為什么這樣算

反應(yīng)熱的計(jì)算是較為基礎(chǔ)的知識(shí)點(diǎn)，也是高考的熱點(diǎn)和必考點(diǎn)．有些學(xué)生在解答相關(guān)試題時(shí)，對(duì)于是“反應(yīng)物減生成物”還是“生成物減反應(yīng)物”的記憶容易產(chǎn)生混亂．本文將從不同類(lèi)型的題目著手，分析反應(yīng)熱計(jì)算背后的邏輯，以期對(duì)大家的理解和計(jì)算有幫助．

１ 什么是焓

人民教育出版社２０１９年版普通高中化學(xué)教科書(shū)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)高中課本）描述：研究表明，在等壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)（嚴(yán)格地說(shuō)，對(duì)反應(yīng)體系做功還有限定，中學(xué)階段一般不考慮），其反應(yīng)熱等于反應(yīng)的焓變，用符號(hào)ΔH 表示，常用單位是kJ·mol－１．

我們要明確，反應(yīng)體系放熱時(shí)，焓減小，ΔH 為負(fù)值，即ΔH ＜０;當(dāng)反應(yīng)體系吸熱時(shí)，焓增大，ΔH 為正值，即ΔH ＞０．

２ 蓋斯定律

利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱是高考中常見(jiàn)的反應(yīng)熱計(jì)算題型．要理解如何快速運(yùn)用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算，先要厘清什么是蓋斯定律．

高中課本描述：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，不管是一步完成的還是分幾步完成的，其反應(yīng)熱是相同的．即在一定條件下，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)．

北京大學(xué)出版社?普通化學(xué)原理（第４版）?（以下簡(jiǎn)稱(chēng)大學(xué)課本）描述：化學(xué)家們?cè)谘芯苛讼喈?dāng)多的化學(xué)現(xiàn)象之后，總結(jié)提出了熱化學(xué)定律．用現(xiàn)代術(shù)語(yǔ)可表述為以下兩個(gè)定律：

（１）在相同條件下正向反應(yīng)和逆向反應(yīng)的ΔH 數(shù)值相等，符號(hào)相反．

（２）一個(gè)反應(yīng)若能分解成兩步或幾步實(shí)現(xiàn)，則總反應(yīng)的ΔH 等于各分步反應(yīng)ΔH 之和．這個(gè)定律是１９世紀(jì)中葉俄國(guó)化學(xué)家蓋斯綜合分析大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出來(lái)的，所以叫蓋斯定律或反應(yīng)熱加和定律．

我們可以這樣去理解計(jì)算的邏輯：蓋斯定律又名“反應(yīng)熱加和定律”，說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)方程式可以用數(shù)學(xué)代數(shù)計(jì)算的邏輯去理解，即“等號(hào)兩側(cè)相同物質(zhì)相消”和“生成物與反應(yīng)物位置互換（即廣義上的逆反應(yīng)）后，焓變應(yīng)取原反應(yīng)焓變的相反數(shù)”．

例１ （２０２４年安徽卷，節(jié)選）乙烯是一種用途廣泛的有機(jī)化工原料．由乙烷制乙烯的研究備受關(guān)注．回答下列問(wèn)題．

C２H６ 氧化脫氫反應(yīng)：

①２C２H６（g）＋O２（g）＝２C２H４（g）＋２H２O（g）ΔH１＝－２０９．８kJ·mol－１，

②C２H６（g）＋CO２（g）＝C２H４（g）＋H２O（g）＋CO（g） ΔH２＝＋１７８．１kJ·mol－１．

計(jì)算：２CO（g）＋O２ （g）＝２CO２ （g）的ΔH３ ＝________kJ·mol－１．

解析 已知各個(gè)反應(yīng)的方程式和焓變，根據(jù)蓋斯定律目標(biāo)反應(yīng)由①－②×２得，則２CO（g）＋O２（g）＝２CO２ （g）的ΔH３ ＝ －２０９．８kJ·mol－１ －（＋１７８．１kJ·mol－１×２）＝－５６６kJ·mol－１．

