盖斯定律在高考反应热计算中的典型应用案例

盖斯定律是高考化学中反应热计算的核心工具，其核心思想是“反应热只与始态和终态有关，与反应路径无关”。以下是高考中典型的应用案例及解题思路：

一、直接推导法：已知反应的线性组合

案例1（网页1例题）：

已知：

① CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l) ΔH₁ = -890.3 kJ·mol⁻¹

② C(s) + O₂(g) → CO₂(g) ΔH₂ = -393.5 kJ·mol⁻¹

③ H₂(g) + ½O₂(g) → H₂O(l) ΔH₃ = -285.8 kJ·mol⁻¹

目标反应：C(s) + 2H₂(g) → CH₄(g) 的ΔH。

解法：

将反应式② + 2×③

①，对应ΔH计算为：

ΔH = ΔH₂ + 2ΔH₃

ΔH₁ = -393.5 + 2×(-285.8)

(-890.3) = -74.8 kJ·mol⁻¹

关键点：通过加减已知反应式，消去中间产物（如CO₂、H₂O），直接得到目标反应。

二、虚拟路径法：设计反应路径

案例2（网页2例题）：

已知：

① CH₄(g) → C(s) + 2H₂(g) ΔH₁ = +74.8 kJ·mol⁻¹

② CO₂(g) + H₂(g) → CO(g) + H₂O(g) ΔH₂ = +41.2 kJ·mol⁻¹

③ C(s) + H₂O(g) → CO(g) + H₂(g) ΔH₃ = +131.5 kJ·mol⁻¹

目标反应：CH₄(g) + CO₂(g) → 2CO(g) + 2H₂(g) 的ΔH。

解法：

将反应① + ② + ③，ΔH = ΔH₁ + ΔH₂ + ΔH₃ = +247.5 kJ·mol⁻¹

关键点：通过设计虚拟路径（分步反应），将复杂反应拆解为可计算的步骤。

三、燃烧热与生成热的综合应用

案例3（网页26例题）：

已知黑爆炸反应：

S(s) + 2KNO₃(s) + 3C(s) → K₂S(s) + N₂(g) + 3CO₂(g) ΔH = x kJ·mol⁻¹

已知碳的燃烧热ΔH₁、硫与钾反应的ΔH₂、硝酸钾合成的ΔH₃，求x。

解法：

利用燃烧热和生成热的定义，通过盖斯定律组合反应式：

x = 3ΔH₁（碳燃烧） + ΔH₂（硫与钾反应）

ΔH₃（硝酸钾合成）

关键点：燃烧热和生成热的逆向应用，注意反应物与生成物的位置调整。

四、能量守恒与键能计算

案例4（网页35石墨燃烧案例）：

已知石墨完全燃烧生成CO₂的ΔH₁ = -393.5 kJ·mol⁻¹，CO燃烧生成CO₂的ΔH₂ = -283.0 kJ·mol⁻¹。

目标反应：C(石墨) + ½O₂(g) → CO(g) 的ΔH。

解法：

通过ΔH₁

ΔH₂ = -110.5 kJ·mol⁻¹，推导石墨不完全燃烧的反应热。

关键点：通过键能或燃烧热的差值，间接计算无法直接测定的反应热。

五、高考真题变形题

案例5（网页43模拟题）：

已知：

① TiO₂(s) + 2Cl₂(g) → TiCl₄(g) + O₂(g) ΔH₁ = +172 kJ·mol⁻¹

② TiO₂(s) + 2Cl₂(g) + 2C(s) → TiCl₄(g) + 2CO(g) ΔH₂ = -51 kJ·mol⁻¹

目标反应：2C(s) + O₂(g) → 2CO(g) 的ΔH。

解法：

ΔH = ΔH₂

ΔH₁ = -51

172 = -223 kJ·mol⁻¹

关键点：通过已知反应的差值直接推导，注意反应式的加减顺序。

解题技巧总结：

1. 调整反应式方向：若目标反应物与已知反应生成物位置相反，ΔH需变号（如案例1）。

2. 系数匹配：反应式系数变化时，ΔH需同步乘除（如案例1中③的系数为2）。

3. 消去中间产物：通过加减反应式消去CO₂、H₂O等中间物质（如案例1、2）。

4. 注意物质状态：固态、液态、气态的焓值不同，需严格对应（如案例3中S(s)与KNO₃(s)）。

以上案例涵盖了高考中盖斯定律的主要考查形式，掌握这些方法可高效解决反应热计算问题。