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蓋斯定律

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蓋斯定律(英語:Hess's law),又名反應熱加成性定律(the law of additivity of reaction heat):若一反應為二個反應式的代數和時,其反應熱為此二反應熱的代數和。也可表達為在條件不變的情況下,化學反應的熱效應只與起始和終了狀態有關,與變化途徑無關。它是由俄國化學家蓋斯發現並用於描述物質的熱含量和能量變化與其反應路徑無關,因而被稱為蓋斯定律
中文名
蓋斯定律
外文名
Hess's law
別    名
赫斯定律
表達式
反應熱的總值相等
提出者
蓋斯
提出時間
1840年
應用學科
熱化學

蓋斯定律定律定義

蓋斯定律定義:一個反應,在定壓或定容條件下,不論是一步完成還是分幾步完成,其反應熱是相同的,總反應方程式的焓變等於各部分分佈反應按一定係數比加和的焓變。蓋斯定律換句話説,化學反應的反應熱只與反應體系的始態終態有關,而與反應的途徑無關,而這可以看出,蓋斯定律實際上是“內能和焓是狀態函數”這一結論的進一步體現。 [1] 

蓋斯定律推導過程

山的高度與上山的途徑無關 山的高度與上山的途徑無關
當反應體系不做非體積功,Qp=ΔH,Qv=ΔU,而H和U都是狀態函數,當反應的初始狀態和終止狀態一定時,H和U的改變值ΔH和ΔU與途徑無關。所以無論是一步完成反應,或是多步完成反應,反應是否有中間步驟或有無催化劑介入等,均對Qv或Qp數值沒有影響,其反應熱都一樣。

蓋斯定律適用範圍

適用於任何狀態函數,但使用該定律要注意:
1、蓋斯定律只適用於等温等壓或等温等容過程,各步反應的温度應相同;
2、參與反應的各物質的本性、聚集狀態、完成反應的物質數量,反應進行的條件方式、温度、壓力等因素均一致。
3、各步反應均不做非體積功
4、若有很多數據,選擇最短的途徑。以致計算方便誤差小。 [2] 

蓋斯定律應用領域

有些反應的反應熱通過實驗測定有困難(有些反應進行得很慢,有些反應不容易直接發生,有些反應的產品不純、有副反應發生),可以用蓋斯定律間接計算出來。
蓋斯定律 蓋斯定律
例題 求反應C(s)+ 1/2 O 2 (g)→CO(g)的反應熱ΔH解:已知 (I) C(s)+ O 2 (g)==CO2(g) ΔHΘm = - 393.5 kJ/moI
(II)CO(g)+ 1/2 O2 (g)==CO2 (g) ΔHΘm = - 282.0 kJ/mol
由(I)— (II)式得 C(s)+ 1/2 O2 (g)== CO(g)
ΔH = ΔH(I) - ΔH (II)
= - 393.5 -( - 282.0)= -110.5 kJ/mol
C和O2的反應不可能控制在CO而無CO2生成的程度,因此無法通過實驗測定這樣反應的反應熱。然而根據蓋斯定律,利用C和CO的燃燒熱,很容易計算生成CO反應的焓變。

蓋斯定律定律影響

儘管蓋斯定律是出現在熱力學第一定律提出前的經驗定律,但亦可通過熱力學第一定律推導出。蓋斯定律的建立,使得熱化學反應方程式可以像普通代數方程式一樣進行計算,有很大的實用性。
參考資料
  • 1.    董元彥 王運 張方鈺.無機及分析化學(第三版):科學出版社,2010:43
  • 2.    胡宗球 華英傑 杜小旺.無機化學(上冊):科學出版社,2013:59-61