锦秋ALevel化学篇:Hesss Law在计算题中的应用

A-Level第六章节初始,我们会接触到一个概念叫“焓”(Enthalpy),它指的是一份物质所具有的能量,用焓=内能+压强*体积来表示。然而对于焓的理解是比较抽象的,但理解焓的差值“焓变”就容易多了。很多化学反应,在反应前后会有温度变化,例如木炭燃烧、硝酸铵结冰等。这就代表了吸热或放热反应中的能量得失。这部分能量我们就称之为“焓变”。例如我们在室外燃烧一小块炭生成CO2放出10kJ热量,那么这部分能量就用∆H来表示,代表燃烧过程中逸散到空气中的热量。反应产生的能量变化可以是不同形式的,包括热量、光、体积变化等等,但这些能量的变化,我们都可以称之为“焓变”。焓变也有不同的形式,例如反应焓、形成焓、燃烧焓、中和焓和原子化焓等,这些焓有些是可以实际测量的,也有些是我们为了计算而虚构的,实际反应可能并不存在。

那么在引入了焓的概念以及各类焓的定义之后,就来看看他在我们的题目里是怎么应用的吧。在此之前,我们需要理解Hess’s Law是如何运用的。

对于一个化学反应,总能量变化是一定的,无论经过几步反应,或者经过什么反应路径,甚至是虚构的中间步骤。类似于物理或者数学中的向量,无论你经过几个(连续的)步骤,只要起点和终点是相同的,向量和也就相同。

(从图中就能很直观的看出)

下面我们做一道题来尝试一下吧!(题目如下)

在此题中,我们无法直接求得由C4H10的燃烧焓,那么我们就需要走一个弯路,寻求反应物和生成物之间的一个共同终点站 B,也就是C、H2和氧气分别形成它们的形成焓∆fƟ。尽管并不可能用碳粉和氢气氧气来制成丁烷,但在原子数上,ABC 确实都保持了平衡,那么这个循环就是成立的。我们来画出一个焓变示意图。

这道题算是一种简单的循环,更复杂的循环会涉及到多步反应和相变,在同学们刷题过程中,如果遇到也不要害怕。注意反应方向和保持元素平衡,即使是十几步反应,也能像拼图一样一步步完整起来。

作者:魏宜奇,锦秋A-LEVEL化学主讲。

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