Sáng mùa đông, mẹ bạn bật bếp gas để nấu nồi nước phở. Bạn đứng cạnh bếp, thấy ngọn lửa xanh liếm quanh đáy nồi, nghe tiếng nước sôi ùng ục, và chỉ vài phút sau, hơi nóng đã phả vào mặt bạn ấm rực. Bạn có bao giờ tự hỏi, lượng nhiệt làm sôi được cả nồi nước ấy từ đâu mà ra không? Nó không rơi từ trên trời xuống, cũng không phải bếp tự nhiên sinh ra. Nhiệt ấy nằm sẵn trong khí gas, trong từng phân tử metan, và chỉ chờ ngọn lửa châm lên là bung ra. Mỗi lần bạn nấu một bữa cơm, đun một ấm nước hay sưởi ấm đôi tay trong ngày rét, bạn đang dùng một thứ năng lượng mà các nhà hóa học đã đặt tên từ rất lâu: enthalpy, và sự thay đổi của nó trong phản ứng được gọi là biến thiên enthalpy.
Nhưng làm sao biết một phản ứng tỏa ra bao nhiêu nhiệt, hay cần hút vào bao nhiêu nhiệt, trước khi bạn thực sự làm thí nghiệm? Bạn không thể cứ đốt thử mọi thứ rồi đo bằng tay, vừa nguy hiểm vừa tốn kém. May mắn thay, các nhà hóa học đã nghĩ ra một cách rất thông minh: thay vì đo trực tiếp từng phản ứng, họ đo sẵn một đại lượng cho từng chất, gọi là nhiệt tạo thành chuẩn, rồi từ đó cộng trừ là ra đáp án cho bất kì phản ứng nào. Bài học hôm nay, Hóa học 10, sẽ dạy bạn đúng cách làm ấy, qua một công thức ngắn gọn mà mạnh mẽ: công thức tính biến thiên enthalpy theo nhiệt tạo thành chuẩn. Bạn chỉ cần học thuộc một công thức, tra vài con số trong bảng, làm đúng bốn phép tính, là bạn tính được nhiệt lượng của phản ứng đốt cháy khí gas trong bếp nhà mình, của phản ứng nung vôi trong lò gạch, hay của bất kì phản ứng nào mà đề thi có thể hỏi tới.
Công thức tính biến thiên enthalpy theo nhiệt tạo thành chuẩn
Trước khi viết công thức, bạn hãy làm quen với hai nhân vật chính của bài học này. Nhân vật thứ nhất là biến thiên enthalpy của phản ứng, kí hiệu là ΔrH°, đọc là đen-ta-rờ-H-không. Chữ Δ có nghĩa là sự thay đổi, chữ r viết tắt của từ reaction trong tiếng Anh, nghĩa là phản ứng, chữ H là enthalpy, và dấu ° nhỏ trên đầu cho biết phản ứng được xét ở điều kiện chuẩn, tức là áp suất 1 bar và nhiệt độ 298 K, tương đương 25 °C, nhiệt độ phòng quen thuộc. Biến thiên enthalpy cho bạn biết phản ứng tỏa ra hay thu vào bao nhiêu nhiệt: nếu ΔrH° mang dấu âm, phản ứng tỏa nhiệt ra môi trường, giống như bếp gas tỏa nhiệt làm sôi nồi nước; nếu ΔrH° mang dấu dương, phản ứng thu nhiệt từ môi trường, giống như cục nước đá thu nhiệt từ tay bạn rồi tan ra. Đơn vị của ΔrH° là kJ, hoặc kJ trên mol phản ứng, và bạn phải luôn ghi đơn vị này vào đáp án, vì một con số không có đơn vị trong hóa học cũng giống như một địa chỉ không có tên đường, người đọc không biết nó chỉ cái gì.
