Bài tập: Chương 4: Ôn tập cuối năm

Bài tập: Ôn tập cuối năm – Chương 4 Hóa học 10 (Chân trời sáng tạo)

Giới thiệu

Chương 4 của sách Hóa học 10 (Chân trời sáng tạo) thường tập trung vào các nội dung về Phản ứng oxi hóa – khử và Năng lượng hóa học. Đây là những kiến thức nền tảng quan trọng, giúp các em hiểu rõ bản chất của các quá trình biến đổi chất trong tự nhiên và trong công nghiệp. Bài ôn tập cuối năm này sẽ tổng hợp lại các dạng bài tập trọng tâm, kèm hướng dẫn giải chi tiết, giúp các em hệ thống lại kiến thức một cách vững chắc.

Lý thuyết cần nhớ

Trước khi làm bài tập, các em hãy ôn lại một số khái niệm quan trọng sau:

• Phản ứng oxi hóa – khử: Là phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của một số nguyên tố. Chất khử (bị oxi hóa) là chất nhường electron, chất oxi hóa (bị khử) là chất nhận electron.
• Cân bằng phản ứng oxi hóa – khử: Sử dụng phương pháp thăng bằng electron: xác định số oxi hóa, viết quá trình oxi hóa và quá trình khử, cân bằng số electron nhường và nhận.
• Năng lượng hóa học: Bao gồm enthalpy (H), biến thiên enthalpy (ΔH). Phản ứng tỏa nhiệt (ΔH < 0) là phản ứng giải phóng năng lượng, phản ứng thu nhiệt (ΔH > 0) là phản ứng hấp thụ năng lượng.
• Cách tính biến thiên enthalpy: Dựa vào năng lượng liên kết (ΔH = ΣE_{liên kết bị phá vỡ} – ΣE_{liên kết hình thành}) hoặc dựa vào nhiệt tạo thành chuẩn (ΔH = ΣΔH_f(sản phẩm) – ΣΔH_f(chất đầu)).

Ví dụ minh họa có hướng dẫn giải

Ví dụ 1: Xác định chất khử, chất oxi hóa và cân bằng phương trình

Đề bài: Cho phản ứng sau: Cu + HNO₃ (loãng) → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O. Hãy:

1. Xác định số oxi hóa của các nguyên tố.
2. Cho biết chất khử, chất oxi hóa.
3. Cân bằng phương trình phản ứng trên.

Hướng dẫn giải:

Bước 1: Xác định số oxi hóa:

• Cu: số oxi hóa 0 (trước phản ứng) → +2 (trong Cu(NO₃)₂). → Cu tăng số oxi hóa (nhường e).
• N trong HNO₃: số oxi hóa +5 → N trong NO: số oxi hóa +2. → N giảm số oxi hóa (nhận e).

Bước 2: Kết luận:

• Chất khử: Cu (vì nhường electron, bị oxi hóa).
• Chất oxi hóa: HNO₃ (vì nhận electron, bị khử).

Bước 3: Cân bằng phương trình theo phương pháp thăng bằng electron:

• Quá trình oxi hóa: Cu → Cu²⁺ + 2e (×3)
• Quá trình khử: N⁺⁵ + 3e → N⁺² (×2)
• Nhân các hệ số để số e nhường = số e nhận = 6. Ta có: 3Cu + 2N⁺⁵ → 3Cu²⁺ + 2N⁺².

Phương trình cân bằng hoàn chỉnh:

3Cu + 8HNO₃ (loãng) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Ví dụ 2: Tính biến thiên enthalpy của phản ứng

Đề bài: Cho phản ứng: CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l). Cho biết năng lượng liên kết (kJ/mol) ở điều kiện chuẩn: E_C-H = 413; E_O=O = 498; E_C=O = 745; E_O-H = 467. Hãy tính ΔH của phản ứng và cho biết phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt.

Hướng dẫn giải:

Bước 1: Xác định tổng năng lượng của các liên kết bị phá vỡ (chất đầu):

• Phân tử CH₄ có 4 liên kết C–H → 4 × 413 = 1652 kJ.
• Phân tử O₂ có 1 liên kết O=O, cần 2 phân tử O₂ → 2 × 498 = 996 kJ.
• Tổng năng lượng cần cung cấp (phá vỡ) = 1652 + 996 = 2648 kJ.

Bước 2: Xác định tổng năng lượng của các liên kết được hình thành (sản phẩm):

• Phân tử CO₂ có 2 liên kết C=O → 2 × 745 = 1490 kJ.
• Phân tử H₂O có 2 liên kết O–H, cần 2 phân tử H₂O → 2 × (2 × 467) = 1868 kJ.
• Tổng năng lượng giải phóng (hình thành) = 1490 + 1868 = 3358 kJ.

Bước 3: Tính biến thiên enthalpy:

ΔH = Tổng E_{phá vỡ} – Tổng E_{hình thành} = 2648 – 3358 = -710 kJ.

Vì ΔH < 0, nên đây là phản ứng tỏa nhiệt.

Ghi nhớ

Khi làm bài tập ôn tập, các em cần lưu ý:

• Luôn xác định đúng số oxi hóa của các nguyên tố, đặc biệt là các nguyên tố có nhiều số oxi hóa như N, S, Cl (không bỏ sót dấu + hoặc -).
• Trong phương pháp thăng bằng electron, cần tìm đúng tỉ lệ giữa chất khử và chất oxi hóa.
• Khi tính ΔH dựa vào năng lượng liên kết, nhớ rằng chỉ dùng được khi tất cả các chất đều ở thể khí (g). Nếu có chất lỏng hoặc rắn, cần thêm dữ kiện về enthalpy hóa hơi hoặc nóng chảy.
• Đọc kỹ yêu cầu đề bài: "tỏa nhiệt" hay "thu nhiệt" thường đi kèm với việc tính ΔH.

Bài tập gợi ý (tự luyện tập)

Các em hãy thử sức với những bài tập sau đây:

1. Cân bằng phương trình phản ứng oxi hóa – khử sau bằng phương pháp thăng bằng electron: Fe + H₂SO₄ (đặc, nóng) → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + H₂O. Chỉ rõ chất khử, chất oxi hóa.
2. Tính biến thiên enthalpy của phản ứng: N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g). Cho biết năng lượng liên kết (kJ/mol): E_N≡N = 945; E_H-H = 436; E_N-H = 391. Phản ứng này tỏa nhiệt hay thu nhiệt?
3. Một phản ứng có ΔH = +180 kJ. Đây là phản ứng tỏa nhiệt hay thu nhiệt? Giải thích ngắn gọn.

Lưu ý: Khi làm bài, các em nên ghi rõ từng bước tính toán như trong ví dụ mẫu để tránh sai sót.