师：同学们好，欢迎来到化学课堂。今天我们一起来复习盖斯定律及其应用。首先回顾前期内容，高中化学人教版选修四第一章主题是化学反应与能量。第一节告诉我们化学反应伴随着能量变化，由此知道了放热反应与吸热反应。在必修2中我们学习了中和热的概念，在选修4第一章第一节进行中和热测定后，又了解了另一种重要反应——燃烧热，原来生产生活所需能源离不开化学能。最后学习了热化学方程式，知道了化学反应中热效应的表示方法、盖斯定律以及反应热的计算。其中，反应热的计算离不开热化学方程式的正确书写，更离不开盖斯定律的理论支撑。
今天这节课有两个复习目标：一是明确盖斯定律的内容、本质和存在意义；二是根据盖斯定律进行反应热的计算，这里会给同学们介绍两种计算方法——建模法和贝叶斯加消算法。盖斯定律在热化学中起着至关重要的作用，可以说它推动着热化学的迅速发展。那盖斯定律的内容是什么呢？盖斯定律指出，对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与具体反应的途径无关。如何理解呢？同学们请看，山脚a点海拔100米，山顶b点海拔400米，不论是乘坐缆车还是徒步攀登，从山脚a点到达山顶b点，最终结果都是海拔升高了300米，只是上山途径不一样。从化学反应角度来看，从始态到终态可以通过途径一进行，也可以通过途径2进行，但不管通过哪个途径，反应始态和终态的能量差没有变化，即两种途径的热效应是一样的。
盖斯定律之所以成立，是因为它的本质遵循能量守恒原理。同学们请看，假设由始态到终态放出热量，那么反过来，由终态到始态就必须吸收等量的能量，而整个过程热效应的代数和为0，即ΔH1 + ΔH2 = 0。那盖斯定律的存在有什么实际意义呢？不错，通过前期课程，同学们已经知道可以根据盖斯定律进行反应热的计算。请看例题，如何测定1摩尔碳单质与0.5摩尔氧气反应生成1摩尔一氧化碳气体的反应热呢？这里要求测定反应热，实际上并非所有化学反应的热效应都能通过实验准确地测得。不完全燃烧的反应热是无法准确测定的，而这个反应是碳单质在氧气中不完全燃烧，所以无法测定，我们只能通过已测定的数据进行计算。这就是盖斯定律存在的意义，它为热化学数据填补了空白。接下来我们一起探讨运用盖斯定律计算反应热的第一种方法——建模法。
要通过碳单质和一氧化碳的燃烧热，计算碳单质不完全燃烧的反应热，我们要怎么做呢？首先根据热化学方程式建立物质的状态，1摩尔单质碳和1/2摩尔氧气反应生成1摩尔一氧化碳，反应热为ΔH1，一氧化碳再转化为二氧化碳。本题中对应有三个状态，为方便起见，我们分别把它叫做状态一、状态2和状态3。可以看出由状态2到状态3需要增加1/2mol氧气，对应热效应为ΔH2。由于物质具有能量，所以状态一也要增加1/2mol氧气。在此同学们能看出状态一和状态3有什么关系吗？对的，状态1到状态3为1摩尔固态碳单质完全燃烧转化为1摩尔二氧化碳气体，对应的热效应为ΔH3。这里状态一全部为单质形式，我们称之为始态；状态3为稳定的氧化物，我们称之为终态，其余的状态统称为中间态。我们将中间能量关系的三角形抽象出来。同学们请看，这样带有箭头的三角形，不就是数学中的向量三角形吗？根据向量计算的三角形法则有ΔH3 = ΔH1 + ΔH2，这个关系式的本质就是盖斯定律。ΔH3对应完成化学反应的一步途径，ΔH1 + ΔH2对应完成化学反应的两步途径，根据盖斯定律，ΔH3 = ΔH1 + ΔH2。由这个关系式可以推出ΔH1 = ΔH3 - ΔH2，代入数据，ΔH1 = - 393.5千焦每摩尔 -（ - 283.0千焦每摩尔） = - 110.5千焦每摩尔。
在解题过程中，我们建立了物质转化的起始状态、中间状态和终止状态，这样由热化学关系建立的整个过程我们称之为热循环过程。处理时运用了数学中的向量模型以及向量运算的三角形法则。这样通过模型进行研究或解题的方法我们称之为建模，模型能够展示出各事物之间更简单、更直接的关系，一目了然。建模也是科学家们进行科学研究常用的手段和方法。下面我们通过例题2将建模过程巩固一下。
已知一氧化碳的燃烧热ΔH1 = - 283.0千焦每摩尔，固体碳单质的燃烧热为ΔH2 = - 393.5千焦每摩尔，则反应1摩尔碳原子和1摩尔二氧化碳气体生成2摩尔一氧化碳气体的反应热ΔH3等于多少呢？同学们能根据热化学方程式进行建模吗？碳和二氧化碳转化为一氧化碳标记状态一和状态二，一氧化碳转化为二氧化碳标记状态三，建立热循环。当然要注意质量守恒，所以在状态2和状态一中要增加氧气。根据题干中第二个热化学方程式可以建立状态4。这四个状态之间相互联系，同学们能找到其中的始态和终态吗？状态4中的物质全部是单质，为始态；状态3中的物质为稳定的氧化物，为终态，其余状态均为中间状态。现在就可以根据热化学方程式标出各个状态之间的热效应，分别为ΔH2、ΔH3、2倍的ΔH1、2倍的ΔH2。再根据盖斯定律列出关系式2倍ΔH2 = ΔH2 + ΔH3 + 2倍ΔH1，化简后可得ΔH3 = ΔH2 - 2倍的ΔH1，这时就可以代入数据进行计算了。ΔH3 = - 393.5千焦每摩尔 - 2倍的（ - 283.0千焦每摩尔） = + 172.5千焦每摩尔。这就是建模法计算反应热。
在前期课程中，同学们学会了将热化学方程式按照一定比例相加减进行反应热的计算，我们称之为贝叶斯加消算法。下面我们一起来回顾一下，请看例题3。如何通过碳单质和一氧化碳的燃烧热计算碳单质不完全燃烧转化为一氧化碳的反应热，通过热化学方程式相加减的方法计算反应热。首先要仔细观察，尽可能找到唯一出现或者出现次数最少的物质。同学们请看，目标反应式中的碳单质只出现在了第三个热化学方程式中，而且都是反应物，所以反应一和反应三同号；二氧化碳出现在第二和第三个热化学方程式中，但没有出现在目标反应中，所以要利用反应2和反应3相加将其消去。由此我们不难得出反应一 = 反应三 - 反应二。那么化学反应应该如何相减呢？很简单，只需要把反应方程式2掉头写，再相加消去相同的物质，就可以得到目标反应。经过刚才的分析，三个热化学方程式的关系为1 = 3 - 2，所以对应的反应热之间的关系为ΔH1 = ΔH3 - ΔH2，代入数据解得ΔH1 = - 393.5千焦每摩尔 -（ - 283.0千焦每摩尔） = - 110.5千焦每摩尔。采用贝加消算法计算反应热的优点是简单明了、易操作，但是不能清楚地知道各状态之间的联系。这是前面我们采用建模法做的第二题，现在请同学们采用倍加消元的方法试一试，将贝叶斯加消算的方法进行巩固。