逍遥右脑 2013-02-20 09:13
盖斯定律及其在热化学方程式中的应用
一：盖斯定律要点
1840年，瑞士化学家盖斯（G。H。Hess,1802—1850）通过大量实验证明，不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的。换句话说，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。这就是盖斯定律。
例如：
可以通过两种途径完成。如上图表：已知：
H2（g）+ O2（g）= H2O（g）；△H1=－241.8kJ/mol
H2O（g）=H2O（l）；△H2=－44.0kJ/mol
根据盖斯定律，则
△H=△H1＋△H2=－241.8kJ/mol+（－44.0kJ/mol）=－285.8kJ/mol
盖斯定律表明反应热效应取决于体系变化的始终态而与过程无关。因此，热化学方程式之间可以进行代数变换等数学处理。该定律使用时应注意： 热效应与参与反应的各物质的本性、聚集状态、完成反应的物质数量，反应进行的方式、温度、压力等因素均有关，这就要求涉及的各个反应式必须是严格完整的热化学方程式。
二：盖斯定律在热化学方程式计算中的应用
盖斯定律的应用价值在于可以根据已准确测定的反应热求知实验难测或根本无法测定的反应热，可以利用已知的反应热计算未知的反应热。，它在热化学方程式中的主要应用在于求未知反应的反应热，物质蒸发时所需能量的计算 ，不完全燃烧时损失热量的计算，判断热化学方程式是否正确，涉及的反应可能是同素异形体的转变，也可能与物质三态变化有关。其主要考察方向如下：
1．已知一定量的物质参加反应放出的热量，写出其热化学反应方程式。
例1、将0.3mol的气态高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5kJ热量，该反应的热化学方程式为_____________。又已知：H2O（g）=H2O（l）；△H2＝－44.0kJ/mol，则11.2L（标准状况）乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是_____________kJ。
解析：0.3mol乙硼烷完全燃烧生成液态水放出649.5kJ热量，则1mol乙硼烷完全燃烧放出的热量为： 因此乙硼烷燃烧的热化学反应方程式为： 。由于1mol水汽化需吸热44kJ，则3mol液态水全部汽化应吸热： ，所以1mol乙硼烷完全燃烧产生气态水时放热： ，则11.2L（标准状况）乙硼烷完全燃烧产生气态水放出热量是： 。本题既涉及热化学方程式的书写，又涉及生成物状态不同时求反应热的问题，第2问用盖斯定律就非常简单。
2．同素异形体反应热的求算及稳定性的比较
例2、科学家盖斯曾提出：“不管化学过程是一步完成或分几步完成，这个总过程的热效应是相同的。”利用盖斯定律可测某些特别反应的热效应。
（1） （s，白磷）+
（2）
则白磷转化为红磷的热化学方程式_____________。相同的状况下，能量较低的是_________；白磷的稳定性比红磷___________（填“高”或“低”）。
解析：依题意求： ； 可设计如下反应过程： ；据盖斯定律有 =（-2983.2+4×738.5）kJ/mol=-29.2kJ/mol，即 ； 。白磷转化为红磷是放热反应，稳定性比红磷低（能量越低越稳定）。
3． 根据一定量的物质参加反应放出的热量（或根据已知的热化学方程式），进行有关反应热的计算或比较大小。
例3、已知： ；
；
欲得到相同的热量，需分别燃烧固体碳和氢气的质量比约为
A. 2:3.25 B. 12:3.25 C. 1:1 D. 393.5:241.8
解析：由题意可列得方程
答案： B
例4、在同温同压下，下列各组热化学方程式中， 的是
A.
B.
C.
D.
