如何快速巧解蓋斯定律型反應(yīng)熱的計(jì)算

文/封超燕

反應(yīng)熱的計(jì)算是各省市高考化學(xué)中的高頻考點(diǎn)，近幾年題型特征也較為穩(wěn)定，其中以蓋斯定律型反應(yīng)熱的計(jì)算最為典型。這種題型不算太難，但如何從多個(gè)已知熱化學(xué)方程式中快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出待求方程式的反應(yīng)熱，即如何快速、準(zhǔn)確地找到已知方程式和待求方程式的關(guān)系存在一定難度。對(duì)于這一難點(diǎn)，作者將解題經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

解題思路

現(xiàn)以2022年全國(guó)乙卷28題第一問(wèn)為例，介紹解題思路。

28.油氣開(kāi)采、石油化工、煤化工等行業(yè)廢氣普遍含有的硫化氫，需要回收處理并加以利用，回答下列問(wèn)題:

（1）已知下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

①2H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-1036kJ·mol-1

②4H2S(g)+2SO2(g)=3S2(g)+4H2O(g) ΔH2=94kJ·mol-1

③2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH3=-484kJ·mol-1

計(jì)算H2S熱分解反應(yīng)的2H2S(g)=S2(g)+2H2(g)的ΔH4=________kJ·mol-1。

觀察待求反應(yīng)方程式中反應(yīng)物和生成物，找到在已知熱化學(xué)方程式中只出現(xiàn)一次的物質(zhì)，設(shè)其為目標(biāo)物。如上述反應(yīng)中S2(g)和H2(g)分別只在已知熱化學(xué)方程式②和已知熱化學(xué)方程式③中出現(xiàn)，則S2(g)和H2(g)為我們選定的目標(biāo)物。

對(duì)比已知方程式和待求方程式中目標(biāo)物的系數(shù)和位置，根據(jù)“系數(shù)相同，同向加，異向減”的方法，對(duì)其所在的已知方程式的焓變系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得出待求方程式的焓變的部分計(jì)算式。比如，S2(g)是已知方程式②的生成物，在方程式的右側(cè)，系數(shù)為3，而S2(g)是待求方程式的生成物，也在方程式的右側(cè)，與已知方程式中同向，系數(shù)為1，則計(jì)算式中ΔH2的系數(shù)調(diào)整為，同理，推出ΔH3的系數(shù)調(diào)整為-1，可得ΔH4的部分計(jì)算式為：ΔH2-ΔH3。

觀察上述所得部分計(jì)算式有無(wú)涉及所有已知方程式（如有超過(guò)3個(gè)已知方程式，這步不做參考，要具體分析，因這種情況少見(jiàn)，這里不考慮）。如果有，該部分計(jì)算式就是最終的計(jì)算式，直接計(jì)算答案即可；如果無(wú)，則要把未參與計(jì)算的方程式通過(guò)消元的方法參與進(jìn)來(lái)，得到最終的焓變計(jì)算式。比如，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)已知反應(yīng)①?zèng)]參與進(jìn)來(lái)，反應(yīng)①中有氧氣參與反應(yīng)，但待求反應(yīng)方程式中最終沒(méi)有氧氣，說(shuō)明通過(guò)方程式的加減消元了。③中反應(yīng)通過(guò)第二步的調(diào)整氧氣在反應(yīng)方程式的右側(cè)，系數(shù)為1，要想消除氧氣，①中的氧氣在左側(cè)，系數(shù)也要為1，也就是說(shuō)ΔH1的系數(shù)要乘以，符號(hào)不變。最終的計(jì)算式為ΔH4=ΔH2-ΔH3+ΔH1=（ΔH1+ΔH2）-ΔH3，計(jì)算結(jié)果為ΔH4=170kJ·mol-1。在此，消元不一定消O2，其他的物質(zhì)也可以（如SO2），盡量找只在兩個(gè)方程式中出現(xiàn)的物質(zhì)消元，可以簡(jiǎn)化計(jì)算。

另外,需注意的是每個(gè)焓變只能出現(xiàn)一次系數(shù)調(diào)整，也就是說(shuō)如果一個(gè)已知方程式中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的目標(biāo)物，選其中一個(gè)即可，不需要重復(fù)調(diào)整系數(shù)。

解題口訣

根據(jù)解題思路，總結(jié)解題技巧口訣（圖1）：

圖1 解題技巧口訣

為什么計(jì)算過(guò)程中可以完全不用寫(xiě)加減后的熱化學(xué)方程式就能求出待求方程式的反應(yīng)熱（焓變）呢？運(yùn)算依據(jù)是什么呢？這就要我們進(jìn)一步理解蓋斯定律的內(nèi)涵本質(zhì)。

反應(yīng)熱的運(yùn)算依據(jù)

能量的變化是以物質(zhì)變化為基礎(chǔ)的，物質(zhì)不發(fā)生變化，能量就不可能發(fā)生變化。也就是說(shuō)，一個(gè)反應(yīng)，只要反應(yīng)物、生成物確定了，反應(yīng)熱就確定了，與反應(yīng)途徑無(wú)關(guān)。這也就是早期俄國(guó)化學(xué)家蓋斯經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)總結(jié)的蓋斯定律。

蓋斯定律：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(shuō)，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(wú)關(guān)。

根據(jù)蓋斯定律和熱化學(xué)方程式的含義可知反應(yīng)熱的運(yùn)算規(guī)則（表1）：

表1 反應(yīng)熱的運(yùn)算規(guī)則

（1）熱化學(xué)方程式乘以某一個(gè)數(shù)時(shí)，反應(yīng)熱的數(shù)值必須也乘上該數(shù)。

（2）熱化學(xué)方程式相加減時(shí)，物質(zhì)之間相加減，反應(yīng)熱也必須相加減。

（3）將一個(gè)熱化學(xué)方程式顛倒時(shí)，ΔH的“+”“-”隨之改變，但數(shù)值不變。

理解反應(yīng)熱的運(yùn)算依據(jù)后，再結(jié)合解題思路，蓋斯定律型反應(yīng)熱的計(jì)算可以更加靈活、快速?，F(xiàn)以2020年全國(guó)卷Ⅱ28題第一問(wèn)為例，介紹如何根據(jù)解題思路快速解決計(jì)算問(wèn)題。

28.天然氣的主要成分為CH4，一般還含有C2H6等烴類(lèi)，是重要的燃料和化工原料。

（1）乙烷在一定條件可發(fā)生如下反應(yīng)：C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)ΔH，相關(guān)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表所示：

則ΔH= ________kJ·mol-1。

根據(jù)前面的解題思路，假設(shè)C2H6(g)的燃燒熱為ΔH1，C2H4(g)的燃燒熱為ΔH2，H2(g)的燃燒熱為ΔH3，根據(jù)燃燒熱的概念（在25℃，101kPa時(shí)，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時(shí)所放出的熱量，叫作該物質(zhì)的燃燒熱），可推出ΔH1=-1 560kJ·mol-1，對(duì)應(yīng)的熱化學(xué)方程式中C2H6(g)的系數(shù)是1。以此類(lèi)推，ΔH2=-1 411kJ·mol-1對(duì)應(yīng)的熱化學(xué)方程式中C2H4(g)的 系 數(shù) 是1，ΔH3=-286kJ·mol-1對(duì) 應(yīng)的熱化學(xué)方程式中H2(g)的系數(shù)也是1。則待求方程式的ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3，計(jì)算結(jié)果為ΔH=137kJ·mol-1。

這種解題思路可以靈活運(yùn)用，需要同學(xué)們加強(qiáng)鞏固，熟悉思路，做到快速且精準(zhǔn)。