高考化学 盖斯定律

第二章 化学反应的方向与限

度

第一节 盖斯定律

本节学习要点

1．热化学方程式。

2．盖斯（Hess）定律。

3．标准摩尔生成焓。

一、热化学方程式

我们常用热化学方程式表示反应的热效应。书写热化学方程式不但需注明反应的温度和压力、物质的状态或晶型，也要表示出相应的△r H θ

m ， 常用单位为kJ· mol —1。如：

2H 2(g) + O 2(g) ＝ 2H 2O(l) △r H θm ＝—571.6 kJ· mol —1

其中，△右下角的 r 表示“反应”，H 的下标“m ”和单位中的“mol —1”都是指“单位化学反应”，H 的上标“θ”表示该反应中的所有物质都处于标准态。二、盖斯（Hess）定律

1840年，俄国科学家盖斯（G.H.Hess）通过总结大量实验结果发现：一个化学反应，不论是一步完成的还是分几步完成的，其热效应总是相同的。也就是说，化学反应的热效应只与反应的始、终态有关，而与反应经历的途径无关。这个规律被称作盖斯（Hess）定律。

盖斯定律是热化学的基本定律。根据盖斯定律可以使热化学方程式像普通代数方程式那样进行运算，利用已知的化学反应的热效应来间接求得那些难于测准或无法测量的化学反应的热效应。

[例1] 碳和氧气生成一氧化碳的反应热不宜由实验直接测得，因为产物不可避免地会含有二氧化碳。若已知：

（1）C(s) + O 2(g) ＝ CO 2 (g) △r H θm ＝—393.5 kJ· mol —1（2）CO(g) + 2

1O 2(g) ＝ CO 2 (g) △r H θm ＝—283.0 kJ· mol —1

求反应（3）C (s) + 2

1O 2(g) ＝ CO (g)的△r H θm 。[解]: 因为 反应（2）+反应（3）＝反应（1）

所以 反应（3）＝反应（1）－反应（2） C (s) +

21O 2(g) ＝ CO (g)△r H θm (3) = △r H θm (1) —△r H θm (2)

=（—393.5）—（—283.0)＝—110.5 kJ· mol —1

三、标准摩尔生成焓

由于大多数物质是通过常压下的化学反应生成，所以生成焓也常称作生成热。对于一个化学反应，如果知道反应物和产物的焓值，该反应的△r H 即可由产物的H 减去反应物的H 得到。由于焓H 的绝对值无法确定，人们常采用规定相对值的方法去定义物质的焓值，从而求出反应的△r H 。

化学热力学规定，某温度下，由处于标准状态的各种元素的最稳定单质生成标准状态下的1mol某纯净物质的热效应，称作该温度下这种纯物质的标准摩尔生成焓。用符号△f H θm 表示，其单位为kJ· mol —1或J· mol —1。其中，△右下角的 f 表示“生成”。物质在298.15K时的标准生成焓可查阅相关资料。

根据定义，最稳定单质的标准摩尔生成焓△f H θm 都为零。如果一种元素有几种不同结构的单质，如碳有石墨和金刚石等，石墨是最稳定单质；硫有单斜硫和斜方硫，斜方硫是最稳定单质；磷有白磷、红磷和黑磷，白磷是最稳定单质等。如在298K时，C(石墨) + O 2(g)＝CO 2 (g) △r H θ

m ＝—393.5 kJ· mol —1；C(石墨)和O 2(g)都是最稳定单质，由它们化合生成1mol CO 2 (g)的标准摩尔焓变—393.5 kJ· mol —1 就是CO 2 (g)的标准摩尔生成焓△f H θ

m 。标准摩尔生成焓给我们提供了一组以最稳定单质的焓为零而得到的各种物质的相对焓

值，利用这些数据也可以求标准摩尔反应焓△r H θ

m 。如图2—2所示，一个途径是从最稳定单质直接转变为产物，另一个途径是最稳定单质先生成反应物，再转

变成产物。 图2－2 标准生成焓和反应焓的关系

根据盖斯定律，两种途径的反应焓相等。所以，反应的标准摩尔焓变等于产物的标准摩尔生成焓之和减去反应物的标准摩尔生成焓之和。即：

△r H θm ＝ )(生成物θm f H ∑? — )(反应物θm f H ∑? （2—

1）

[例2] 计算下列反应的标准摩尔焓变△r H θm ，并判断该反应是放热反应还是吸热反应。 2N H 3(g) + CO 2(g) ＝ N H 2CO N H 2 (aq ) + H 2O(l)相关物质的标准摩尔生成焓数据如下：

物 质

N H 3(g)CO 2(g)N H 2CO N H 2 (aq )H 2O(l)△f H θm （kJ·mol —

1）

—45.9—393.5—319.2—285.8[解]：由式（2－1）得：

△r H θm ＝△f H θm （N H 2CO N H 2 ，aq ）+△f H θm （H 2O，l）－2△f H θm （N H 3，g）－△f H θm （CO 2，g）

＝（－319.2）+（－285.8）－2×（－45.9）－（－393.5）

＝－119.7 kJ·mol —1

可见，△r H θm < 0，上述反应属于放热反应。虽然反应标准摩尔焓变△r H θm 与反应温度有关，但在一般温度范围内△r H θm 变化不大，因此我们可以近似地认为在一般温度范围内的△r H θm 与298.15K 的△r H θm 数值相等。