Xin chào các em, hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập về phản ứng hóa học và năng lượng. Bài tập này liên quan đến khái niệm enthalpy tạo thành chuẩn, một kiến thức rất quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 10.

Chúng ta cùng xem xét đề bài:
Cho phản ứng: N2 (g) + 3H2 (g) ⟶ 2NH3 (g)
Ở điều kiện chuẩn, cứ 1 mol N2 phản ứng hết sẽ tỏa ra 91,8 kJ. Enthalpy tạo thành chuẩn của NH3 là bao nhiêu?

Để giải bài tập này, chúng ta cần hiểu rõ một số khái niệm:

1. Phản ứng tỏa nhiệt: Phản ứng tỏa nhiệt là phản ứng hóa học giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt ra môi trường xung quanh. Khi một phản ứng tỏa nhiệt xảy ra, biến thiên enthalpy của phản ứng (ký hiệu là \(\Delta H\)) sẽ mang giá trị âm.

2. Enthalpy tạo thành chuẩn (\(\Delta H_{tt}^0\)): Enthalpy tạo thành chuẩn của một chất là biến thiên enthalpy của phản ứng tạo thành 1 mol chất đó từ các đơn chất của nó ở dạng bền vững nhất trong điều kiện chuẩn. Điều kiện chuẩn được quy ước là nhiệt độ 25°C (298 K) và áp suất 1 bar (khoảng 1 atm).

Bây giờ, chúng ta sẽ đi vào các bước giải chi tiết:

Bước 1: Phân tích đề bài và xác định thông tin đã cho.

Đề bài cho chúng ta biết phản ứng hóa học:
N2 (g) + 3H2 (g) ⟶ 2NH3 (g)

Và thông tin quan trọng là: “Ở điều kiện chuẩn, cứ 1 mol N2 phản ứng hết sẽ tỏa ra 91,8 kJ.”
Điều này có nghĩa là khi 1 mol N2 tham gia phản ứng theo phương trình đã cho, một lượng nhiệt 91,8 kJ được giải phóng. Vì phản ứng tỏa nhiệt, nên biến thiên enthalpy của phản ứng cho 1 mol N2 là âm.

Bước 2: Viết biểu thức tính biến thiên enthalpy của phản ứng dựa trên thông tin đã cho.

Theo đề bài, khi 1 mol N2 phản ứng hết, nhiệt tỏa ra là 91,8 kJ.
Do đó, biến thiên enthalpy của phản ứng này, tương ứng với việc tiêu thụ 1 mol N2, là \(\Delta H_{phản ứng} = -91,8\) kJ.

Lưu ý rằng biến thiên enthalpy \(\Delta H_{phản ứng}\) này tương ứng với các hệ số tỉ lượng trong phương trình hóa học. Cụ thể, nó ứng với:
1 mol N2 phản ứng
3 mol H2 phản ứng
2 mol NH3 tạo thành

Bước 3: Liên hệ biến thiên enthalpy của phản ứng với enthalpy tạo thành chuẩn của các chất.

Biến thiên enthalpy của một phản ứng hóa học có thể được tính bằng công thức:
\(\Delta H_{phản ứng} = \sum (\text{hệ số sản phẩm} \times \Delta H_{tt}^0 \text{ của sản phẩm}) – \sum (\text{hệ số chất phản ứng} \times \Delta H_{tt}^0 \text{ của chất phản ứng})\)

Áp dụng công thức này cho phản ứng N2 (g) + 3H2 (g) ⟶ 2NH3 (g), ta có:
\(\Delta H_{phản ứng} = 2 \times \Delta H_{tt}^0(\text{NH}_3) – [1 \times \Delta H_{tt}^0(\text{N}_2) + 3 \times \Delta H_{tt}^0(\text{H}_2)]\)

Bước 4: Xác định enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất ở trạng thái bền vững nhất.

Theo quy ước, enthalpy tạo thành chuẩn của các đơn chất ở trạng thái bền vững nhất trong điều kiện chuẩn bằng 0.
Ở điều kiện chuẩn, N2 tồn tại ở dạng phân tử N2 (khí) là dạng bền vững nhất. Do đó, \(\Delta H_{tt}^0(\text{N}_2) = 0\) kJ/mol.
Ở điều kiện chuẩn, H2 tồn tại ở dạng phân tử H2 (khí) là dạng bền vững nhất. Do đó, \(\Delta H_{tt}^0(\text{H}_2) = 0\) kJ/mol.

Bước 5: Thay các giá trị vào biểu thức và giải phương trình để tìm \(\Delta H_{tt}^0(\text{NH}_3)\).

Ta có \(\Delta H_{phản ứng} = -91,8\) kJ.
Và biểu thức: \(\Delta H_{phản ứng} = 2 \times \Delta H_{tt}^0(\text{NH}_3) – [1 \times \Delta H_{tt}^0(\text{N}_2) + 3 \times \Delta H_{tt}^0(\text{H}_2)]\)

Thay các giá trị đã biết vào:
\(-91,8 \text{ kJ} = 2 \times \Delta H_{tt}^0(\text{NH}_3) – [1 \times 0 \text{ kJ/mol} + 3 \times 0 \text{ kJ/mol}]\)
\(-91,8 \text{ kJ} = 2 \times \Delta H_{tt}^0(\text{NH}_3) – 0\)
\(-91,8 \text{ kJ} = 2 \times \Delta H_{tt}^0(\text{NH}_3)\)

Bây giờ, chúng ta giải phương trình để tìm \(\Delta H_{tt}^0(\text{NH}_3)\):
\(\Delta H_{tt}^0(\text{NH}_3) = \frac{-91,8 \text{ kJ}}{2}\)
\(\Delta H_{tt}^0(\text{NH}_3) = -45,9 \text{ kJ/mol}\)

Như vậy, enthalpy tạo thành chuẩn của NH3 là -45,9 kJ/mol. Giá trị âm này cho thấy sự hình thành NH3 từ các đơn chất là một quá trình tỏa nhiệt.

Kết luận:
Enthalpy tạo thành chuẩn của NH3 là -45,9 kJ/mol.

Các em thấy đó, bài tập này không quá khó nếu chúng ta nắm vững các khái niệm và làm theo từng bước logic. Quan trọng là chúng ta phải hiểu rõ ý nghĩa của từng đại lượng và mối liên hệ giữa chúng.

Chúc các em học tốt!