions because of the breaking and making of chemical bonds
use bond energies ($\Delta H$ positive, i.e. bond breaking) to calculate enthalpy change of reaction, $\Delta H_r$
understand that some bond energies are exact and some bond energies are averages
calculate enthalpy changes from appropriate experimental results, including the use of the relationships $q = mc\Delta T$ and $\Delta H = -mc\Delta T/n$
Tiếng Việt
hiểu rằng các phản ứng hóa học đi kèm với biến thiên enthalpy và những biến thiên này có thể là tỏa nhiệt ($\Delta H$ mang dấu âm) hoặc hấp nhiệt ($\Delta H$ mang dấu dương)
xây dựng và giải thích sơ đồ đường phản ứng, dựa trên biến thiên enthalpy của phản ứng và năng lượng hoạt hóa
định nghĩa và sử dụng các thuật ngữ: (a) điều kiện tiêu chuẩn (giáo trình này giả định rằng chúng là $298\text{ K}$ và $101\text{ kPa}$) được biểu thị bởi $^{\ominus}$. (b) biến thiên enthalpy với trọng tâm đặc biệt vào: phản ứng, $\Delta H_r$, tạo thành, $\Delta H_f$, đốt cháy, $\Delta H_c$, trung hòa, $\Delta H_{\text{neut}}$
hiểu rằng sự truyền năng lượng xảy ra trong các phản ứng hóa học do quá trình phá vỡ và hình thành liên kết hóa học
sử dụng năng lượng liên kết ($\Delta H$ mang dấu dương, tức là phá vỡ liên kết) để tính biến thiên enthalpy của phản ứng, $\Delta H_r$
hiểu rằng một số năng lượng liên kết là chính xác và một số năng lượng liên kết là giá trị trung bình
tính toán biến thiên enthalpy từ các kết quả thí nghiệm phù hợp, bao gồm việc sử dụng các hệ thức $q = mc\Delta T$ và $\Delta H = -mc\Delta T/n$
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
Reaction profile: activation energy and ΔH
Every chemical reaction takes in or gives out energy. This energy change, measured at constant pressure, is the enthalpy change 焓变, with symbol $\Delta H$.
in an exothermic 放热 reaction the system gives out heat, so the products have less energy than the reactants and $\Delta H$ is negative.
in an endothermic 吸热 reaction the system takes in heat, so the products have more energy than the reactants and $\Delta H$ is positive.
Reaction pathway diagrams
A reaction pathway diagram 反应路径图 shows the energy of the reactants and products, and the energy "hill" between them. The height of the hill is the activation energy 活化能 — the least energy the particles need before they can react.
exothermic: products sit lower than reactants ($\Delta H < 0$).
endothermic: products sit higher than reactants ($\Delta H > 0$).
Standard conditions and types of enthalpy change
Energy values are compared under standard conditions 标准条件: $298\ \text{K}$ and $101\ \text{kPa}$, shown by the symbol $^{\ominus}$. Each substance is in its normal physical state at those conditions.
Symbol
Name
Definition (per mole, under standard conditions)
$\Delta H_r^{\ominus}$
enthalpy change of reaction 反应焓变
for the amounts shown in the equation
$\Delta H_f^{\ominus}$
enthalpy change of formation 生成焓变
one mole of a compound forms from its elements
$\Delta H_c^{\ominus}$
enthalpy change of combustion 燃烧焓变
one mole of a substance burns completely in oxygen
$\Delta H_{\text{neut}}^{\ominus}$
enthalpy change of neutralisation 中和焓变
one mole of water forms from an acid and an alkali
Energy from breaking and making bonds
During a reaction, old bonds break and new bonds form. Breaking a bond needs energy (endothermic); making a bond releases energy (exothermic). The enthalpy change of the reaction is the difference between the two:
The bond energy 键能 is the energy needed to break one mole of a particular bond in the gas state, so it is always positive. Some bond energies are exact (for one specific molecule); others are averages taken over many different molecules, so calculations using them are only approximate.
Worked example. Use bond energies to find $\Delta H$ for $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$. Bond energies (kJ mol⁻¹): H–H $= 436$, Cl–Cl $= 242$, H–Cl $= 431$.