Nhân vật thứ hai là nhiệt tạo thành chuẩn, kí hiệu là ΔfH°, trong đó chữ f viết tắt của từ formation, nghĩa là sự tạo thành. Nhiệt tạo thành chuẩn của một chất là lượng nhiệt tỏa ra hay thu vào khi tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất bền nhất của nó ở điều kiện chuẩn. Nghe thì dài dòng, nhưng bạn chỉ cần nhớ một quy ước rất quan trọng: nhiệt tạo thành chuẩn của mọi đơn chất ở dạng bền nhất đều bằng 0. Khí oxi O₂ bằng 0, khí hiđro H₂ bằng 0, than chì C bằng 0, vì những chất này không cần tạo thành từ cái gì khác, chúng đã là đơn chất bền nhất rồi. Còn các hợp chất thì có nhiệt tạo thành chuẩn khác 0, thường là số âm, ví dụ CO₂ bằng âm 393,5 kJ trên mol, H₂O ở thể lỏng bằng âm 285,8 kJ trên mol, CH₄ bằng âm 74,8 kJ trên mol. Những con số này người ta đã đo sẵn bằng thí nghiệm và in thành bảng trong sách giáo khoa, nhiệm vụ của bạn không phải là nhớ hết bảng, mà là biết tra bảng và dùng đúng số.
Bây giờ là công thức quan trọng nhất của bài học. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng bằng tổng nhiệt tạo thành chuẩn của các sản phẩm trừ đi tổng nhiệt tạo thành chuẩn của các chất tham gia. Viết gọn lại: ΔrH°₂₉₈ bằng tổng ΔfH° của sản phẩm trừ tổng ΔfH° của chất tham gia. Chữ 298 ở dưới là nhiệt độ 298 K, tức 25 °C, nhắc bạn rằng các số liệu trong bảng đều đo ở nhiệt độ phòng. Bạn hãy đọc công thức này như một câu nói đời thường: muốn biết phản ứng tỏa hay thu bao nhiêu nhiệt, bạn lấy nhiệt của những thứ tạo ra sau phản ứng, trừ đi nhiệt của những thứ đem vào trước phản ứng, phần chênh lệch chính là nhiệt mà phản ứng tỏa ra hoặc thu vào. Nếu sản phẩm có nhiệt tạo thành thấp hơn chất tham gia, hiệu số mang dấu âm, phản ứng tỏa nhiệt; nếu sản phẩm có nhiệt tạo thành cao hơn, hiệu số mang dấu dương, phản ứng thu nhiệt.
Có ba điểm bạn nhất định phải nhớ khi dùng công thức này, vì đề thi rất hay gài bẫy ở đúng ba chỗ này. Thứ nhất, bạn phải nhân nhiệt tạo thành chuẩn với hệ số tỉ lượng của chất đó trong phương trình. Nếu phương trình có 2H₂O, bạn phải lấy 2 nhân với âm 285,8, chứ không được lấy một lần rồi thôi. Thứ hai, bạn phải dùng đúng trạng thái của chất: H₂O ở thể lỏng có nhiệt tạo thành chuẩn bằng âm 285,8 kJ trên mol, còn H₂O ở thể khí chỉ bằng âm 241,8 kJ trên mol, hai số này khác nhau vì nước lỏng bay hơi thành nước khí cần thu thêm nhiệt. Nếu đề bài cho H₂O ở thể lỏng mà bạn tra nhầm số của thể khí, cả bài toán sẽ sai theo. Thứ ba, bạn phải giữ đúng dấu âm và dấu dương trong suốt phép tính, vì chỉ cần viết nhầm một dấu trừ thành dấu cộng, đáp án của bạn sẽ lệch đi hàng trăm kJ. Bạn hãy nhìn lại biểu đồ cột ở đầu bài: bốn cột nhiệt tạo thành chuẩn của CH₄, O₂, CO₂ và H₂O lỏng được vẽ theo đúng số liệu, cột càng dài xuống dưới thì số càng âm, và phép tính ở dưới biểu đồ cho thấy cách cộng trừ từng cột để ra kết quả âm 890,3 kJ.
Để bạn thấy công thức này có ích như thế nào trong đời sống, hãy nghĩ tới bếp gas nhà bạn. Mỗi tháng, gia đình bạn dùng hết một bình gas, và bạn có thể tính được bình gas ấy tỏa ra bao nhiêu nhiệt khi đốt cháy hết, chỉ bằng cách lấy số mol metan trong bình nhân với 890,3 kJ. Các kĩ sư thiết kế lò hơi, nhà máy điện hay động cơ tên lửa cũng làm đúng như vậy, chỉ khác là họ tính với hàng nghìn mol và dùng kết quả để chọn nhiên liệu rẻ nhất, an toàn nhất. Nếu bạn muốn ôn lại cách tính số mol và khối lượng mol trước khi làm bài tập enthalpy, bạn có thể xem lại bài về hiệu suất của Vật lí 10, vì nhiều bài toán sẽ cho hiệu suất phản ứng để bạn tính lượng nhiệt thực tế thu được. Khi cần bấm máy tính nhanh để kiểm tra phép nhân với hệ số 2 hay phép trừ các số âm, bạn có thể dùng máy tính Casio online ngay trên trình duyệt, nhưng bạn vẫn nên tự nhẩm lại một lần để chắc chắn mình không bấm nhầm dấu.
