赫斯定律 — AP 化学
AP 化学 · 第6单元 热力学 · 14 min read
1. 什么是赫斯定律？ ★★☆☆☆ ⏱ 3 min
赫斯定律（全称：恒热量总和赫斯定律）指出，化学反应的总焓变与从初始反应物到最终产物的路径无关，仅取决于反应物和产物之间的焓差。这是焓为状态函数的直接结果，是热力学的核心原理。
该定律允许我们通过结合其他已知反应的ΔH值，计算无法在实验室直接测量的反应的ΔH，例如活化能极高或存在竞争副反应的反应。在AP化学考试中，赫斯定律占总分的~3-5%，同时出现在选择题和自由作答题部分。
2. 调整源反应计算ΔH ★★★☆☆ ⏱ 5 min
解决基础赫斯定律问题时，你从目标反应（需要求其ΔH）和一组ΔH已知的源反应开始，允许三种有效调整，每种调整对应ΔH的相应变化：
- **反转反应**：反转反应会改变能量流动方向，因此ΔH的符号也会反转。
- **缩放化学计量比**：将所有系数乘以/除以一个常数需要将ΔH缩放相同倍数，因为焓是广度性质。
- **加和反应**：修改后，将反应相加，消去不出现在目标反应中的常见中间物种，加和修改后的ΔH值得到总ΔH。
Exam tip: 检查消去结果时，每在右侧有1摩尔某物种，就在左侧划去1摩尔。如果最终还剩余部分摩尔的中间物，你很可能忘记按目标化学计量比对源反应进行缩放了。
3. 由标准生成焓计算ΔH ★★★☆☆ ⏱ 4 min
赫斯定律在AP考试中的常见应用是由标准生成焓计算标准反应焓。根据定义，处于标准态的元素的$\Delta H^\circ_f = 0$。
利用赫斯定律，任何反应都可分解为两步：(1) 将所有反应物分解为其组成元素（生成反应的逆过程，因此ΔH为反应物$\Delta H^\circ_f$总和的负值），(2) 结合元素形成产物（产物$\Delta H^\circ_f$的总和）。由此得到简化公式：
\Delta H^\circ_{rxn} = \sum n \Delta H^\circ_f (\text{products}) - \sum m \Delta H^\circ_f (\text{reactants})
Exam tip: 永远记住顺序是产物减反应物，不要反过来。考试压力下很容易弄反顺序，因此代入数值前先写下公式。
4. 由平均键焓计算ΔH ★★★★☆ ⏱ 3 min
赫斯定律的另一个常见应用是由平均键焓估算$\Delta H_{rxn}$。键焓是在气态下断裂1摩尔特定共价键所需的能量。断裂化学键总是吸热（ΔH为正），形成化学键总是放热（ΔH为负）。
利用赫斯定律，我们将反应分为两步：断裂反应物中所有化学键形成气态原子，再由原子形成产物中所有化学键。由此得到简化公式：
\Delta H_{rxn} = \sum (\text{Bond enthalpies of bonds broken}) - \sum (\text{Bond enthalpies of bonds formed})
Exam tip: 使用键焓计算时，一定要确认所有物种都是气态。如果有物种是液态或固态，你必须添加相变焓才能得到正确的总ΔH。
Common Pitfalls
Why: 学生经常正确调整了化学计量比，但忘记反转反应会改变能量流动方向。
Why: 考试压力下很容易把'产物减反应物'的规则弄反。
Why: 学生记得修改方程式，但忘记ΔH是广度性质，取决于反应物的量。
Why: 学生经常统计所有化学键而非仅变化的化学键，或是数错烃中的C-H键数量。
Why: 学生记住氧的ΔHf=0，但忘记这仅适用于处于标准态的元素。
Why: 学生急于得到数值答案，错过中间消去的错误。
Quick Reference Cheatsheet