When a reaction heats up (or cools down) a known mass of water or solution, the heat transferred is:
$$q = mc\Delta T$$
where $m$ is the mass, $c$ is the specific heat capacity 比热容 (how much energy raises 1 g by 1 K), and $\Delta T$ is the temperature change. The enthalpy change per mole is then:
$$\Delta H = -\frac{mc\Delta T}{n}$$
The minus sign makes $\Delta H$ negative when the temperature rises (an exothermic reaction).
Worked example. Burning $0.50\ \text{g}$ of methanol ($M_r = 32$) raises the temperature of $100\ \text{g}$ of water by $18\ ^{\circ}\text{C}$. Find the enthalpy change of combustion per mole. ($c = 4.18\ \text{J g}^{-1}\,\text{K}^{-1}$.)
The heat released is $q = mc\Delta T = 100 \times 4.18 \times 18 = 7520\ \text{J}$. The amount burnt is $n = 0.50/32 = 0.0156\ \text{mol}$, so
Đồ thị phản ứng: năng lượng hoạt hóa và ΔHĐốt nhiên liệu là quá trình tỏa nhiệt, giải phóng năng lượng ra môi trường.Gói lạnh tức thời sử dụng phản ứng thu nhiệt hấp thụ nhiệt.
Mọi phản ứng hóa học đều hấp thụ hoặc giải phóng năng lượng. Sự thay đổi năng lượng này, đo ở áp suất không đổi, là biến thiên enthalpy, ký hiệu $\Delta H$.
Trong phản ứng tỏa nhiệt, hệ tỏa nhiệt, nên sản phẩm có ít năng lượng hơn chất tham gia và $\Delta H$ là âm.
Trong phản ứng thu nhiệt, hệ hấp thụ nhiệt, nên sản phẩm có nhiều năng lượng hơn chất tham gia và $\Delta H$ là dương.
Sơ đồ đường đi phản ứng
Một sơ đồ đường phản ứng thể hiện năng lượng của chất tham gia và sản phẩm, cùng với "đồi" năng lượng giữa chúng. Chiều cao của đồi chính là năng lượng hoạt hóa — mức năng lượng tối thiểu mà các hạt cần có trước khi có thể phản ứng.
tỏa nhiệt: sản phẩm nằm ở vị trí thấp hơn so với chất tham gia ($\Delta H < 0$).
thu nhiệt: sản phẩm nằm ở vị trí cao hơn so với chất tham gia ($\Delta H > 0$).
Phản ứng tỏa nhiệt kết thúc ở vị trí thấp hơn nơi bắt đầu ($\Delta H<0$); phản ứng thu nhiệt kết thúc ở vị trí cao hơn ($\Delta H>0$)
Điều kiện chuẩn và các loại biến thiên enthalpy
Các giá trị năng lượng được so sánh dưới điều kiện chuẩn: $298\ \text{K}$ và $101\ \text{kPa}$, được ký hiệu bởi biểu tượng $^{\ominus}$. Mỗi chất ở trạng thái vật lý thông thường tại các điều kiện đó.
Ký hiệu
Tên gọi
Định nghĩa (trên mỗi mol, dưới điều kiện chuẩn)
$\Delta H_r^{\ominus}$
biến thiên enthalpy của phản ứng
cho lượng chất như trong phương trình
$\Delta H_f^{\ominus}$
biến thiên enthalpy tạo thành
một mol hợp chất tạo thành từ các nguyên tố cấu thành
$\Delta H_c^{\ominus}$
biến thiên enthalpy cháy
một mol chất cháy hoàn toàn trong oxi
$\Delta H_{\text{neut}}^{\ominus}$
biến thiên enthalpy trung hòa
một mol nước tạo thành từ axit và bazơ
Đừng nhầm lẫn: tạo thành xây dựng 1 mol hợp chất từ các nguyên tố; cháy đốt 1 mol chất trong oxi
Năng lượng từ việc phá và tạo liên kết
Trong quá trình phản ứng, các liên kết cũ bị phá vỡ và liên kết mới hình thành. Phá vỡ liên kết đòi hỏi năng lượng (thu nhiệt); tạo ra liên kết giải phóng năng lượng (tỏa nhiệt). Biến thiên enthalpy của phản ứng là chênh lệch giữa hai đại lượng này:
Năng lượng liên kết là năng lượng cần thiết để phá vỡ một mol liên kết cụ thể ở trạng thái khí, do đó nó luôn mang giá trị dương. Một số năng lượng liên kết là chính xác (cho một phân tử cụ thể); số khác là giá trị trung bình lấy trên nhiều phân tử khác nhau, nên các phép tính sử dụng chúng chỉ mang tính xấp xỉ.
