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(共49張PPT)
第一章　化學反應的熱效應
第二節　反應熱的計算
一　蓋斯定律
01
相同
反應的途徑
ΔH1＋ΔH2
ΔH3＋ΔH4＋ΔH5
1.1836年,化學家蓋斯從大量實驗中總結出一條規律:一個化學反應,不管是一步完成的還是分幾步完成的,其反應熱是　　　(填“相同”或“不同”)的,該規律叫做蓋斯定律。
2.在一定條件下,化學反應的反應熱只與反應體系的始態和終態有關,而與　　　　　　無關。反應熱總值一定,如圖表示從始態到終態的反應熱。則ΔH=　　　　　　=　 。
增加
減少
3.能量守恒:能量既不會　　　　,也不會　　　　,只會從一種形式轉化為另一種形式。
4.蓋斯定律的應用
計算無法直接測量的反應的焓變。
×
√
×
1.化學反應的反應熱不僅與反應體系的始態和終態有關,也與反應的途徑有關。(　　)
2.蓋斯定律遵守能量守恒定律。(　　)
3.已知某反應路徑如圖: ,則ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。(　　)
＞
＝
從能量守恒的角度思考并填空(填“>”“<”或“=”)。
假定反應體系的始態為S,終態為L,它們之間的變化為:若ΔH1<0,則ΔH2
　　　　0,ΔH1+ΔH2　　　　0。
應用蓋斯定律計算ΔH的方法
(1)“虛擬路徑”法
若反應物A變為生成物D,可以有兩個途徑:
①由A直接變成D,反應熱為ΔH;
②由A經過B變成C,再由C變成D,每步的反應熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3。
如圖所示:
則ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。
(2)加合法
依據目標方程式中各物質的位置和化學計量數,調整已知方程式,最終加合成目標方程式,ΔH同時作出相應的調整和運算。
C
1.在298 K、101 kPa時,已知:
(1)C(s,石墨)+O2(g) ===CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
(2)2H2(g)+O2(g) ===2H2O(l)　ΔH2=-571.6 kJ·mol-1
(3)2C2H2(g)+5O2(g) ===4CO2(g)+2H2O(l)　ΔH3=-2 599 kJ·mol-1
則相同條件下,由C(s,石墨)和H2(g)生成1 mol C2H2(g)反應的焓變ΔH4是 (　　)
A.-226.7 kJ·mol-1　 B.-326 kJ·mol-1
C.+226.7 kJ·mol-1 D.+326 kJ·mol-1
利用蓋斯定律,反應(1)×2+反應(2)×-反應(3)×可得2C(s,石墨)+H2(g) ===C2H2(g)　ΔH4=ΔH1×2+ΔH2×-ΔH3×=(-393.5 kJ·mol-1)×2+(-571.6 kJ·mol-1)×-(-2 599 kJ·mol-1)×=+226.7 kJ·mol-1,故C正確。
4HCl(g)+O2(g) ===2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH=-116 kJ·mol-1
2.隨著聚酯工業的快速發展,工業上對氯氣的需求量和氯化氫的產出量也隨之迅速增長。因此,將氯化氫轉化為氯氣的技術成為當前科學研究的熱點。Deacon直接氧化法可按下列催化過程進行:
CuCl2(s) ===CuCl(s)+Cl2(g)　ΔH1=+83 kJ·mol-1　 ①
CuCl(s)+O2(g) ===CuO(s)+Cl2(g) ΔH2=-20 kJ·mol-1　 ②
CuO(s)+2HCl(g) ===CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·mol-1 　③
則氯化氫與氧氣反應生成氯氣和水蒸氣的熱化學方程式為___________________________________________________。
根據蓋斯定律,①×2+②×2+③×2可得4HCl(g)+O2(g) ===2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH=2ΔH1+2ΔH2+2ΔH3=(+83 kJ·mol-1)×2+(-20 kJ·mol-1)×2+(-121 kJ·mol-1)×2=-116 kJ·mol-1。
利用蓋斯定律計算ΔH的四步驟
(1)定:確定待求反應的熱化學方程式。
(2)找:找出待求熱化學方程式中只在已知化學方程式中出現一次的物質。
(3)調:依據該物質調整已知化學方程式的方向(同側相加,異側相減)和化學計量數,每個已知化學方程式只能調整一次。
(4)算:ΔH與已知化學方程式一一對應調整和運算。
二　反應熱的計算
02
1.計算依據
依據熱化學方程式、蓋斯定律等可以計算化學反應的反應熱。
2.應用舉例
[例1]　焦炭與水蒸氣反應、甲烷與水蒸氣反應均是工業上制取氫氣的重要方法。這兩個反應的熱化學方程式分別為
