“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(tǒng)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(jié)，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(yǎng)，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?qū)懗瞿繕藷峄瘜W方程式。

此類題型比較成熟，特征、分值及出現(xiàn)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?jīng)]有出現(xiàn)的中間產(chǎn)物，得到總反應方程式。然后，將兩個方程式進行代數(shù)運算得到新的反應方程式，注意焓變也隨之變化。最后，根據(jù)消元的路徑代入數(shù)據(jù)求出目標反應方程式焓變。(見表格2)

3.計算依據(jù)

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?；瘜W反應的反應熱只與反應體系的始態(tài)和終態(tài)有關，與反應途徑無關。

(1)反應熱(焓變)的運算規(guī)則:

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

表格2 “蓋斯定律”型反應熱(焓變)的運算規(guī)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(jù)目標方程式中各物質(zhì)計量數(shù)和位置的需要, 對已知方程式進行處理, 如調(diào)整計量數(shù)或調(diào)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(zhì)只與一個已知熱化學方程式共有，則選擇此物質(zhì)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(shù)確定已知熱化學方程式的計量數(shù)、ΔH的改變量。若目標熱化學反應方程式中某物質(zhì)在多個已知的熱化學方程式中出現(xiàn)，則在計算確定ΔH時，該物質(zhì)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(shù)調(diào)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(zhì)與目標熱化學反應方程式中的共有物質(zhì)在同一邊(同為反應物或生成物)，直接相加；反之，相減。

④經(jīng)過上述三個步驟處理后仍然出現(xiàn)與目標方程式無關的物質(zhì)，再通過調(diào)用剩余的已知方程式，消除無關的物質(zhì)。

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(diào)系數(shù)、定側(cè)向、同側(cè)加、異側(cè)減、消無關、做運算。

三、典例剖析

【例1】[2018年-全國卷Ⅰ-28題節(jié)選]

已知：

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

1）混凝土和易性差，產(chǎn)生離析現(xiàn)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(xiàn)象。

定側(cè)向:同側(cè)相加、異側(cè)相減。

【答案】+53.1

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

通過計算,可知系統(tǒng)(Ⅰ)和系統(tǒng)(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(xiàn)在③式、①式中。

調(diào)系數(shù):調(diào)整已知方程式③式、①式中H2(g) 、O2(g)的系數(shù)與目標方程式中的系數(shù)一致,即③×1、①×1。

定側(cè)向:同側(cè)相加、異側(cè)相減。

消無關:進一步調(diào)整方程式,消除與目標方程式無關的物質(zhì),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(jié)與啟示