Ví dụ minh họa. Sử dụng năng lượng liên kết để tìm $\Delta H$ cho $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$. Năng lượng liên kết (kJ mol⁻¹): H–H $= 436$, Cl–Cl $= 242$, H–Cl $= 431$.
Phá vỡ liên kết nhận năng lượng vào; tạo liên kết đưa năng lượng ra. $\Delta H$ là chênh lệch giữa hai đại lượng
Đo lường biến thiên enthalpy trong phòng thí nghiệm
Khi một phản ứng làm nóng (hoặc làm lạnh) một khối lượng nước hoặc dung dịch đã biết, nhiệt lượng truyền đi là:
$$q = mc\Delta T$$
trong đó $m$ là khối lượng, $c$ là nhiệt dung riêng (lượng năng lượng cần để nâng 1 g lên 1 K), và $\Delta T$ là độ thay đổi nhiệt độ. Biến thiên enthalpy trên mỗi mol sẽ là:
$$\Delta H = -\frac{mc\Delta T}{n}$$
Dấu trừ khiến $\Delta H$ trở thành giá trị âm khi nhiệt độ tăng (phản ứng tỏa nhiệt).
Ví dụ minh họa. Đốt $0.50\ \text{g}$ metanol ($M_r = 32$) làm tăng nhiệt độ của $100\ \text{g}$ nước lên $18\ ^{\circ}\text{C}$. Tìm biến thiên enthalpy cháy trên mỗi mol. ($c = 4.18\ \text{J g}^{-1}\,\text{K}^{-1}$.)
Nhiệt lượng giải phóng là $q = mc\Delta T = 100 \times 4.18 \times 18 = 7520\ \text{J}$. Lượng chất đã đốt là $n = 0.50/32 = 0.0156\ \text{mol}$, vì vậy
Cốc cách nhiệt và nhiệt kế đo sự thay đổi nhiệt độ của một khối lượng dung dịch đã biết
Explore · Khám phá
Exothermic and endothermic reactions · Phản ứng tỏa nhiệt và thu nhiệt
Drag ΔH. An exothermic reaction releases energy (products lower); an endothermic one takes it in (products higher). · Kéo ΔH. Phản ứng tỏa nhiệt giải phóng năng lượng (sản phẩm thấp hơn); phản ứng hấp nhiệt thu vào năng lượng (sản phẩm cao hơn).
enthalpy change of reaction/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv rɪˈækʃn/
biến thiên enthalpy của phản ứng
enthalpy change of formation/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv fɔːˈmeɪʃn/
biến thiên enthalpy tạo thành
enthalpy change of combustion/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv kəmˈbʌstʃn/
biến thiên enthalpy đốt cháy
enthalpy change of neutralisation/enˈθælpi tʃeɪndʒ ɒv ˌnjuːtrəlaɪˈzeɪʃn/
biến thiên enthalpy trung hòa
bond energy/bɒnd ˈenədʒi/
năng lượng liên kết
specific heat capacity/spəˈsɪfɪk hiːt kəˈpæsɪti/
nhiệt dung riêng
Hess's law/ˈhesɪz lɔː/
Định luật Hess
energy cycle/ˈenədʒi ˈsaɪkl/
chu kỳ năng lượng
5.2
Hess's law · Định luật Hess
Syllabus · Chương trình
English
apply Hess’s law to construct simple energy cycles
carry out calculations using cycles and relevant energy terms, including: (a) determining enthalpy changes that cannot be found by direct experiment (b) use of bond energy data
Tiếng Việt
áp dụng định luật Hess để xây dựng các chu kỳ năng lượng đơn giản
thực hiện các phép tính sử dụng các chu kỳ và các thuật ngữ năng lượng liên quan, bao gồm: (a) xác định biến thiên enthalpy không thể tìm thấy bằng thí nghiệm trực tiếp (b) sử dụng dữ liệu năng lượng liên kết
Source: Cambridge International syllabus · Nguồn: Chương trình Cambridge International
English
Hess's law 盖斯定律 says that the total enthalpy change for a reaction is the same, no matter which route you take from reactants to products. This is because energy is conserved.
