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模型1:盖斯定律三步法

反应热与焓变 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用反应热只与始态终态有关、与路径无关的原理,通过代数运算组合已知热化学方程式求未知反应热的计算方法。

从哪来 建立在2.1 守恒法之上。盖斯定律本质是能量守恒在化学反应中的体现,即系统总能量变化等于各分步能量变化之和,需运用守恒思想处理状态函数(焓)的叠加。

为什么 化学反应的热效应(焓变 $\Delta H$)是状态函数,只取决于反应物和生成物的状态,与反应经历的具体路径无关。这就好比登山,无论走哪条路线,起点到终点的海拔差是固定的。因此,只要通过代数加减消去中间产物,就能将多个已知反应组合成目标反应,其焓变也遵循相同的代数加减关系。

适合:逻辑抽象能力强、擅长代数运算的学生** **核心逻辑:代数消元法** 将热化学方程式视为“化学方程式 + 系数方程”的混合体。 1. **定目标
写出目标反应方程式,确定目标反应中各物质的化学计量数。 2. 找来源:在已知方程式中找出包含目标反应中各物质的方程式。 3. 调系数:若目标反应中某物质系数为 $n$,而已知方程式中该物质系数为 $m$,则需将已知方程式乘以 $n/m$(注意:$\Delta H$ 也要同倍数放大)。 4. 消中间:通过加减已知方程式,消去目标反应中不存在的中间产物(如 $CO$、$C$ 等)。 5. 算结果:$\Delta H_{目标} = \sum (\text{系数} \times \Delta H_{已知})$。 *口诀:目标定方向,系数配平衡,中间项抵消,焓变随方程。*
适合:形象思维强、对抽象代数感到困难的学生** **核心逻辑:路径图/能量阶梯法** 画出一个“能量阶梯”或“反应路径图”。 1. **画节点
在纸上画出反应物(始态)和生成物(终态)两个点。 2. 画路径: - 路径1:直接由始态到终态(未知 $\Delta H$)。 - 路径2:由始态经过中间态再到终态(已知 $\Delta H_1, \Delta H_2...$)。 3. 看箭头: - 如果已知反应的箭头方向与目标反应中该物质的转化方向一致,$\Delta H$ 取正。 - 如果已知反应的箭头方向与目标反应中该物质的转化方向相反(即反应逆向进行),$\Delta H$ 取负。 4. 列等式:始态能量 + 路径2的总能量变化 = 终态能量。即 $\Delta H_{目标} = \Delta H_{路径2}$。 *重点:关注物质是“进去”还是“出来”,箭头反向则焓变变号。*
适合:容易混淆正负号、需要程序化步骤的学生** **核心逻辑:物质追踪法(原子守恒视角)** 不看整体反应,只看**关键元素**的流向。 1. **选关键原子
找出目标反应中唯一出现在反应物或生成物中的关键原子(如 $C$ 或 $H$)。 2. 追流向: - 该原子在目标反应中是从左边(反应物)到右边(生成物)。 - 检查已知反应中,该原子是从哪边到哪边。 - 如果已知反应中该原子也是从左到右,则该已知反应系数为正。 - 如果已知反应中该原子是从右到左,则该已知反应系数为负(即反应逆向)。 3. 配平系数:根据原子个数守恒,确定该已知反应需要乘以几。 4. 验证:用另一种原子验证其他已知反应的系数和正负。 *优势:避免整体观察带来的混乱,逐个原子击破。*
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练一道
基础题
已知: ① $C(s) + O_2(g) = CO_2(g) \quad \Delta H_1 = -393.5 \text{ kJ/mol}$ ② $CO(g) + \frac{1}{2}O_2(g) = CO_2(g) \quad \Delta H_2 = -283.0 \text{ kJ/mol}$ 求:$C(s) + \frac{1}{2}O_2(g) = CO(g)$ 的 $\Delta H$。
变式
已知: ① $2H_2(g) + O_2(g) = 2H_2O(l) \quad \Delta H_1 = -571.6 \text{ kJ/mol}$ ② $H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) = H_2O(g) \quad \Delta H_2 = -241.8 \text{ kJ/mol}$ 求:$H_2O(l) = H_2O(g)$ 的 $\Delta H$。
试试手自己判
检测题
已知: ① $N_2(g) + O_2(g) = 2NO(g) \quad \Delta H_1 = +180.5 \text{ kJ/mol}$ ② $2NO(g) + O_2(g) = 2NO_2(g) \quad \Delta H_2 = -116.5 \text{ kJ/mol}$ 求:$N_2(g) + 2O_2(g) = 2NO_2(g)$ 的 $\Delta H$。
看答案和判分标准
答案:$+64.0 \text{ kJ/mol}$
判对标准:
1. 学生能正确识别目标反应是①和②的简单相加(系数均为1)。
2. 学生能正确计算 $\Delta H = \Delta H_1 + \Delta H_2$。
3. 数值计算正确:$180.5 + (-116.5) = 64.0$。
4. 符号为正(吸热)。
若学生得出 $-64.0$ 或 $297.0$ 等,视为未掌握。
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