蓋斯定律及其在熱化學(xué)方程式中的應(yīng)用
一：蓋斯定律要點
1840年，瑞士化學(xué)家蓋斯（G。H。Hess,1802—1850）通過大量實驗證明，不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的。換句話說，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。這就是蓋斯定律。
例如：

可以通過兩種途徑完成。如上圖表：已知：
H2（g）+ O2（g）= H2O（g）；△H1=－241.8kJ/mol
H2O（g）=H2O（l）；△H2=－44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，則
△H=△H1＋△H2=－241.8kJ/mol+（－44.0kJ/mol）=－285.8kJ/mol
蓋斯定律表明反應(yīng)熱效應(yīng)取決于體系變化的始終態(tài)而與過程無關(guān)。因此，熱化學(xué)方程式之間可以進(jìn)行代數(shù)變換等數(shù)學(xué)處理。該定律使用時應(yīng)注意： 熱效應(yīng)與參與反應(yīng)的各物質(zhì)的本性、聚集狀態(tài)、完成反應(yīng)的物質(zhì)數(shù)量，反應(yīng)進(jìn)行的方式、溫度、壓力等因素均有關(guān)，這就要求涉及的各個反應(yīng)式必須是嚴(yán)格完整的熱化學(xué)方程式。
二：蓋斯定律在熱化學(xué)方程式計算中的應(yīng)用
蓋斯定律的應(yīng)用價值在于可以根據(jù)已準(zhǔn)確測定的反應(yīng)熱求知實驗難測或根本無法測定的反應(yīng)熱，可以利用已知的反應(yīng)熱計算未知的反應(yīng)熱。，它在熱化學(xué)方程式中的主要應(yīng)用在于求未知反應(yīng)的反應(yīng)熱，物質(zhì)蒸發(fā)時所需能量的計算 ，不完全燃燒時損失熱量的計算，判斷熱化學(xué)方程式是否正確，涉及的反應(yīng)可能是同素異形體的轉(zhuǎn)變，也可能與物質(zhì)三態(tài)變化有關(guān)。其主要考察方向如下：
1．已知一定量的物質(zhì)參加反應(yīng)放出的熱量，寫出其熱化學(xué)反應(yīng)方程式。
例1、將0.3mol的氣態(tài)高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧氣中燃燒，生成固態(tài)三氧化二硼和液態(tài)水，放出649.5kJ熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為_____________。又已知：H2O（g）=H2O（l）；△H2＝－44.0kJ/mol，則11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）乙硼烷完全燃燒生成氣態(tài)水時放出的熱量是_____________kJ。
解析：0.3mol乙硼烷完全燃燒生成液態(tài)水放出649.5kJ熱量，則1mol乙硼烷完全燃燒放出的熱量為： 因此乙硼烷燃燒的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為： 。由于1mol水汽化需吸熱44kJ，則3mol液態(tài)水全部汽化應(yīng)吸熱： ，所以1mol乙硼烷完全燃燒產(chǎn)生氣態(tài)水時放熱： ，則11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）乙硼烷完全燃燒產(chǎn)生氣態(tài)水放出熱量是： 。本題既涉及熱化學(xué)方程式的書寫，又涉及生成物狀態(tài)不同時求反應(yīng)熱的問題，第2問用蓋斯定律就非常簡單。
2．同素異形體反應(yīng)熱的求算及穩(wěn)定性的比較

例2、科學(xué)家蓋斯曾提出：“不管化學(xué)過程是一步完成或分幾步完成，這個總過程的熱效應(yīng)是相同的�！崩�用蓋斯定律可測某些特別反應(yīng)的熱效應(yīng)。
（1） （s，白磷）+