①C(s)+H2O(g) ===CO(g)+H2(g)　ΔH1=+131.5 kJ/mol
②CH4(g)+H2O(g) ===CO(g)+3H2(g)　ΔH2=+205.9 kJ/mol
試計算CH4(g) ===C(s)+2H2(g)的ΔH(寫出計算過程)。
[答案] 解:分析各化學方程式的關系及蓋斯定律可以得出,將反應②減反應①,得到反應:
CH4(g) ===C(s)+2H2(g)
ΔH=ΔH2-ΔH1
=(+205.9 kJ/mol)-(+131.5 kJ/mol)
=+74.4 kJ/mol
答:CH4(g) ===C(s)+2H2(g)的ΔH=+74.4 kJ/mol。
[例2]　黃鐵礦(主要成分為FeS2)的燃燒是工業上制硫酸時得到SO2的途徑之一,反應的化學方程式為4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2。
在25 ℃和101 kPa時,1 mol FeS2(s)完全燃燒生成Fe2O3(s)和SO2(g)時放出853 kJ的熱量。這些熱量(工業中叫做“廢熱”)在生產過程中得到了充分利用,大大降低了生產成本,對于節約資源、能源循環利用具有重要意義。
(1)請寫出FeS2燃燒的熱化學方程式。
[答案] 解:(1)根據題意,FeS2燃燒的熱化學方程式為FeS2(s)+O2(g)===Fe2O3(s)+2SO2(g)　ΔH=-853 kJ/mol
答:(1)FeS2燃燒的熱化學方程式為FeS2(s)+O2(g)===Fe2O3(s)+2SO2(g)　ΔH=-853 kJ/mol。
(2)計算理論上1 kg黃鐵礦(FeS2的含量為90%)完全燃燒放出的熱量(寫出計算過程)。
[答案] 解:(2)FeS2的摩爾質量為120 g/mol。
1 kg黃鐵礦含FeS2的質量為1 000 g×90%=900 g
900 g FeS2的物質的量為=7.5 mol
理論上1 kg黃鐵礦完全燃燒放出的熱量為7.5 mol×853 kJ/mol=6 397.5 kJ
答:(2)理論上1 kg黃鐵礦完全燃燒放出的熱量為6 397.5 kJ。
發射火箭時使用的燃料可以是液氫和液氧,已知下列熱化學方程式:
①H2(g)+O2(g) ===H2O(l)
ΔH1=-285.8 kJ·mol-1
②H2(g) ===H2(l)
ΔH2=-0.92 kJ·mol-1
③O2(g) ===O2(l)
ΔH3=-6.84 kJ·mol-1
④H2O(l) ===H2O(g)
ΔH4=+44.0 kJ·mol-1
-237.46 kJ·mol-1
(1)反應H2(l)+O2(l) ===H2O(g)的反應熱ΔH=　　 　　　　。
(1)根據蓋斯定律,將①-②-③×+④可得目標反應的熱化學方程式,其反應熱ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3×+ΔH4,代入數據計算可得ΔH=-237.46 kJ·mol-1。
1.19×108
(2)若填裝1噸液氫,在液氧中充分燃燒生成水蒸氣,可為火箭提供
　　　　　　(保留三位有效數字)kJ的熱量。
(2)設填裝1噸液氫,在液氧中充分燃燒生成水蒸氣,可為火箭提供的熱量為x。
H2(l)+O2(l) ===H2O(g)　　ΔH=-237.46 kJ·mol-1
1 mol 237.46 kJ
1 000 kg×103/2 g·mol-1 x
解得x≈1.19×108 kJ。
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B
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本節訓練
題組一　蓋斯定律
1.物質A在一定條件下可發生一系列轉化,由圖判斷下列關系錯誤的是
(　　)
A.A―→F　ΔH=-ΔH6
B.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=1
C.C―→F　|ΔH|=|ΔH1+ΔH2+ΔH6|
D.|ΔH1+ΔH2+ΔH3|=|ΔH4+ΔH5+ΔH6|
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由蓋斯定律可知A―→F,ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5=-ΔH6,即ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0,故A項正確,B項錯誤;由C―→F可以判斷,ΔH=ΔH3+ΔH4+ΔH5=-(ΔH1+ΔH2+ΔH6),故C項正確;由A―→D知,
ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=-(ΔH4+ΔH5+ΔH6),故D項正確。
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A