Bốn ví dụ tính biến thiên enthalpy từng bước, số nào ra số ấy
Ví dụ 1 là ví dụ gốc trong sách giáo khoa, bạn hãy làm thật chậm cùng thầy cô trên lớp, vì nó là khuôn mẫu cho mọi bài enthalpy sau này. Đề bài cho phản ứng đốt cháy metan: CH₄ ở thể khí cộng 2O₂ ở thể khí tạo thành CO₂ ở thể khí cộng 2H₂O ở thể lỏng. Nhiệt tạo thành chuẩn đã cho: CH₄ bằng âm 74,8 kJ trên mol, CO₂ bằng âm 393,5 kJ trên mol, H₂O ở thể lỏng bằng âm 285,8 kJ trên mol, còn O₂ là đơn chất nên bằng 0. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức: ΔrH° bằng tổng nhiệt tạo thành chuẩn của sản phẩm trừ tổng nhiệt tạo thành chuẩn của chất tham gia. Bước thứ hai, bạn tính tổng của sản phẩm: CO₂ đóng góp một lần âm 393,5, H₂O đóng góp hai lần âm 285,8, tức là âm 571,6, cộng lại được âm 965,1 kJ. Bước thứ ba, bạn tính tổng của chất tham gia: CH₄ đóng góp một lần âm 74,8, O₂ đóng góp hai lần 0, tức là 0, cộng lại được âm 74,8 kJ. Bước thứ tư, bạn lấy tổng sản phẩm trừ tổng chất tham gia: âm 965,1 trừ đi âm 74,8, tức là âm 965,1 cộng 74,8, bằng âm 890,3 kJ. Vậy biến thiên enthalpy của phản ứng đốt cháy metan bằng âm 890,3 kJ, dấu âm cho biết phản ứng tỏa ra 890,3 kJ nhiệt cho mỗi mol metan cháy hết. Bạn hãy đối chiếu từng con số trong bài giải với biểu đồ cột ở đầu bài, vì biểu đồ ấy vẽ đúng bốn số liệu này và phép tính cuối cùng này.
Ví dụ 2 là phản ứng đốt cháy than chì, một phản ứng đơn giản nhưng rất hay xuất hiện trong đề kiểm tra vì nó dạy bạn cách xử lí đơn chất. Đề bài: C ở dạng than chì cộng O₂ tạo thành CO₂, nhiệt tạo thành chuẩn của CO₂ bằng âm 393,5 kJ trên mol. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức như cũ. Bước thứ hai, bạn tính tổng của sản phẩm: chỉ có một chất là CO₂, đóng góp một lần âm 393,5, tổng sản phẩm bằng âm 393,5 kJ. Bước thứ ba, bạn tính tổng của chất tham gia: C là đơn chất bền nhất nên bằng 0, O₂ cũng là đơn chất nên bằng 0, tổng chất tham gia bằng 0. Bước thứ tư, bạn lấy âm 393,5 trừ 0, được âm 393,5 kJ. Vậy biến thiên enthalpy của phản ứng đốt cháy than chì bằng âm 393,5 kJ, và bạn nhận ra một điều thú vị: với phản ứng tạo thành một hợp chất từ các đơn chất, biến thiên enthalpy của phản ứng chính bằng nhiệt tạo thành chuẩn của hợp chất đó. Đây không phải là sự trùng hợp, mà là hệ quả trực tiếp của định nghĩa nhiệt tạo thành chuẩn. Bạn hãy nhớ mẹo này, vì nó giúp bạn làm nhanh rất nhiều câu trắc nghiệm mà không cần tính toán dài dòng.
