赫斯定律指出:一个化学反应的总焓变与反应路径无关,只要始态和终态相同。这是焓作为状态函数的直接推论。
在实际应用中,赫斯定律让我们能够通过已知焓变的中间步骤构建能量循环,从而计算无法直接测量的反应焓变()。
学习目标:学完本指南后,你应该能够:
- 陈述赫斯定律并解释其原理。
- 利用标准生成焓或标准燃烧焓构建能量循环。
- 根据表格数据计算未知的 值。
- 将赫斯定律应用于多步骤的工业和生物过程。
定义规定:任何处于标准态的单质的标准生成焓为零。
注意:与生成焓公式相比,减法方向相反 —— 反应物减去产物。
| 方法 | 使用数据 | 相减顺序 |
|---|
| 生成焓法 | | 产物 − 反应物 |
| 燃烧焓法 | | 反应物 − 产物 |
所有反应物和产物都可燃烧生成 和 :
- —
- —
- —
计算 的 ,已知:
| 物质 | (kJ/mol) |
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目标:
计算 铝热反应的 :
已知:,
标准态单质(、)的 。
计算 固体 溶解于水的焓变,已知:
- —
- —
由赫斯定律:
-
减法方向搞反 —— 生成焓法是产物减反应物;燃烧焓法是反应物减产物。混淆会导致正负号相反。
-
忘记乘以化学计量系数 —— 如果方程中有 2 mol ,则必须将 乘以 2。
-
将单质代入生成焓计算 —— 标准态单质的标准生成焓为零。不需要查 或 的生成焓值。
-
未核实状态符号 —— 与 的焓值不同。确保数据与反应中的状态一致。
- 计算前务必画出能量循环图。能防止正负号错误,也能体现解题规范。
- 用文字表述赫斯定律:"反应的总焓变与反应路径无关,因为焓是状态函数。"
- IB 考生:生成焓和燃烧焓的公式都在数据手册中 —— 学会判断何时使用哪个。
- AP 考生:赫斯定律题目常给出 2-3 个方程让你代数组合。必要时翻转方程(取相反数)和倍乘(等比缩放焓值)。
因为焓是状态函数 —— 只取决于始态和终态,与路径无关。这是热力学第一定律(能量守恒)的推论。
取决于题目给的数据。给了 就用燃烧焓法,给了 就用生成焓法。两种方法得出的结果相同。
可以!因为 和 也是状态函数,适用相同原理:。
- 玻恩-哈伯循环 —— 将赫斯定律应用于离子化合物的晶格能计算。
- 吉布斯自由能 —— 将热力学分析拓展到熵和自发性。
- 勒夏特列原理 —— 温度变化(与 相关)如何影响平衡移动。