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1.蓋斯定律

(1)內(nèi)容

不管反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的�；蛘哒f，反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始終和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。

(2)理解

能量的釋放或吸收是以發(fā)生變化的物質(zhì)為基礎(chǔ)的，沒有物質(zhì)的變化，就不能引發(fā)能量的變化。

(3)蓋斯定律的重要意義

有些反應(yīng)進(jìn)行得很慢，有些反應(yīng)不容易直接發(fā)生，有些反應(yīng)的產(chǎn)品不純(有副反應(yīng)發(fā)生)，這給測定反應(yīng)熱造成了困難。如果應(yīng)用蓋斯定律，可以間接地把它們的反應(yīng)熱計算出來。

2.反應(yīng)熱的計算

(1)計算依據(jù)

①熱化學(xué)方程式。②蓋斯定律。③燃燒熱的數(shù)據(jù)。

(2)計算

如已知

①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ•mol-1

②CO(g)+12O2(g)===CO2(g) ΔH2=-283.0 kJ•mol-1

若C(s)+12O2(g)===CO(g)的反應(yīng)熱為ΔH。

根據(jù)蓋斯定律，知：

ΔH1=ΔH+ΔH2

則：ΔH=ΔH1-ΔH2=-393.5_kJ•mol-1-(-283.0_kJ•mol-1)=-110.5_kJ•mol-1。

3.根據(jù)蓋斯定律計算：已知金剛石和石墨分別在氧氣中完全燃燒的熱化學(xué)方程式為C(金剛石，s)+O2(g)===CO2(g)　ΔH=-395.41 kJ•mol-1, CO2(g)、H2(石墨，s)+O2(g)===CO2(g)　ΔH=-393.51 kJ•mol-1，則金剛石轉(zhuǎn)化為石墨時的熱化學(xué)方程式為

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

由此看來更穩(wěn)定的碳的同素異形體為__________。

答案　C(金剛石，s)===C(石墨，s) ΔH=-1.90 kJ•mol-1　石墨

解析　由蓋斯定律，要得到金剛石和石墨的轉(zhuǎn)化關(guān)系，可將兩個熱化學(xué)方程式相減：

C(金剛石，s)===C(石墨，s)　ΔH3=ΔH1-ΔH2=-395.41 kJ•mol-1+393.51 kJ•mol-1=-1.90 kJ•mol-1。即C(金剛石，s)===C(石墨，s) ΔH=-1.90 kJ•mol-1 可見金剛石轉(zhuǎn)化為石墨放出熱量，說明石墨的能量更低，較金剛石穩(wěn)定。

4.已知：

(1)Zn(s)+1/2O2(g)===ZnO(s) ΔH=-348.3 kJ•mol-1

(2)2Ag(s)+1/2O2(g)===Ag2O(s) ΔH=-31.0 kJ•mol-1

則Zn(s)+Ag2O(s)===ZnO(s)+2Ag(s)的ΔH等于(　　)

A.-317.3 kJ•mol-1 B.-379.3 kJ•mol-1

C. -332.8 kJ•mol-1 D.+317.3 kJ•mol-1

答案　A

解析　由已知(1)、(2)熱化學(xué)方程式可知，(1)-(2)即可得到答案。

一、蓋斯定律的應(yīng)用

1.常用方法

(1)虛擬路徑法

若反應(yīng)物A變?yōu)樯�成物E，可以有三個途徑：

①由A直接變?yōu)樯�成物E，反應(yīng)熱為ΔH

②由A經(jīng)過B變成E，反應(yīng)熱分別為ΔH1、ΔH2。

③由A經(jīng)過C變成D，再由D變成E，反應(yīng)熱分別為ΔH3、ΔH4、ΔH5如圖所示：

則有ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5。

(2)加合法

即運(yùn)用所給方程式通過加減的方法得到所求熱化學(xué)方程式。

2.實(shí)例
如已知下列兩個熱化學(xué)方程式：

①P4(s，白磷)+5O2===P4O10(s) ΔH1=-2 983.2 kJ•mol-1

②P(s，紅磷)+54O2(g)=14P4O10(s)　 ΔH2=-738.5 kJ•mol-1

要寫出白磷轉(zhuǎn)化為紅磷的熱化學(xué)方程式可虛擬如下過程。

根據(jù)蓋斯定律：

ΔH=ΔH1 +(—ΔH2)×4

=-2_983.2_kJ•mol-1+738.5_kJ•mol-1×4

=-29.2_kJ•mol (結(jié)果)

所以白磷轉(zhuǎn)化為紅磷的熱化學(xué)方程式為P4(s，白磷)===4P(s，紅磷)　ΔH=-29.2 kJ•mol-1。也可利用加合法由①-4×②得白磷轉(zhuǎn)化為紅磷的熱化學(xué)方程式。

3.應(yīng)用蓋斯定律計算反應(yīng)熱時的注意事項(xiàng)

(1)熱化學(xué)方程式同乘以某一個數(shù)時，反應(yīng)熱數(shù)值也必須乘上該數(shù)。

(2)熱化學(xué)方程式相加減時，同種物質(zhì)之間可相加減，反應(yīng)熱也隨之相加減。

(3)將一個熱化學(xué)方程式顛倒時，ΔH的“+”“-”號必須隨之改變。

【典例1】　已知下列熱化學(xué)方程式：

(1)Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-25 kJ•mol-1

(2)3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH=-47 kJ•mol-1

(3)Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g)　 ΔH=+19 kJ•mol-1

則FeO(s)被CO(g)還原成Fe(s)和CO2(g)的熱化學(xué)方程式為(　　)