This lets you draw an energy cycle 能量循环: link the reactants and products by a direct step and by an indirect route, then add the steps so that both routes give the same total.
Hess's law is useful in two ways:
it lets you find an enthalpy change that you cannot measure directly (for example, the formation of a compound that forms slowly or with side reactions).
it lets you calculate $\Delta H_r$ from bond energy data, or from formation or combustion data given in the question.
Tiếng Việt
Định luật Hess phát biểu rằng tổng biến thiên enthalpy của một phản ứng là như nhau, bất kể con đường nào bạn chọn từ chất tham gia đến sản phẩm. Điều này là do năng lượng được bảo toàn.
Điều này cho phép bạn vẽ một chu kỳ năng lượng: nối chất tham gia và sản phẩm bằng một bước trực tiếp và bằng một tuyến gián tiếp, sau đó cộng các bước sao cho cả hai tuyến đều cho cùng tổng.
Tuyến trực tiếp bằng tuyến gián tiếp, vì vậy $\Delta H_r = \Delta H_1 + \Delta H_2$
Định luật Hess hữu ích theo hai cách:
nó cho phép bạn tìm biến thiên enthalpy mà bạn không thể đo trực tiếp (ví dụ, sự tạo thành của một hợp chất tạo chậm hoặc có phản ứng phụ).
nó cho phép bạn tính toán $\Delta H_r$ từ dữ liệu năng lượng liên kết, hoặc từ dữ liệu tạo thành hoặc cháy được cung cấp trong đề bài.
Explore · Khám phá
Hess's law cycle · Chu trình Hess
Enthalpy change is the same whichever route you take — so an unknown ΔH can be found by an alternative path. · Biến đổi enthalpy là như nhau bất kể con đường nào bạn đi — vì vậy ΔH chưa biết có thể tìm thấy bằng một đường đi thay thế.
5.2
Exam tips · Mẹo làm bài thi
English
Define each enthalpy change with its exact standard conditions (e.g. combustion = one mole burned completely in excess oxygen).
Use $\Delta H = \sum(\text{bonds broken}) - \sum(\text{bonds made})$; breaking is endothermic ($+$), making is exothermic ($-$) — getting the sign the wrong way round is the classic error.
In $q = mc\Delta T$ use the mass of the water/solution, then divide by moles and add the minus sign for an exothermic reaction.
Draw Hess cycles with arrows the same way round, follow the alternative route, and always give $\Delta H$ a sign and units ($\text{kJ mol}^{-1}$).
Tiếng Việt
Định nghĩa từng biến thiên enthalpy kèm theo điều kiện chuẩn chính xác (ví dụ: cháy = một mol đốt hoàn toàn trong excess oxi).
Sử dụng $\Delta H = \sum(\text{bonds broken}) - \sum(\text{bonds made})$; phá vỡ là thu nhiệt ($+$), tạo là tỏa nhiệt ($-$) — việc đảo ngược dấu là lỗi điển hình.
Trong $q = mc\Delta T$ sử dụng khối lượng của nước/dung dịch, sau đó chia cho số mol và thêm dấu trừ cho phản ứng tỏa nhiệt.
Vẽ chu kỳ Hess với các mũi tên cùng hướng, đi theo tuyến thay thế, và luôn cho $\Delta H$ một dấu và đơn vị ($\text{kJ mol}^{-1}$).
Interactive lessons on this topic · Bài học tương tác về chủ đề này
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Chọn một môn và trang sẽ điều hướng theo — ghi chú, tài liệu, video và bài tập đều mở ở đó.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Nhập để tìm ghi chú, bài học, mã, từ vựng và câu hỏi đề thi cũ trên mọi môn học.