Ví dụ 3 là phản ứng tạo thành nước lỏng từ hiđro và oxi, phản ứng đã đưa tên lửa lên mặt trăng và cũng là phản ứng tỏa nhiệt mạnh nhất trong các phản ứng quen thuộc. Đề bài: 2H₂ ở thể khí cộng O₂ ở thể khí tạo thành 2H₂O ở thể lỏng, nhiệt tạo thành chuẩn của H₂O lỏng bằng âm 285,8 kJ trên mol. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức. Bước thứ hai, bạn tính tổng của sản phẩm: H₂O đóng góp hai lần âm 285,8, tức là âm 571,6 kJ. Bước thứ ba, bạn tính tổng của chất tham gia: H₂ là đơn chất nên bằng 0, O₂ là đơn chất nên bằng 0, tổng bằng 0. Bước thứ tư, bạn lấy âm 571,6 trừ 0, được âm 571,6 kJ. Vậy biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành 2 mol nước lỏng bằng âm 571,6 kJ, tức là mỗi mol nước lỏng tạo thành tỏa ra 285,8 kJ nhiệt. Bạn hãy để ý, nếu đề bài hỏi biến thiên enthalpy khi tạo thành 1 mol nước lỏng thì đáp án là âm 285,8 kJ, còn khi tạo thành 2 mol nước lỏng thì đáp án là âm 571,6 kJ, gấp đôi lên. Nhiều bạn quên nhân với hệ số 2 nên trả lời âm 285,8 kJ cho cả phương trình có 2H₂O, và đó là một trong những lỗi mất điểm oan nhất của bài này.
Ví dụ 4 là phản ứng thu nhiệt, để bạn thấy không phải phản ứng nào cũng tỏa nhiệt, và dấu dương cũng quan trọng như dấu âm. Đề bài: nung đá vôi CaCO₃ ở thể rắn tạo thành CaO ở thể rắn cộng CO₂ ở thể khí, phản ứng này dùng trong lò nung vôi để sản xuất vôi sống xây nhà. Nhiệt tạo thành chuẩn đã cho: CaCO₃ bằng âm 1206,9 kJ trên mol, CaO bằng âm 635,1 kJ trên mol, CO₂ bằng âm 393,5 kJ trên mol. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức. Bước thứ hai, bạn tính tổng của sản phẩm: CaO đóng góp âm 635,1, CO₂ đóng góp âm 393,5, cộng lại được âm 1028,6 kJ. Bước thứ ba, bạn tính tổng của chất tham gia: chỉ có CaCO₃, đóng góp âm 1206,9 kJ. Bước thứ tư, bạn lấy tổng sản phẩm trừ tổng chất tham gia: âm 1028,6 trừ đi âm 1206,9, tức là âm 1028,6 cộng 1206,9, bằng dương 178,3 kJ. Vậy biến thiên enthalpy của phản ứng nung vôi bằng dương 178,3 kJ, dấu dương cho biết phản ứng thu vào 178,3 kJ nhiệt cho mỗi mol đá vôi bị nung. Đây chính là lí do vì sao lò nung vôi phải đốt lửa liên tục, không ngừng nghỉ: phản ứng thu nhiệt nên nếu ngừng cấp nhiệt, phản ứng sẽ dừng lại ngay. Bạn hãy so sánh ví dụ này với ba ví dụ trước: ba ví dụ trước đều mang dấu âm và tỏa nhiệt, ví dụ này mang dấu dương và thu nhiệt, và chỉ dấu cộng trừ ấy thôi đã kể cho bạn nghe toàn bộ câu chuyện của phản ứng.
Năm lỗi sai thường gặp khi tính biến thiên enthalpy và cách tránh
Lỗi thứ nhất là quên nhân nhiệt tạo thành chuẩn với hệ số tỉ lượng. Đề bài cho phương trình có 2H₂O, bạn chỉ lấy một lần âm 285,8 rồi cộng vào tổng, kết quả lệch đi 285,8 kJ, một sai số khổng lồ. Cách tránh rất đơn giản: trước khi cộng trừ, bạn hãy viết hệ số tỉ lượng ngay trước mỗi con số, ví dụ viết 2 nhân với âm 285,8, 1 nhân với âm 393,5, rồi mới cộng lại. Bạn cũng có thể kiểm tra nhanh bằng cách đếm số chất trong phương trình: nếu phương trình có bốn chất thì tổng của bạn phải có bốn số hạng, thiếu một số hạng là bạn đã quên nhân hoặc quên cộng một chất nào đó.
