“蓋斯定律”型反應熱快速解題的思維認知模型

湖南 周偉華

一、問題的提出

反應熱的計算是高考的重點及熱點, 屬于必考知識點，筆者對2016～2018年的高考化學試題中反應熱的計算進行了統計與梳理，其中“蓋斯定律”型反應熱的求解最為常見。(見表格1)

2018年高考真題中有關反應熱的計算除天津卷外其他為“蓋斯定律”型，本文對此題型的題型特征、解題策略等進行歸納總結，以相應的高考真題進行分析，提供解題思路和解題示范，形成模型認知素養，幫助師生快速、準確解決“蓋斯定律”型反應熱的求解。

說明：海南卷-T4，即海南省高考化學第4題；全國卷Ⅰ-T28(2)，即全國卷Ⅰ高考化學第28題第(2)小問，以此類推。

二、“蓋斯定律”型反應熱的思維認知模型

1.題型特征

2018年高考真題中有關反應熱的計算除天津卷外其他為“蓋斯定律”型計算，即由多個已知熱化學方程式, 求目標熱化學方程式的反應熱ΔH或寫出目標熱化學方程式。

此類題型比較成熟，特征、分值及出現在試卷中的位置較為固定。

2.解題思路

首先觀察目標方程式的反應物和生成物，利用已知方程式的加法或減法消去目標方程式沒有出現的中間產物，得到總反應方程式。然后，將兩個方程式進行代數運算得到新的反應方程式，注意焓變也隨之變化。最后，根據消元的路徑代入數據求出目標反應方程式焓變。(見表格2)

3.計算依據

蓋斯定律：不管化學反應分一步完成或幾步完成，最終的反應熱相同。化學反應的反應熱只與反應體系的始態和終態有關，與反應途徑無關。

(1)反應熱(焓變)的運算規則:

當熱化學方程式同時乘(除)以某一個數時, 反應熱的數值也必須乘(除)以該數; 熱化學方程式相加減時, 同種物質之間可相加減,反應熱也隨之相加減; 將一個化學方程式調整方向時,反應熱與正反應的反應熱數值相等, 符號相反。

表格2 “蓋斯定律”型反應熱(焓變)的運算規則

(2) 解題關鍵：學生最大的難點是如何由多個已知方程式快速推導出目標方程式, 即確定多個已知方程式和目標方程式的關系。

(3)解題步驟：

觀察反應物、生成物在已知式中的位置, 根據目標方程式中各物質計量數和位置的需要, 對已知方程式進行處理, 如調整計量數或調整反應方向。

突破學生最大的難點，具體而言可以分以下步驟：

①若目標熱化學反應方程式中某物質只與一個已知熱化學方程式共有，則選擇此物質為參照物，以此參照物在目標熱化學反應方程式中的位置及計量數確定已知熱化學方程式的計量數、ΔH的改變量。若目標熱化學反應方程式中某物質在多個已知的熱化學方程式中出現，則在計算確定ΔH時，該物質暫時不考慮作為參照物。

②將參照物在已知熱化學反應中的計量數調整為與目標熱化學反應方程式中相同。

③已知熱化學反應方程式的某個或某幾個物質與目標熱化學反應方程式中的共有物質在同一邊(同為反應物或生成物)，直接相加；反之，相減。

④經過上述三個步驟處理后仍然出現與目標方程式無關的物質，再通過調用剩余的已知方程式，消除無關的物質。

⑤將焓變代入，求出特定目標方程式的反應熱或按題目要求書寫目標熱化學方程式。

察唯一、調系數、定側向、同側加、異側減、消無關、做運算。

三、典例剖析

【例1】[2018年-全國卷Ⅰ-28題節選]

已知：

察唯一:N2O5(g)、O2(g)只出現在方程式Ⅰ，NO2(g)只出現在方程式Ⅱ。

1）混凝土和易性差，產生離析現象，砂漿與石子分離，或者漏振、振搗時間不足等。2）混凝土下料時未分層下料或混凝土一次下料過高，未設置溜槽，而使石子集中，造成離析現象。

定側向:同側相加、異側相減。

【答案】+53.1

【例2】[2017年-全國卷Ⅰ-28題節選]下圖是通過熱化學循環在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應系統原理。

通過計算,可知系統(Ⅰ)和系統(Ⅱ)制氫的熱化學方程式分別為 、 _____________。

【解析】

(1)思路分析:

(2)解題步驟:設題干中給出的已知熱化學反應方程式由上到下依次為①②③④。

察唯一:H2(g)、O2(g)分別出現在③式、①式中。

調系數:調整已知方程式③式、①式中H2(g) 、O2(g)的系數與目標方程式中的系數一致,即③×1、①×1。

定側向:同側相加、異側相減。

消無關:進一步調整方程式,消除與目標方程式無關的物質,與目標方程式保持一致,可得:

同理也可得:

④+③+②=⑥,做運算ΔH4+ΔH3+ΔH2=ΔH6，即(-151+110+61)kJ·mol-1=20 kJ·mol-1。

四、總結與啟示