当前课程知识点：大学化学 > 第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡 > 6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二) > Video
了解完了
热化学反应方程式
我们来进一步学习
在化学反应过程当中的
能量变化当中
一个重要的数学规律
也就是盖斯定律
英文也叫Hess定律
为什么叫Hess定律呢
是因为这位瑞士裔的
俄罗斯科学家
他在19世纪初的时候
研究了大量的
复杂反应的热效应
他发现化学反应
不管是一步完成的
还是多步完成的
其总的热效应
都是相同的
这一点
就是盖斯定律的
它的核心的所在
那么同学们马上就会问
为什么一步
还是多步完成的
最后总的热效应
都是相同的呢
难道我们的热量
这时候也变成了一个
状态函数吗
因为前面我们讲过
只有状态函数
才是与过程无关
与终态和始态直接相关的
这样的一些物理量
而且我们已经明确过
两个常见的物理量
不是状态函数
它们是和我们的
反应的过程
直接有关的
这其中之一
就是热量
难道不成
作为反应的热效应时候的热量
和我们前面讨论的
非状态函数时的热量
发生了什么变化吗
带着这样的问题
我们继续往下看
首先
化学反应的热效应
我们从前面的学习了解到
常见的就是
恒容和恒压的热效应
这两种热效应
在我们
只做体积功的体系条件下
我们的封闭体系
是最容易考察的
能量变化
与环境变化之间的关系
对于封闭体系来讲
在恒压状态下
内能的变化
与恒压的热效应
和体系通过
体积的膨胀做功
两者之间形成了
直接的加和关系
这里之所以取负号
是因为膨胀
需要体系对外做功
那么这个时候呢
它的内能的变化
就可以导出
这样一个关系式
而我们知道
之所以能导出这样的关系式
是因为恒压条件下的
热效应
就等于恒压条件下的焓变
接下来
我们来看在恒容条件下
只做体积功
这时候
我们的内能的变化
还用这样的式子来表达
只是这个时候
由于是恒容条件
终态和始态的体积
是相同的
ΔV呢是等于0的
那么内能的变化
就直接等于QV
所以刚才
对于我们反应的热效应来讲
盖斯定律告诉我们的
只与终态和始态相关
而与我们的过程无关的
这样一个反应的热效应
我们可以看到
在恒容条件下
它与内能形成了
直接的等号关系
而我们的恒压热效应呢
又与焓变形成了
直接的等号关系
虽然的Q本身是非状态函数
但是在恒压过程当中
我们可以用焓变来表述
恒压的热效应的变化
在恒容条件下呢
我们可以用
内能变化来描述
整个过程当中的
热效应的变化
这时候同学们就容易理解了
ΔH和ΔU都是状态函数
所有对于封闭体系来讲
在恒容和恒压条件下
只做体积功
这时候
体系的热效应就只与
初态和终态
它的两者之间的状态有关了
而中间的媒介呢
就是恒容热效应
可以用内能变化来代替
恒压热效应可以用
我们的焓变来代替
两个状态函数
代替我们的非状态函数
来行使它的职能
就是我们原来的
非状态函数
在过程当中的体现呢
在这里就不再体现了
而体现的是状态函数的
只与终态和始态
变化量相关的
这样一个新的特性
关于这一问题呢
同学们在课后
还可以多加练习
以加深对于状态函数
和非状态函数之间关系的理解
借助以上关系
盖斯定律呢
还可以用另外一种方式来描述
也就是说
化学反应的热效应
只与物质的始态或终态有关
而与途径无关
这一点是切切实实的履行了
状态函数的特征
而这一特征呢 为什么可以把
我们的反应的热效应
反映的最准确
而且能够最容易把握
刚才通过恒容
和恒压热效应的
变化规律
已经跟大家分析的很全面了
希望大家课后
把我们的分析内容
再加以细细的体会
同时用这样的方式呢
来帮助大家
理解和应用盖斯定律
盖斯定律是我们讨论
化学反应过程当中的
能量变化
特别是热量变化的
一个最有效的工具
了解了盖斯定律的
两种不同的表达方式
我们根据一个具体的反应
再来讨论
盖斯定律的应用
比如说 我们对于
生活中常见的一个
C燃烧变成CO2的反应
这个反应如果从
反应的总体进程上来讲
它是由C和O2
直接生成终态的产物
这种方式往往是用来讨论
一个反应的
整个过程当中的能量变化
是人们常用的一种方式
但是
真实的反应进程
并不是由C+O2
就能够完全反应成CO2
中间的步骤往往经过两步
首先
C和O在开始作用时
一定会首先形成CO
而CO形成过程当中
C和O之间相互作用
它的反应的焓变
我们称为反应的ΔH2
而CO如果有
充分的O2提供的话
它还可以进一步的
与O作用
反应生成
终态产物CO2
这时候
CO和O2作用
形成CO2
反应和焓变
我们可以记作ΔrH3
ΔH2、ΔrH2和ΔrH3
与我们的
总反应过程当中的
焓变或者是热效应
之间的关系呢
通过盖斯定律
我们就可以理解
如果反应的
总的热效应
只与终态和始态有关的话
那么无论是一步
还是这样的分成了两步
它们应该是相等的
这样的关系
我们就可以
描述成下边这个等式
这样的等式
看起来只是一个
简单的数学推导
它对我们解决实际问题
有什么样的帮助呢
我们对于C+O2
变成CO的
这样一个看似简单的反应
在我们的实际的
化学反应解析过程当中
却是一个棘手的问题
原因是什么呢
因为
C如果在充足的O2当中
不让它长时间的
充分的燃烧
一定会最终得到
CO2
这个反应的反应热效应
我是可以得到的
同时呢
如果我把一定量的
CO
在O2当中充分燃烧呢
也可以期待
最精确的来测量
我们最终的这样一个
反应的热效应
但是同学们
反观刚才的
这样一个分步的
C变成CO2的反应
我们就发现
当C与不是非常充分的O2
相互接触的时候
它的第一步一定会形成
CO
形成CO之后
如果再与环境当中的O2结合
就会直接形成CO2
那么我们无论如何
是没有办法把握
在我们C与O2
相互反应的过程当中
什么时候形成了CO
又有多少的比例呢
形成了CO2
这样如果我们在
实际的化学过程当中
要想精确的把握
C和O2之间反应形成
CO时候的热效应
就变得不可能了
但是有了盖斯定律
我们就可以利用
盖斯定律的物理模型
帮我们解决这个
直接测量过程当中
不可能的
反应的热效应
我们还回到
刚才这样一个
总的反应
与分步反应之间的
关系的图上
我们可以看到
总体反应的热效应
只与终态与始态相关
那么我们刚才也有了
我们的