Lỗi thứ hai là dùng nhầm nhiệt tạo thành chuẩn của nước ở thể khí thay cho nước ở thể lỏng, hoặc ngược lại. H₂O lỏng bằng âm 285,8 kJ trên mol, H₂O khí bằng âm 241,8 kJ trên mol, chênh nhau đúng 44 kJ, chính là nhiệt hóa hơi của nước. Cách tránh là bạn hãy đọc kĩ trạng thái ghi trong đề bài, chữ l trong ngoặc đơn là thể lỏng, chữ g là thể khí, chữ s là thể rắn, và tra đúng dòng số liệu tương ứng trong bảng. Bạn hãy nhớ, nước tạo thành trong phản ứng đốt cháy thường ngưng tụ thành thể lỏng ở nhiệt độ phòng, nên đề bài hay cho H₂O ở thể lỏng, còn nước trong động cơ tên lửa thì ở thể khí vì nhiệt độ quá cao.
Lỗi thứ ba là quên rằng nhiệt tạo thành chuẩn của đơn chất bằng 0, rồi đi tra bảng tìm số liệu cho O₂ hay H₂ mà không thấy, hoặc tệ hơn là tự bịa ra một con số. Cách tránh là bạn hãy thuộc lòng quy ước này như thuộc lòng bảng cửu chương: đơn chất bền nhất có nhiệt tạo thành chuẩn bằng 0, không cần tra, không cần tính, cứ viết 0 vào tổng là xong. Bạn cũng cần nhớ dạng bền nhất của cacbon là than chì, không phải kim cương, và dạng bền nhất của oxi là O₂, không phải O₃, vì bảng số liệu chỉ cho 0 với dạng bền nhất.
Lỗi thứ tư là làm ngược phép trừ, lấy tổng chất tham gia trừ tổng sản phẩm thay vì lấy tổng sản phẩm trừ tổng chất tham gia. Lỗi này làm đáp án đổi dấu hoàn toàn: phản ứng tỏa nhiệt âm 890,3 kJ bỗng thành thu nhiệt dương 890,3 kJ, sai cả về số lẫn về bản chất. Cách tránh là bạn hãy đọc công thức thành câu nói: sản phẩm trừ chất tham gia, và luôn viết hai tổng ra giấy trước khi trừ, tổng sản phẩm viết trước, tổng chất tham gia viết sau, rồi mới thực hiện phép trừ. Bạn cũng có thể kiểm tra bằng cảm giác vật lí: đốt cháy metan thì phải tỏa nhiệt, nên đáp án nhất định phải mang dấu âm, nếu bạn tính ra dấu dương thì chắc chắn bạn đã trừ ngược.
Lỗi thứ năm là tính sai phép trừ hai số âm, ví dụ âm 965,1 trừ đi âm 74,8 mà bạn tính thành âm 1039,9 vì đã cộng hai số âm lại với nhau. Cách tránh là bạn hãy đổi phép trừ số âm thành phép cộng số đối ngay trên giấy nháp: âm 965,1 trừ đi âm 74,8 bằng âm 965,1 cộng 74,8, bằng âm 890,3. Bạn hãy làm chậm bước này, viết rõ từng dấu, vì đây là bước mà nhiều bạn giỏi hóa vẫn sai khi làm bài trong phòng thi vì vội. Một mẹo nhỏ là bạn hãy ước lượng trước: âm 965,1 cộng 74,8 thì kết quả phải nằm giữa âm 965,1 và âm 890,3, nếu bạn tính ra âm 1039,9 thì con số ấy nằm ngoài khoảng ước lượng, bạn biết ngay là mình đã sai.
Năm bài tập trắc nghiệm tự luyện
Bạn hãy làm năm câu trắc nghiệm dưới đây mà không nhìn đáp án trước, tra bảng số liệu cẩn thận từng câu, viết rõ tổng sản phẩm và tổng chất tham gia ra giấy nháp, rồi mới đối chiếu với bảng đáp án và phần giải thích chi tiết ở ngay sau đó. Mỗi câu chỉ có một đáp án đúng, và các đáp án đúng được rải đều ở nhiều chữ cái khác nhau, nên bạn đừng đoán theo thói quen khoanh một chữ cái quen tay.
Câu 1: Cho phản ứng N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g). Biết nhiệt tạo thành chuẩn của NH₃ bằng âm 45,9 kJ trên mol. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng bằng bao nhiêu?