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2.在298 K、101 kPa時,已知:
2H2O(g) ===2H2(g)+O2(g)　ΔH1
H2(g)+Cl2(g) ===2HCl(g)　ΔH2
2Cl2(g)+2H2O(g) ===4HCl(g)+O2(g)　ΔH3
則ΔH3與ΔH1和ΔH2間的關系正確的是(　　)
A.ΔH3=ΔH1+2ΔH2
B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.ΔH3=ΔH1-2ΔH2
D.ΔH3=ΔH1-ΔH2
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①2H2O(g) ===2H2(g)+O2(g)　ΔH1;②H2(g)+Cl2(g) ===2HCl(g)　ΔH2;③2Cl2(g)+2H2O(g) ===4HCl(g)+O2(g)　ΔH3,則由蓋斯定律可知,③=①+2×②,則ΔH3=ΔH1+2ΔH2,故A正確。
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A
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3.已知:①Zn(s)+O2(g) ===ZnO(s)　ΔH1=-348.3 kJ·mol-1
②2Ag(s)+O2(g) ===Ag2O(s)　ΔH2=-31.0 kJ·mol-1
則Zn(s)+Ag2O(s) ===ZnO(s)+2Ag(s)的ΔH等于(　　)
A.-317.3 kJ·mol-1　 B.-379.3 kJ·mol-1
C.-332.8 kJ·mol-1 D.+317.3 kJ·mol-1
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由蓋斯定律,①-②可得目標反應,即ΔH=ΔH1-ΔH2=-348.3 kJ·mol-1-(-31.0 kJ·mol-1)=-317.3 kJ·mol-1,故A正確。
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4.AlH3是一種儲氫材料,可作為固體火箭推進劑。通過激光加熱引發AlH3的燃燒反應,燃燒時溫度隨時間變化關系如圖所示:
燃燒不同階段發生的主要反應如下:
①2AlH3(s) ===2Al(s)+3H2(g)　ΔH1
②H2(g)+O2(g) ===H2O(g)　ΔH2
③Al(s) ===Al(g)　ΔH3
④Al(g)+O2(g)===Al2O3(s)　ΔH4
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D
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下列分析正確的是(　　)
A.AlH3燃燒需要激光加熱引發,所以AlH3燃燒是吸熱反應
B.ΔH2可以表示H2的燃燒熱
C.在反應過程中,a點時物質所具有的總能量最大
D.2AlH3(s)+3O2(g) ===Al2O3(s)+3H2O(g)　ΔH=ΔH1+3ΔH2+2ΔH3+2ΔH4
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化學反應是放熱反應還是吸熱反應,與反應條件無關,AlH3燃燒是放熱反應,A項錯誤;H2的燃燒熱指的是1 mol H2完全燃燒生成1 mol H2O(l)釋放的熱量,B項錯誤;反應過程中,a點時釋放的能量最大,a點時物質所具有的總能量最小,C項錯誤;根據蓋斯定律,①+3×②+2×③+2×④得2AlH3(s)+3O2(g) ===Al2O3(s)+3H2O(g)　ΔH=ΔH1+3ΔH2+2ΔH3+2ΔH4,D項正確。
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+6
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5.(2023·浙江6月卷)水煤氣變換反應是工業上的重要反應,可用于制氫。
水煤氣變換反應:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41.2 kJ·mol-1
該反應分兩步完成:
3Fe2O3(s)+CO(g) 2Fe3O4(s)+CO2(g)　ΔH1=-47.2 kJ·mol-1
2Fe3O4(s)+H2O(g) 3Fe2O3(s)+H2(g)　ΔH2
ΔH2=　　　　　kJ·mol-1。
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設方程式①CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41.2 kJ·mol-1
②3Fe2O3(s)+CO(g) 2Fe3O4(s)+CO2(g)　ΔH1=-47.2 kJ·mol-1