A. FeO+CO===Fe+CO2 ΔH=-11 kJ•mol-1

B. FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=-22 kJ•mol-1

C . FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=-11 kJ•mol-1

D. FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=+11 kJ•mol-1

解析　Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)　ΔH=-25 kJ•mol-1①，3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g)　ΔH=-47 kJ•mol-1②，F(xiàn)e3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g)　ΔH=+19 kJ•mol-1③，將①式×3-②式得：

2Fe3O4(s)+8CO(g)===6Fe(s)+8CO2(g)　ΔH=-25 kJ•mol-1×3+47 kJ•mol-1=-28 kJ•mol-1，

將方程式兩邊同除以2得：

Fe3O4(s)+4CO(g)===3Fe(s)+4CO2(g)　ΔH=-14 kJ•mol-1④，將(④式-③式)÷3即可得出答案。所以A、B、C、D四個選項(xiàng)中，只有C項(xiàng)中的熱化學(xué)方程式正確。

答案　C

【變式訓(xùn)練1】　S(單斜)和S(正交)是硫的兩種同素異形體。

已知：①S(單斜，s)+O2(g)===SO2(g) ΔH1=-297.16 kJ•mol-1

②S(正交，s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2=-296.83 kJ•mol-1

③S(單斜，s)===S(正交，s)　 ΔH3

下列說法正確的是(　　)

A.ΔH3=+0.33 kJ•mol-1

B.單斜硫轉(zhuǎn)化為正交硫的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)

C.S(單斜，s)===S(正交，s)　ΔH3<0，正交硫比單斜硫穩(wěn)定

D.S(單斜，s)===S(正交，s)　ΔH3>0，單斜硫比正交硫穩(wěn)定

答案　C

二、反應(yīng)熱的計算
1.反應(yīng)熱計算的類型及方法

(1)根據(jù)熱化學(xué)方程式計算：反應(yīng)熱與反應(yīng)物各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比。

(2)根據(jù)反應(yīng)物和生成物的能量計算：

ΔH=生成物的能量和-反應(yīng)物的能量和。

(3)根據(jù)反應(yīng)物和生成物的鍵能計算

ΔH=反應(yīng)物的鍵能和-生成物的鍵能和。

(4)根據(jù)蓋斯定律計算：將熱化學(xué)方程式進(jìn)行適當(dāng)?shù)?ldquo;加”“減”變形后，由過程的熱效應(yīng)進(jìn)行計算、比較。

(5)根據(jù)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)值計算：

Q(放)=n(可燃物)×ΔH

(6)根據(jù)比熱公式進(jìn)行計算：Q=cmΔt。

2.注意事項(xiàng)

(1)反應(yīng)熱數(shù)值與各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)成正比，因此熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)改變時，其反應(yīng)熱數(shù)值同時做相同倍數(shù)的改變。

(2)熱化學(xué)方程式與上的方程式相似，可以移項(xiàng)，同時改變正負(fù)號;各項(xiàng)的化學(xué)計量數(shù)以及ΔH的數(shù)值可以同時擴(kuò)大或縮小相同的倍數(shù)。

(3)根據(jù)蓋斯定律，可以將兩個或兩個以上的熱化學(xué)方程式包括其ΔH相加或相減，得到一個新的熱化學(xué)方程式。

(4)求總反應(yīng)的反應(yīng)熱，不能不假思索地將各步反應(yīng)的反應(yīng)熱簡單相加。不論一步進(jìn)行還是分步進(jìn)行，始態(tài)和終態(tài)完全一致，蓋斯定律才成立。某些物質(zhì)只是在分步反應(yīng)中暫時出現(xiàn)，最后應(yīng)該恰好消耗完。

【典例2】　已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃燒熱分別是-285.8 kJ•mol-1、-1 411.0 kJ•mol-1和-1 366.8 kJ•mol-1，則由C2H4(g)和H2O(l)反應(yīng)生成C2H5OH(l)的ΔH為(　　)

A.-44.2 kJ•mol-1 B.+44.2 kJ•mol-1

C.-330 kJ•mol-1 D.+330 kJ•mol-1

解析　解答本題可先寫出相關(guān)的熱化學(xué)方程式，然后根據(jù)熱化學(xué)方程式進(jìn)行分析、計算。根據(jù)題給各物質(zhì)燃燒熱數(shù)據(jù)可得相關(guān)熱化學(xué)方程式為

①H2(g)+12O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ•mol-1;

②C2H4(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1 411.0 kJ•mol-1;

③C2H5OH(l)+3O2(g)===3H2O(l)+2CO2(g)　 ΔH=-1 366.8 kJ•mol-1

由②-③可得：C2H4(g)+H2O(l)===C2H5OH(l) ΔH=-44.2 kJ•mol-1，故A選項(xiàng)正確。

答案　A

【變式訓(xùn)練2】　已知：N2(g)+2O2(g)===2NO2(g) ΔH=+67.7 kJ•mol-1①

N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-543 kJ•mol-1②

12H2(g)+12F2(g)===HF(g) ΔH=-269 kJ•mol-1③

H2(g)+12O2(g)===H2O(g) ΔH=-242 kJ•mol-1④

(1)寫出肼(N2H4)和NO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

________________________________________________________________________。

(2)有人認(rèn)為若用氟氣代替二氧化氮作氧化劑，則反應(yīng)釋放的能量更大，肼和氟氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

________________________________________________________________________。

答案　(1)2N2H4(g)+2NO2(g)===3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 153.7 kJ•mol-1

(2)N2H4(g)+2F2(g)===N2(g)+4HF(g)　 ΔH=-1 135 kJ•mol-1

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