A. −45,9 kJ
B. −91,8 kJ
C. 91,8 kJ
D. −137,7 kJ
Câu 2: Cho phản ứng H₂(g) + ½O₂(g) → H₂O(g). Biết nhiệt tạo thành chuẩn của H₂O ở thể khí bằng âm 241,8 kJ trên mol. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng bằng bao nhiêu?
A. −241,8 kJ
B. −285,8 kJ
C. −483,6 kJ
D. 241,8 kJ
Câu 3: Cho phản ứng 2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g). Biết nhiệt tạo thành chuẩn của SO₂ bằng âm 296,8 kJ trên mol, của SO₃ bằng âm 395,7 kJ trên mol. Biến thiên enthalpy chuẩn của phản ứng bằng bao nhiêu?
A. −197,8 kJ
B. −98,9 kJ
C. −395,7 kJ
D. 197,8 kJ
Câu 4: Chất nào sau đây có nhiệt tạo thành chuẩn bằng 0?
A. O₂(g)
B. CO₂(g)
C. H₂O(l)
D. NH₃(g)
Câu 5: Phản ứng đốt cháy metan có biến thiên enthalpy bằng âm 890,3 kJ cho mỗi mol CH₄. Nếu đốt cháy hết 2 mol CH₄ thì nhiệt lượng tỏa ra bằng bao nhiêu?
A. −890,3 kJ
B. −1780,6 kJ
C. −445,2 kJ
D. −965,1 kJ
Bảng đáp án và giải thích cặn kẽ từng câu
Bạn hãy đối chiếu đáp án của mình với bảng dưới đây trước, rồi đọc kĩ phần giải thích từng câu ngay sau bảng, vì phần giải thích sẽ nói rõ vì sao đáp án đúng lại đúng và vì sao mỗi đáp án sai lại sai, để bạn không mắc lại lỗi ấy trong bài kiểm tra thật.
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Đáp án | B | A | A | A | B |
Câu 1, đáp án đúng là B, âm 91,8 kJ. Bạn tính tổng sản phẩm: NH₃ đóng góp hai lần âm 45,9, tức là âm 91,8 kJ. Tổng chất tham gia: N₂ và H₂ đều là đơn chất nên bằng 0. Lấy âm 91,8 trừ 0 được âm 91,8 kJ. Đáp án A là âm 45,9 kJ là sai, vì bạn đã quên nhân với hệ số 2 của NH₃, chỉ lấy một lần nhiệt tạo thành chuẩn. Đáp án C là 91,8 kJ là sai, vì bạn đã làm ngược phép trừ hoặc bỏ mất dấu âm, phản ứng tổng hợp amoniac là phản ứng tỏa nhiệt nên đáp án phải mang dấu âm. Đáp án D là âm 137,7 kJ là sai, vì đó là kết quả khi bạn nhân nhầm âm 45,9 với 3, tức là lấy hệ số của H₂ gắn cho NH₃, một lỗi nhầm hệ số rất hay gặp.
Câu 2, đáp án đúng là A, âm 241,8 kJ. Bạn tính tổng sản phẩm: H₂O ở thể khí đóng góp một lần âm 241,8 kJ. Tổng chất tham gia: H₂ và O₂ đều là đơn chất nên bằng 0. Lấy âm 241,8 trừ 0 được âm 241,8 kJ. Đáp án B là âm 285,8 kJ là sai, vì đó là nhiệt tạo thành chuẩn của H₂O ở thể lỏng, còn đề bài cho H₂O ở thể khí, bạn đã tra nhầm trạng thái. Đáp án C là âm 483,6 kJ là sai, vì bạn đã nhân nhầm âm 241,8 với 2, trong khi phương trình chỉ tạo thành 1 mol H₂O. Đáp án D là 241,8 kJ là sai, vì bạn đã bỏ mất dấu âm, phản ứng tạo thành nước là phản ứng tỏa nhiệt mạnh nên đáp án phải mang dấu âm.