３ 鍵能

利用鍵能計(jì)算反應(yīng)熱也是較為常見(jiàn)的反應(yīng)熱計(jì)算題型，通常給出的公式為

ΔH ＝反應(yīng)物的鍵能之和－生成物的鍵能之和．

為什么是“反應(yīng)物－生成物”，而非反過(guò)來(lái)呢？ 我們從鍵能的概念來(lái)理解．人教版課本沒(méi)有給出明確的鍵能定義，我們參考大學(xué)課本定義來(lái)理解．

大學(xué)課本描述：鍵焓（也叫鍵能）是指在溫度T與標(biāo)準(zhǔn)壓力時(shí)，氣態(tài)分子斷開(kāi)１ mol化學(xué)鍵的焓變……鍵焓是一種平均近似值，而不是直接的實(shí)驗(yàn)結(jié)果．

我們可以將鍵能簡(jiǎn)單地理解為“破壞氣體所有化學(xué)鍵所需能量的總和”．需要注意的是，鍵能的大小并不能被用于表示物質(zhì)能量的多少，而只表示物質(zhì)與達(dá)到活潑態(tài)時(shí)自由能之差．

我們知道，化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)即為反應(yīng)物的斷鍵和生成物的成鍵．其中，斷鍵過(guò)程吸熱，物質(zhì)能量升高，故鍵能均為正值;成鍵過(guò)程放熱，物質(zhì)能量降低．計(jì)算時(shí)，取反應(yīng)物鍵能的正值，取生成物鍵能的負(fù)值，各項(xiàng)相加即可，表現(xiàn)為“反應(yīng)物－生成物”．

例２ （２０２１年湖南卷，節(jié)選）氨氣中氫含量高，是一種優(yōu)良的小分子儲(chǔ)氫載體，且安全、易儲(chǔ)運(yùn)，可通過(guò)氨熱分解法制氫氣．相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表１所示．

在一定溫度下，利用催化劑將NH３ 分解為N２ 和H２，則２NH３ （g）? N２ （g）＋３H２ （g）的ΔH ＝______kJ·mol－１．

解析 每個(gè)NH３ 分子含３個(gè)N—H 鍵，每個(gè)N２ 分子含１ 個(gè)N≡N 鍵，每個(gè)H２ 分子含１ 個(gè)H—H鍵．NH３ 為反應(yīng)物，取＋３９０·８kJ·mol－１，N２ 和H２ 為生成物，分別取－ ９４６ kJ· mol－１ 和－４３６kJ·mol－１，乘上各自對(duì)應(yīng)的鍵數(shù)和計(jì)量數(shù)，代數(shù)相加，即得ΔH ＝２×３×３９０.８kJ·mol－１＋１×１×（－９４６kJ·mol－１）＋３×１× （－４３６kJ·mol－１）＝＋９０.８kJ·mol－１．

４ 燃燒熱

在部分計(jì)算反應(yīng)熱的題目中，所給的條件也可能為各物質(zhì)的燃燒熱，而我們常記的公式是這樣的：ΔH ＝反應(yīng)物的燃燒熱之和－生成物的燃燒熱之和．這里也是“反應(yīng)物－生成物”，我們先回顧它的概念．

高中課本描述：在１０１kPa時(shí)，１mol純物質(zhì)完全燃燒生成指定產(chǎn)物時(shí)所放出的熱量，叫作該物質(zhì)的燃燒熱，單位是kJ·mol－１．

可以從兩個(gè)角度去理解：

１）從定義中可以發(fā)現(xiàn)，利用燃燒熱計(jì)算與蓋斯定律是一致的，因?yàn)榻o出某一物質(zhì)的燃燒熱，即給出了該物質(zhì)熱化學(xué)反應(yīng)方程式的焓變．可以寫(xiě)出該物質(zhì)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式，標(biāo)上對(duì)應(yīng)的燃燒熱，利用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算即可．