在化学学习中,盖斯定律是一个非常重要的理论工具,它帮助我们理解反应焓变与路径无关的本质。通过这一规律,我们可以计算复杂反应的焓变值,而无需直接测量每个步骤的能量变化。为了更好地掌握盖斯定律的应用,下面我们将通过几个典型习题来加深理解。
例题一:简单叠加法
已知以下两个反应及其对应的焓变:
1. C(s) + O₂(g) → CO₂(g),ΔH₁ = -393.5 kJ/mol;
2. H₂(g) + ½O₂(g) → H₂O(l),ΔH₂ = -285.8 kJ/mol。
求反应:C(s) + 2H₂(g) + O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l) 的焓变 ΔH。
解题思路:首先观察目标反应,可以将其分解为上述两个已知反应的线性组合。具体来说,目标反应可以看作是第一个反应加上两个第二个反应。因此:
ΔH = ΔH₁ + 2 × ΔH₂
= (-393.5) + 2 × (-285.8)
= -965.1 kJ/mol。
例题二:逆向反应调整
已知反应 N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g),其焓变为 ΔH = -92.4 kJ/mol。若需要计算 NH₃(g) 分解成 N₂(g) 和 H₂(g) 的焓变,则应如何处理?
解题思路:根据盖斯定律,当一个反应方向反转时,其焓变符号也需改变。因此,NH₃(g) 分解成 N₂(g) 和 H₂(g) 的反应可表示为:
2NH₃(g) → N₂(g) + 3H₂(g),其焓变为 ΔH' = +92.4 kJ/mol。
例题三:多步反应整合
某化工厂生产硫酸的过程包含如下三个步骤:
1. S(s) + O₂(g) → SO₂(g),ΔH₁ = -296.8 kJ/mol;
2. SO₂(g) + ½O₂(g) → SO₃(g),ΔH₂ = -98.9 kJ/mol;
3. SO₃(g) + H₂O(l) → H₂SO₄(aq),ΔH₃ = -130.3 kJ/mol。
求从硫单质到硫酸溶液的总焓变。
解题思路:将所有步骤相加即可得到总反应式及焓变:
S(s) + O₂(g) + H₂O(l) → H₂SO₄(aq),
ΔH_total = ΔH₁ + ΔH₂ + ΔH₃
= (-296.8) + (-98.9) + (-130.3)
= -526.0 kJ/mol。
通过以上几道习题,我们可以看到盖斯定律在解决实际问题中的强大作用。无论反应过程多么复杂,只要能够正确地分解并组合各步反应,就能轻松得出所需结果。希望这些练习能帮助大家更熟练地运用盖斯定律!