Câu 3, đáp án đúng là A, âm 197,8 kJ. Bạn tính tổng sản phẩm: SO₃ đóng góp hai lần âm 395,7, tức là âm 791,4 kJ. Tổng chất tham gia: SO₂ đóng góp hai lần âm 296,8, tức là âm 593,6 kJ, O₂ bằng 0. Lấy âm 791,4 trừ đi âm 593,6, tức là âm 791,4 cộng 593,6, bằng âm 197,8 kJ. Đáp án B là âm 98,9 kJ là sai, vì đó là kết quả khi bạn tính cho phương trình chỉ có 1SO₂ tạo thành 1SO₃, tức là đã chia đôi tất cả hệ số mà quên rằng đề bài hỏi cho phương trình đã cho. Đáp án C là âm 395,7 kJ là sai, vì bạn chỉ lấy nhiệt tạo thành chuẩn của một phân tử SO₃ mà quên nhân với hệ số 2 và quên trừ đi phần của SO₂. Đáp án D là 197,8 kJ là sai, vì bạn đã làm ngược phép trừ nên đáp án đổi dấu, phản ứng oxi hóa SO₂ thành SO₃ là phản ứng tỏa nhiệt nên đáp án phải mang dấu âm.
Câu 4, đáp án đúng là A, O₂ ở thể khí. Đây là câu hỏi lí thuyết, bạn chỉ cần nhớ quy ước: nhiệt tạo thành chuẩn của mọi đơn chất ở dạng bền nhất đều bằng 0, và O₂ là đơn chất bền nhất của oxi. Đáp án B là CO₂ là sai, vì CO₂ là hợp chất tạo thành từ C và O₂ nên nhiệt tạo thành chuẩn của nó bằng âm 393,5 kJ trên mol, khác 0. Đáp án C là H₂O ở thể lỏng là sai, vì H₂O là hợp chất nên nhiệt tạo thành chuẩn của nó bằng âm 285,8 kJ trên mol, khác 0. Đáp án D là NH₃ là sai, vì NH₃ là hợp chất tạo thành từ N₂ và H₂ nên nhiệt tạo thành chuẩn của nó bằng âm 45,9 kJ trên mol, khác 0.
Câu 5, đáp án đúng là B, âm 1780,6 kJ. Bạn đã biết mỗi mol CH₄ cháy tỏa ra 890,3 kJ nhiệt, vậy 2 mol CH₄ cháy tỏa ra 2 nhân 890,3 bằng 1780,6 kJ, dấu âm cho biết đó là nhiệt tỏa ra. Đáp án A là âm 890,3 kJ là sai, vì đó là nhiệt lượng của 1 mol CH₄, còn đề bài hỏi 2 mol nên bạn phải nhân đôi. Đáp án C là âm 445,2 kJ là sai, vì bạn đã chia đôi 890,3 thay vì nhân đôi, tức là tính cho nửa mol CH₄ chứ không phải 2 mol. Đáp án D là âm 965,1 kJ là sai, vì đó là tổng nhiệt tạo thành chuẩn của sản phẩm trong ví dụ 1, không phải nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy 2 mol metan.
Năm câu hỏi thường gặp về biến thiên enthalpy
Câu hỏi 1: Biến thiên enthalpy mang dấu âm và dấu dương thì khác nhau như thế nào? Trả lời: dấu âm có nghĩa là phản ứng tỏa nhiệt ra môi trường, giống như đốt cháy metan tỏa ra 890,3 kJ, còn dấu dương có nghĩa là phản ứng thu nhiệt từ môi trường, giống như nung đá vôi thu vào 178,3 kJ. Bạn hãy nhớ, dấu của ΔrH° kể cho bạn nghe câu chuyện của phản ứng: âm là cho đi nhiệt, dương là nhận vào nhiệt, và bạn không bao giờ được bỏ dấu khi viết đáp án.
Câu hỏi 2: Vì sao nhiệt tạo thành chuẩn của đơn chất lại bằng 0? Trả lời: vì nhiệt tạo thành chuẩn đo lượng nhiệt khi tạo thành một chất từ các đơn chất bền nhất, mà đơn chất bền nhất thì không cần tạo thành từ cái gì khác, nó đã là chính nó rồi, nên lượng nhiệt tạo thành của nó được quy ước bằng 0. Quy ước này giống như việc bạn đặt mực nước biển làm mốc 0 để đo độ cao của núi: núi cao hơn mực nước biển thì độ cao dương, thung lũng thấp hơn thì độ cao âm, còn chính mực nước biển thì bằng 0.