③2Fe3O4(s)+H2O(g) 3Fe2O3(s)+H2(g)　ΔH2
根據蓋斯定律可知,③=①-②,則ΔH2=ΔH-ΔH1=(-41.2 kJ·mol-1)-(-47.2 kJ·mol-1)=+6 kJ·mol-1。
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題組二　利用熱化學方程式計算反應熱
6.已知:
①CH4(g)+2O2(g) === CO2(g)+2H2O(l)
ΔH1=-Q1 kJ/mol
②2H2(g)+O2(g) ===2H2O(g)
ΔH2=-2Q2 kJ/mol
③2H2(g)+O2(g) ===2H2O(l)
ΔH3=-2Q3 kJ/mol
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D
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常溫下取體積比為4∶1的甲烷和氫氣共11.2 L(已折合成標準狀況)點燃,經完全燃燒恢復到常溫,放出的熱量(kJ)為(　　)
A.0.4Q1+0.05Q2 B.0.4Q1+0.1Q2
C.0.4Q1+0.05Q3 D.0.4Q1+0.1Q3
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甲烷和氫氣的混合氣體11.2 L(已折合成標準狀況),即甲烷和氫氣的混合氣體的總物質的量為n===0.5 mol,甲烷和氫氣的體積比為4∶1,所以甲烷的物質的量為0.5 mol×=0.4 mol,氫氣的物質的量為0.5 mol-0.4 mol=0.1 mol,由CH4(g)+2O2(g) ===CO2(g)+2H2O(l)　ΔH1=-Q1 kJ/mol可知,0.4 mol甲烷燃燒放出的熱量為0.4 mol×Q1 kJ/mol=0.4Q1 kJ;由2H2(g)+O2(g) ===2H2O(l)　ΔH3=-2Q3 kJ/mol可知,0.1 mol 氫氣燃燒生成液態水放出的熱量為×0.1 mol ×2Q3 kJ/mol=0.1Q3 kJ,所以放出的熱量為(0.4Q1+0.1Q3) kJ,故D正確。
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7.關于反應:
①2C2H2(g)+5O2(g) ===4CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-2 600 kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g) ===2CO2(g)　ΔH=-566 kJ·mol-1
③CH4(g)+H2O(g) ===CO(g)+3H2(g)　ΔH=+216 kJ·mol-1
下列敘述中正確的是(　　)
A.CO的燃燒熱為-283 kJ·mol-1
B.在③反應進行時,若加入催化劑,可以使ΔH減小
C.若有3.2 g CH4與足量水蒸氣按③反應,則放出的熱量是43.2 kJ
D.若生成相同質量的CO2,C2H2放出的熱量大于CO
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CO的燃燒熱為283 kJ·mol-1,A錯誤;對于一個確定的化學反應,ΔH與反應時是否加入催化劑無關,B錯誤;根據③可知,CH4與足量水蒸氣的反應為吸熱反應,C錯誤;根據①和②可知,D正確。
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FeO(s)+CO(g) ===Fe(s)+CO2(g)　ΔH=-11 kJ·mol-1
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8.已知冶煉鐵的過程中發生如下反應:
①Fe2O3(s)+3CO(g) ===2Fe(s)+3CO2(g)　ΔH1=-25 kJ·mol-1
②3Fe2O3(s)+CO(g) ===2Fe3O4(s)+CO2(g)　ΔH2=-47 kJ·mol-1
③Fe3O4(s)+CO(g) ===3FeO(s)+CO2(g)　ΔH3=+19 kJ·mol-1
(1)寫出FeO(s)被CO還原成Fe和CO2的熱化學方程式:
　 。
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(1)依據蓋斯定律:一個化學反應,不管是一步完成的還是分幾步完成的,其反應熱是相同的。FeO(s)與CO反應生成Fe和CO2的化學方程式:
FeO(s)+CO(g) ===Fe(s)+CO2(g)　④,由蓋斯定律可得,×[3×①-(2×③+②)]=④,可得該反應的反應熱:ΔH=[3ΔH1-(2ΔH3+ΔH2)]=×{3×(-25)-[2×(+19)+(-47)]}kJ·mol-1=-11 kJ·mol-1。
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1.25×106
