A-Level化学篇：Hess’s Law在计算题中的应用

A-Level化学篇：Hess’s Law在计算题中的应用

在A-Level化学第六章节初始，我们会接触到一个概念叫“焓”(Enthalpy)，它指的是一份物质所具有的能量，用焓=内能+压强*体积来表示。然而对于焓的理解是比较抽象的，但理解焓的差值“焓变”就容易多了。

很多化学反应，在反应前后会有温度变化，例如木炭燃烧、硝酸铵结冰等。这就代表了吸热或放热反应中的能量得失。这部分能量我们就称之为“焓变”。

例如我们在室外燃烧一小块炭生成CO2放出10kJ热量，那么这部分能量就用∆H来表示，代表燃烧过程中逸散到空气中的热量。反应产生的能量变化可以是不同形式的，包括热量、光、体积变化等等，但这些能量的变化，我们都可以称之为“焓变”。

焓变也有不同的形式，例如反应焓、形成焓、燃烧焓、中和焓和原子化焓等，这些焓有些是可以实际测量的，也有些是我们为了计算而虚构的，实际反应可能并不存在。

那么在引入了焓的概念以及各类焓的定义之后，就来看看他在我们的题目里是怎么应用的吧。在此之前，我们需要理解Hess’s Law是如何运用的。

对于一个化学反应，总能量变化是一定的，无论经过几步反应，或者经过什么反应路径，甚至是虚构的中间步骤。类似于物理或者数学中的向量，无论你经过几个（连续的）步骤，只要起点和终点是相同的，向量和也就相同。

（从图中就能很直观的看出）

下面我们做一道题来尝试一下吧！（题目如下）

在此题中，我们无法直接求得由C₄H₁₀的燃烧焓，那么我们就需要走一个弯路，寻求反应物和生成物之间的一个共同终点站B，也就是C、H₂和氧气分别形成它们的形成焓∆_fH^Ɵ。尽管并不可能用碳粉和氢气氧气来制成丁烷，但在原子数上，ABC确实都保持了平衡，那么这个循环就是成立的。我们来画出一个焓变示意图。

由C、H₂、O₂形成C₄H₁₀的能量是C₄H₁₀的形成焓∆_fH^Ɵ（C₄H₁₀），同时等量的O₂可以约去；另一边，同样由C、H₂、O₂形成CO₂和H₂O的能量是四份∆_fH^Ɵ（CO₂）和五份∆_fH^Ɵ（H₂O）。那么，我们求A→C的焓，也就是求A→B→C的总焓。

值得注意的是，这里的∆_fH^Ɵ（C₄H₁₀）表示的反应方向是C→A，所以我们如果要表示A→B，需要取∆_fH^Ɵ（C₄H₁₀）的负值，所以∆_fH^Ɵ=-∆_fH^Ɵ（C₄H₁₀）+（4∆_fH^Ɵ（CO₂）+5∆_fH^Ɵ（H₂O））=-（-134.5）+（4*-393.5+5*-285.8）=2868.5 KJ mol-1，也就表明丁烷C₄H₁₀的燃烧焓为2868.5 KJ mol-1。

这道题算是一种简单的循环，更复杂的循环会涉及到多步反应和相变，在同学们刷题过程中，如果遇到也不要害怕。注意反应方向和保持元素平衡，即使是十几步反应，也能像拼图一样一步步完整起来。