（2）

則白磷轉(zhuǎn)化為紅磷的熱化學(xué)方程式_____________。相同的狀況下，能量較低的是_________；白磷的穩(wěn)定性比紅磷___________（填“高”或“低”）。
解析：依題意求： ； 可設(shè)計如下反應(yīng)過程： ；據(jù)蓋斯定律有 =（-2983.2+4×738.5）kJ/mol=-29.2kJ/mol，即 ； 。白磷轉(zhuǎn)化為紅磷是放熱反應(yīng)，穩(wěn)定性比紅磷低（能量越低越穩(wěn)定）。
3． 根據(jù)一定量的物質(zhì)參加反應(yīng)放出的熱量（或根據(jù)已知的熱化學(xué)方程式），進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算或比較大小。
例3、已知： ；
；
欲得到相同的熱量，需分別燃燒固體碳和氫氣的質(zhì)量比約為
A. 2:3.25 B. 12:3.25 C. 1:1 D. 393.5:241.8
解析：由題意可列得方程

答案： B
例4、在同溫同壓下，下列各組熱化學(xué)方程式中， 的是
A.

B.

C.

D.

解析：反應(yīng)熱數(shù)值的大小與反應(yīng)物、生成物的種類有關(guān)，與反應(yīng)物物質(zhì)的量的多少有關(guān)，與反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài)有關(guān)，還與反應(yīng)時的外界條有關(guān)。A選項：生成物的狀態(tài)不同，由于從氣態(tài)水到液態(tài)水會放熱，所以生成液態(tài)水比生成氣態(tài)水放出的熱多即 ；B選項：反應(yīng)物的狀態(tài)不同，由于從固態(tài)硫到氣態(tài)硫要吸熱，所以氣態(tài)硫燃燒放出的熱量比固態(tài)硫燃燒放出的熱量多，即 ；C選項：生成物的種類不同，由于CO與O2反應(yīng)生成CO2要放出熱量，故 ；D選項：反應(yīng)物的物質(zhì)的量不同，前一反應(yīng)的物質(zhì)的量是后一反應(yīng)的物質(zhì)的量的2倍，故 ，即 。答案選A、C。
4．利用鍵能計算反應(yīng)熱
方法：ΔH=∑E(反應(yīng)物)－∑E（生成物），即反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的鍵能總和跟生成物的鍵能總和之差。
通常人們把拆開1 mol某化學(xué)鍵所吸收的能量看成該化學(xué)鍵的鍵能。鍵能常用E表示，單位是kJ/mol。
例題5．CH3—CH3→CH2＝CH2＋H2；有關(guān)化學(xué)鍵的鍵能如下。
化學(xué)鍵 C－H C＝C C－C H－H
鍵能（kJ/mol） 414.4 615.3 347.4 435.3
試計算該反應(yīng)的反應(yīng)熱
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
這表明，上述反應(yīng)是吸熱的，吸收的熱量為125.6 kJ/mol。
反饋練習(xí)：
1、(2005全國理綜Ⅰ•13)．已知充分燃燒a g乙炔氣體時生成1mol二氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水，并放出熱量b kJ，則乙炔燃燒的熱化學(xué)方程式正確的是
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廣東22•4 由金紅石TiO2制取單質(zhì)Ti，涉及到的步驟為：：
TiO2 TiCl4 Ti
已知：① Cs＋O2g＝CO2g； H＝3935 kJ•mol1
② 2COg＋O2g＝2CO2g； H＝566 kJ•mol1
③ TiO2s＋2Cl2g＝TiCl4s＋O2g； H＝+141 kJ•mol1
則TiO2s＋2Cl2g＋2Cs＝TiCl4s＋2COg的H＝ 。
3、在一定條下，CO和CH4燃燒的熱化學(xué)方程式分別為
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與O2反應(yīng)生成液態(tài)H2O 比生成氣態(tài)H2O 多放出44kJ/mol的熱量。則CH4 氣
在空氣中不完全燃燒熱化學(xué)方程式正確的是
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：以上各式中化學(xué)計量數(shù)及物質(zhì)狀態(tài)標(biāo)注都正確；該反應(yīng)放熱，△H應(yīng)為負(fù)值；生成1mol二氧化碳?xì)怏w，放出熱量 bkJ，則又生成4mol二氧化碳?xì)怏w，放出熱量4bkJ 。 答案：A。

2．答案：80 kJ•mol1
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錯，同理，B為－1321kJ•mol－，C為－2104kJ•mol－，D為－1840kJ•mol－
答案：D

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