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(2)若用Fe2O3(s)與CO(g)反應冶煉5.6噸鐵,則釋放　　 　　kJ熱量。
(2)設用Fe2O3(s)和CO(g)反應冶煉5.6噸鐵時釋放x kJ熱量。
Fe2O3(s)+3CO(g) ===2Fe(s)+3CO2(g)　 ΔH1=-25 kJ·mol-1
　　　 　　　　　 2 mol　　　　　　　　　　25 kJ
　　　　 　　　　 5 600 kg×103/56 g·mol-1　 x kJ
則x=1.25×106,即釋放1.25×106 kJ熱量。
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A
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綜合強化
9.下列依據熱化學方程式得出的結論正確的是(　　)
A.已知2H2(g)+O2(g) ===2H2O(g)　ΔH=-483.6 kJ·mol-1,則1 mol H2燃燒生成水蒸氣放出的熱量為241.8 kJ
B.已知NaOH(aq)+HCl(aq) ===NaCl(aq)+H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1,則含40.0 g NaOH的稀溶液與稀醋酸完全中和,放出57.3 kJ的熱量
C.已知2C(s)+2O2(g) ===2CO2(g)　ΔH=a kJ·mol-1;2C(s)+O2(g) ===2CO(g)　ΔH=b kJ·mol-1,則a>b
D.已知C(石墨,s) ===C(金剛石,s)　ΔH>0,則金剛石比石墨穩定
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根據熱化學方程式進行計算,2 mol H2燃燒生成水蒸氣放出的熱量為483.6 kJ,則1 mol H2燃燒生成水蒸氣放出的熱量為241.8 kJ,故A正確;醋酸為弱酸,與含40.0 g NaOH的稀溶液完全中和放出的熱量小于57.3 kJ,故B錯誤;碳完全燃燒放出的熱量高于不完全燃燒放出的熱量,兩個反應均為放熱反應,焓變是負值,故a0,石墨能量小于金剛石,則石墨比金剛石穩定,故D錯誤。
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10.灰錫(以粉末狀形態存在)和白錫是錫的兩種同素異形體。已知:
①Sn(白,s)+2HCl(aq) === SnCl2(aq)+H2(g)　ΔH1
②Sn(灰,s)+2HCl(aq) ===SnCl2(aq)+H2(g)　ΔH2
③Sn(灰,s) Sn(白,s)　ΔH3=+2.1 kJ· mol-1
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D
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下列說法正確的是(　　)
A.ΔH2 <ΔH1
B.錫在常溫下以灰錫狀態存在
C.灰錫轉化為白錫的反應是放熱反應
D.錫制器皿長期處于低于13.2 ℃ 的環境中,會自行毀壞
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② -① 可得③,ΔH3=ΔH2-ΔH1=+2.1 kJ·mol-1>0,故ΔH2>ΔH1,故A錯誤;根據③,在常溫下,灰錫會向白錫轉化,故錫在常溫下以白錫狀態存在,正反應為吸熱反應,故B、C錯誤;當錫制器皿長期處于低于13.2 ℃的環境中會轉化為灰錫,灰錫以粉末狀形態存在,故會自行毀壞,故D正確。
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11.(2023·山東卷)一定條件下,水氣變換反應CO+H2O CO2+H2的中間產物是HCOOH。為探究該反應過程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反應:
Ⅰ.HCOOH CO+H2O(快)
Ⅱ.HCOOH CO2+H2(慢)
研究發現,在反應Ⅰ、Ⅱ中,H+僅對反應Ⅰ有催化加速作用;反應Ⅰ速率遠大于反應Ⅱ,近似認為反應Ⅰ建立平衡后始終處于平衡狀態。忽略水的電離,其濃度視為常數。
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ΔH2-ΔH1
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一定條件下,反應Ⅰ、Ⅱ的焓變分別為ΔH1、ΔH2,則該條件下水氣變換反應的焓變ΔH=　　　　　　　　(用含ΔH1、ΔH2的代數式表示)。
根據蓋斯定律,由Ⅱ-Ⅰ可得水氣變換反應:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH=ΔH2-ΔH1。

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