两个分步的热效应相加呢
就等于我们总的反应的
热效应
我们只要把这样的式子
稍稍作一改变
我们已知了
我们的总的反应
和第二步反应的热效应
那么第一步的分步的
反应的热效应呢
就可以通过这样一个
移项以后的算术表达式
代入我们已知的
两个热化学方程当中的
反应的摩尔的
标准的焓变
这时候
就可以非常准确的算出
我们在C和O2
没有充分反应时
所形成单纯的CO时
我们的标准的
摩尔反应的焓变
所以
在实际的过程当中
很难控制的中间过程
它的物质的量与
能量之间的
变化关系
就可以通过
总的反应与分步反应之间
物质的量与
能量之间的变化关系呢
加以推导
和加以精确的计算
盖斯定律的应用呢
这是一个典型的范例
掌握了这样的工具
我们还可以看
更为复杂的
化学反应过程当中
它的反应热效应
与分步反应和
总体反应之间的关系
这个看起来
一时难以下手的
这样一个复杂反应
我们怎么样找到
这个反应背后的
反应的焓变呢
要写出这样一个
正确的热化学方程式
我们就首先要从
已知的条件当中
找出各分步反应的
热化学方程式
比如说
在这样的式子当中
我们就可以根据
反应物和生成物的
不同的物质形态
找出相应的
分步反应过程当中的
反应方程
有了这样的方程呢
我们还要细心的去对比
这样的分步反应
与我们的
总体反应之间
它们的
数学关系是怎么样的
这点就要考察
同学们的洞察力
好在同学们在高中当中
已经受过许多
关于代数问题解析的训练
我们只要把这三个
简单的方程当中的
化学计量系数
它们的彼此关系找到
我们就可以通过
这样一个式子
把这三个分步反应
组合成我们上方的
这样一个总的反应
从而可以根据
我们的分步反应的
热效应的加和关系
最后可以得到
我们总反应的
反应的热效应
经过查表
我们可以找到
对于第一个反应
它的热化学反应方程式
以及反应的
标准的摩尔焓变
依次第二和第三
这三个反应
都是放热反应
如果我们把
前边根据盖斯定律
找到的相应的关系
还有我们发现的
各个反应之间的
数学关系
组合成我们的总反应
我们代入相应的
数学关系式
把相应的标准的摩尔焓变
依次按照它们的
数学计量比的关系代入
这时候
代入我们热化学方程式当中的
具体反应的数值
我们就可以得到我们最终
所要期待的
这样一个复杂反应的
反应的热效应
虽然
在求解这样一个复杂反应的
反应的焓变过程当中
我们用了代数符号的
减和加
但是依然
通过这样一个复杂变化以后
令我们惊喜的是
最后的结果
仍然是一个放热反应
反应的趋势
和我们的分步反应
是完全一致的
了解了这样一个例题
就更使大家能够有机会
掌握盖斯定律
根据我们的反应的
终态和始态之间的变化
来求解反应进程当中的
能量变化
这样一个精神的实质
有关的问题啊
同学们还可以在
我们本章节的
课后练习当中
根据不同的练习题的
出题方式
和解决问题的
不同的视角
来细细的体会
盖斯定律
对于我们求解
热化学方程式当中的
能量变化关系呢
给我们带来的方便
有关这部分的内容
这节课
我们就先介绍到这儿
-1.1 不一样的大学化学
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-1.2 化学体系的建立
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-1.3 应该了解的化学
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-1.4 课程学习的必要准备
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-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
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-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
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-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
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-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
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-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
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-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
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-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
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-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
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-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
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-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
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-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