Câu hỏi 3: Nhiệt tạo thành chuẩn của H₂O lỏng và H₂O khí khác nhau vì sao? Trả lời: vì nước lỏng bay hơi thành nước khí cần thu thêm nhiệt, nên nước khí có năng lượng cao hơn nước lỏng, và nhiệt tạo thành chuẩn của nước khí là âm 241,8 kJ trên mol, cao hơn, tức là ít âm hơn, so với âm 285,8 kJ trên mol của nước lỏng. Chênh lệch 44 kJ chính là nhiệt hóa hơi của nước. Khi làm bài, bạn phải đọc kĩ đề bài cho nước ở thể nào rồi tra đúng số, vì chỉ cần nhầm thể là cả bài sai theo.
Câu hỏi 4: Có phải mọi phản ứng đốt cháy đều tỏa nhiệt không? Trả lời: đúng, hầu hết các phản ứng đốt cháy đều tỏa nhiệt mạnh, vì sản phẩm cháy như CO₂ và H₂O có nhiệt tạo thành chuẩn rất âm, thấp hơn nhiều so với chất tham gia. Đó là lí do vì sao con người dùng phản ứng đốt cháy để nấu ăn, sưởi ấm, chạy động cơ và phát điện từ hàng nghìn năm nay. Tuy nhiên, bạn vẫn phải tính bằng công thức chứ không được đoán mò, vì đề thi có thể cho phản ứng đốt cháy không hoàn toàn hoặc phản ứng có sản phẩm khác mà bạn chưa gặp.
Câu hỏi 5: Nếu đề bài không cho bảng số liệu thì làm sao tính được biến thiên enthalpy? Trả lời: trong đề kiểm tra và đề thi, người ta luôn cho bảng nhiệt tạo thành chuẩn kèm theo đề bài, hoặc cho sẵn các số liệu cần thiết ngay trong đề, vì không ai bắt học sinh phải nhớ hết bảng số liệu. Nhiệm vụ của bạn là biết tra bảng đúng dòng, đúng cột, đúng trạng thái, và dùng đúng công thức. Bạn hãy luyện tập với bảng trong sách giáo khoa Hóa học 10, Bài 14, để quen với cách tra số liệu trước khi vào phòng thi.
Kết luận: một công thức, tính được nhiệt của mọi phản ứng
Bạn đã đi hết một vòng tròn rất đẹp của bài học hôm nay: bắt đầu từ ngọn lửa xanh trên bếp gas nhà mình, bạn đã hiểu biến thiên enthalpy là gì, nhiệt tạo thành chuẩn là gì, bạn đã học công thức lấy tổng sản phẩm trừ tổng chất tham gia, bạn đã làm bốn ví dụ tính từng bước từ phản ứng đốt cháy metan tỏa ra 890,3 kJ tới phản ứng nung vôi thu vào 178,3 kJ, bạn đã nhận diện năm lỗi sai mà nhiều bạn hay mắc, và bạn đã tự luyện năm câu trắc nghiệm có giải thích cặn kẽ. Bạn hãy ghi nhớ ba điều quan trọng nhất trước khi gấp sách lại: thứ nhất, nhiệt tạo thành chuẩn của đơn chất bền nhất bằng 0; thứ hai, phải nhân nhiệt tạo thành chuẩn với hệ số tỉ lượng và dùng đúng trạng thái của chất; thứ ba, biến thiên enthalpy bằng tổng sản phẩm trừ tổng chất tham gia, dấu âm là tỏa nhiệt, dấu dương là thu nhiệt.
Bài học này cũng mở ra cho bạn một cách nhìn mới về thế giới xung quanh: mỗi lần bạn bật bếp, đốt nến hay nhìn khói bốc lên từ nhà máy, bạn đều đang chứng kiến một phép tính enthalpy diễn ra ngay trước mắt. Bạn hãy thử tự tính nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy 1 mol gas trong bếp nhà mình, và bạn sẽ thấy hóa học không nằm yên trong sách giáo khoa mà đang cháy quanh bạn mỗi ngày. Khi cần ôn lại, bạn hãy xem lại bài về hiệu suất và bài về pOH, và bạn có thể dùng máy tính Casio online để kiểm tra lại phép tính của mình cho thật chắc chắn. Chúc bạn làm bài kiểm tra tới đây thật tốt, và chúc bạn từ hôm nay sẽ là người hiểu rõ ngọn lửa trong bếp nhà mình hơn, biết trân trọng từng kJ nhiệt mà thiên nhiên đã cất sẵn trong từng phân tử nhiên liệu.