Phản ứng toả nhiệt, thu nhiệt và phương trình nhiệt hoá học

Khi phản ứng xảy ra, liên kết cũ bị phá và liên kết mới hình thành nên năng lượng của hệ thay đổi. Phần năng lượng chênh lệch được trao đổi với môi trường dưới dạng nhiệt.

• Phản ứng toả nhiệt: hệ truyền nhiệt ra môi trường, môi trường nóng lên. Ví dụ: đốt cháy nhiên liệu, vôi sống tác dụng với nước, trung hoà acid – base.
• Phản ứng thu nhiệt: hệ nhận nhiệt từ môi trường, môi trường lạnh đi. Ví dụ: nung đá vôi, nhiệt phân nhiều muối, hoà tan ammonium nitrate trong nước.

Biến thiên enthalpy $\Delta_rH$ (kJ) là nhiệt toả ra hay thu vào của phản ứng khi tiến hành ở áp suất không đổi, tính theo đúng hệ số của phương trình. Chữ $r$ (reaction) cho biết đây là phản ứng. Giá trị trong điều kiện chuẩn, nhiệt độ $25\ ^\circ\mathrm{C}$ ($298\ \text{K}$) và áp suất $1\ \text{bar}$, kí hiệu $\Delta_rH^\circ_{298}$.

Ví dụ đếm bằng số: tổng hợp ammonia toả $92\ \text{kJ}$ cho mỗi $2$ mol $\mathrm{NH_3}$ tạo thành, nên $\Delta_rH^\circ_{298} = -92\ \text{kJ}$; nung vôi cần cấp $178{,}3\ \text{kJ}$ cho mỗi mol $\mathrm{CaCO_3}$, nên $\Delta_rH^\circ_{298} = +178{,}3\ \text{kJ}$.

Phương trình nhiệt hoá học là phương trình hoá học có ghi trạng thái từng chất ($\mathrm{s}$ rắn, $\mathrm{l}$ lỏng, $\mathrm{g}$ khí, $\mathrm{aq}$ dung dịch nước) và giá trị $\Delta_rH^\circ_{298}$ đi kèm:

$$2\mathrm{H_2(g)} + \mathrm{O_2(g)} \rightarrow 2\mathrm{H_2O(l)} \qquad \Delta_rH^\circ_{298} = -571{,}6\ \text{kJ}$$

Cách đọc: cứ $2$ mol $\mathrm{H_2}$ phản ứng hết với $1$ mol $\mathrm{O_2}$ tạo $2$ mol nước lỏng thì toả ra $571{,}6\ \text{kJ}$.

Ba quy tắc dùng hằng ngày:

1. Ghi trạng thái. Nước lỏng và hơi nước cho hai giá trị khác nhau, vì hơi nước còn giữ phần năng lượng của sự hoá hơi.
2. Nhân hệ số. $\Delta_rH$ tỉ lệ thuận với hệ số: nhân cả phương trình với $k$ thì $\Delta_rH$ nhân với $k$.
3. Đảo chiều. Phản ứng nghịch có $\Delta_rH$ cùng độ lớn, trái dấu.

Chia phương trình trên cho $2$ ta được $\Delta_rH$ ứng với $1$ mol nước lỏng:

$$\mathrm{H_2(g)} + \tfrac12\mathrm{O_2(g)} \rightarrow \mathrm{H_2O(l)} \qquad \Delta_rH^\circ_{298} = -285{,}8\ \text{kJ}$$

Nhờ hệ số phân số ta có thể nói "$\Delta_rH$ theo mol $\mathrm{H_2O}$" và ghi $-285{,}8\ \text{kJ/mol}$.

$\Delta_rH$ có đơn vị kJ nếu ứng với cả phản ứng theo hệ số của phương trình, hoặc kJ/mol nếu ứng với mỗi mol chất (hay mỗi mol phản ứng). Nếu đề cho giá trị $1\ \text{cal}$ khác thì dùng giá trị của đề.