盖斯定律,这玩意儿初听起来挺玄乎
我记得我刚开始接触这块儿的时候,也是一头雾水。化学反应那么多,每个反应的热量变化,也就是那个焓变,有的好测,直接拿温度计啥的一搞就行。但有些反应,它就是要跟你对着干。
比如说,有的反应进行得特别慢,等你测出来黄花菜都凉了;有的,它不是一步到位的,中间会生成一堆乱七八糟的玩意儿,你根本分不清你测的是哪个反应的热量;还有的,条件特别苛刻,实验室里不好弄。
后来我才慢慢搞明白,盖斯这哥们儿(也可能是个团队,反正就是这个定律)的核心思想特简单,就是不管你这化学反应是一步到位,还是绕了九曲十八弯分好几步完成,只要起点和终点一样,那总的热量变化就是一样的。
打个比方,我要从我家到公司。我可以坐地铁直达,也可以先骑车到A点,再从A点坐公交到B点,从B点步行到公司。路线不一样,花的时间可能也不一样,但我最终都是从家到了公司,这个位移(或者说状态变化)是一样的。盖斯定律说的就是这个理儿,不过它说的是能量。
我当时是怎么琢磨和实践的?
一开始学的时候,老师布置作业,就有很多这种题目。比如说,要算碳和氧气生成一氧化碳的反应热,这玩意儿直接烧,你控制不很容易就烧成二氧化碳了,或者两种都有,不纯。
怎么办?我就开始翻书,找已知的反应热数据。我发现:
- 碳完全燃烧生成二氧化碳的反应热,这个好测,数据是有的。
- 一氧化碳燃烧生成二氧化碳的反应热,这个也好测,数据也是有的。
你看,我把第一个反应写出来: C(固) + O2(气) → CO2(气) 假设热效应是 ΔH1 (这个是已知的)
再把第二个反应写出来: CO(气) + 1/2 O2(气) → CO2(气) 假设热效应是 ΔH2 (这个也是已知的)
我的目标是是 C(固) + 1/2 O2(气) → CO(气) 这个反应的热效应 ΔH 我不知道。
我就琢磨,这不就是小学时候学的加减法嘛我想要得到CO(气)在生成物那边,那么第二个反应里CO(气)在反应物那边,我得把它反过来写,这样CO(气)就跑到生成物那边去了。反应反过来写,热效应的正负号也得反过来。
第二个反应就变成了: CO2(气) → CO(气) + 1/2 O2(气) 热效应就是 -ΔH2。
然后我把第一个反应和这个变了形的第二个反应加起来:
C(固) + O2(气) → CO2(气) (ΔH1)
CO2(气) → CO(气) + 1/2 O2(气) (-ΔH2)
这么一加,你看,两边的CO2(气)不就抵消了吗?O2(气)这边原来是1个,那边是1/2个,抵消一下,反应物这边还剩1/2个O2(气)。
得到的总反应就是: C(固) + 1/2 O2(气) → CO(气)
那这个总反应的热效应 ΔH,不就是 ΔH1 + (-ΔH2) 也就是 ΔH1 - ΔH2 嘛
豁然开朗!
我当时就觉得,这盖斯定律简直是太巧妙了。它就像给你搭积木一样,你可以把已知的反应拆开、反转、乘以系数,然后重新组合,只要能凑出你想要的那个目标反应,那对应的反应热也能通过同样的方式加加减减算出来。
我实践的时候,就是找各种各样的题目来练手。关键就是看清楚目标反应是什么,手头上已知的反应有哪些,然后怎么“操作”这些已知反应,把它们变成能加合出目标反应的“零件”。注意点就是:
- 反应式相加,反应热也相加。
- 反应式反向,反应热的符号也反向。
- 反应式各项系数乘以一个数,反应热也乘以这个数。
这玩意儿的牛掰之处就在于,很多反应它压根儿就不好直接发生,或者反应太慢,或者伴随着一大堆副产物,你根本没法准确测出它的热效应。有了盖斯定律,我们就能通过已知的、好测的反应热,间接计算出那些难搞的反应热。
说到底,这玩意儿能成立,也是基于能量守恒嘛能量不会凭空产生,也不会凭空消失,它只是从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体。整个过程,总的能量账是平的。
盖斯定律这东西,我一开始觉得挺抽象,后来实际去算了几道题,自己设计了几条“反应路线”,就豁然开朗了。它就像个拼图游戏,把已知的碎片拼起来,就能得到你想要的完整图案。实践下来,感觉就是这么个事儿,没那么神秘。
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