解析：反应热数值的大小与反应物、生成物的种类有关，与反应物物质的量的多少有关，与反应物和生成物的聚集状态有关，还与反应时的外界条有关。A选项：生成物的状态不同，由于从气态水到液态水会放热，所以生成液态水比生成气态水放出的热多即 ；B选项：反应物的状态不同，由于从固态硫到气态硫要吸热，所以气态硫燃烧放出的热量比固态硫燃烧放出的热量多，即 ；C选项：生成物的种类不同，由于CO与O2反应生成CO2要放出热量，故 ；D选项：反应物的物质的量不同，前一反应的物质的量是后一反应的物质的量的2倍，故 ，即 。答案选A、C。
4．利用键能计算反应热
方法：ΔH=∑E(反应物)－∑E（生成物），即反应热等于反应物的键能总和跟生成物的键能总和之差。
通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能常用E表示，单位是kJ/mol。
例题5．CH3—CH3→CH2＝CH2＋H2；有关化学键的键能如下。
化学键 C－H C＝C C－C H－H
键能（kJ/mol） 414.4 615.3 347.4 435.3
试计算该反应的反应热
解析：ΔH =[6E(C－H)＋E(C－C)]－[E(C＝C)＋4E(C－H)＋E(H－H)]=(6×414.4＋347.4)kJ/mol－(615.3＋4×414.4＋435.3)kJ/mol=＋125.6 kJ/mol
这表明，上述反应是吸热的，吸收的热量为125.6 kJ/mol。
反馈练习：
1、(2005全国理综Ⅰ•13)．已知充分燃烧a g乙炔气体时生成1mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量b kJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是
A. 2C2H2(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋2H2O(l)； ΔH＝－2b kJ / mol
B. C2H2(g)＋5/2O2(g)＝2CO2(g)＋H2O(l)； ΔH＝2b kJ / mol
C. 2C2H2(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋2H2O(l)； ΔH＝－4b kJ / mol
D. 2C2H2(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋2H2O(l)； ΔH＝b kJ / mol
2、2005广东22•4 由金红石TiO2制取单质Ti，涉及到的步骤为：：
TiO2 TiCl4 Ti
已知：① Cs＋O2g＝CO2g； H＝3935 kJ•mol1
② 2COg＋O2g＝2CO2g； H＝566 kJ•mol1
③ TiO2s＋2Cl2g＝TiCl4s＋O2g； H＝+141 kJ•mol1
则TiO2s＋2Cl2g＋2Cs＝TiCl4s＋2COg的H＝ 。
3、在一定条下，CO和CH4燃烧的热化学方程式分别为
2CO（g）+O2（g） 2CO2（g）； △H=－566kJ•mol－1
CH4（g）+2O2（g） CO2（g）+2H2O（1）；△H=－890kJ•mol－1
又知由H2与O2反应生成液态H2O 比生成气态H2O 多放出44kJ/mol的热量。则CH4 气
在空气中不完全燃烧热化学方程式正确的是
A、2CH4（g）+72 O2（g） CO2（g）+CO（g）+4H2O（1） △H=－1214kJ•mol－1
B、2CH4（g）+72 O2（g） CO2（g）+CO（g）+4H2O（g） △H=－1038kJ•mol－1
C、3CH4（g）+5O2（g） CO2（g）+2CO（g）+6H2O（1） △H=－1538kJ•mol－1
D、3CH4（g）+5O2（g） CO2（g）+2CO（g）+6H2O（g） △H=－1840kJ•mol－1
1．解析：以上各式中化学计量数及物质状态标注都正确；该反应放热，△H应为负值；生成1mol二氧化碳气体，放出热量 bkJ，则又生成4mol二氧化碳气体，放出热量4bkJ 。 答案：A。
2．答案：80 kJ•mol1
3．解析：⑴2CO（g）+O2（g） 2CO2（g）； △H1=－566kJ•mol－1
⑵CH4（g）+2O2（g） CO2（g）+2H2O（1）；△H2=－890kJ•mol－1
⑶H2O（g）=H2O（l）；△H3=－44.0kJ/mol
⑷CH4（g）+2O2（g） CO2（g）+2H2O（g）；△H4=？
⑸CH4（g）+1.5O2（g） CO（g）+2H2O（1）；△H5=？
⑷=⑵－⑶×2，可求△H4=－890kJ•mol－1+88.0kJ•mol－1=－802kJ•mol－1
⑸=⑵－（1）×0.5，可求△H5=－890kJ•mol－1+283.0kJ•mol－1=－607kJ•mol－1
A中△H=△H2+△H5=－1497kJ•mol－，故A错，同理，B为－1321kJ•mol－，C为－2104kJ•mol－，D为－1840kJ•mol－
答案：D