A-Level化学：晶格能与水合焓，计算原理与趋势全解析

A-Level化学晶格能与焓变计算详解：波恩-哈伯循环、溶解焓循环及电荷密度对水合焓趋势的影响

本讲解深入剖析了A-Level化学中晶格能与各种焓变的计算难题，通过详细步骤指导学生判断能量变化符号、精确定义关键概念。核心内容在于运用波恩-哈伯循环计算晶格能，以及利用溶解焓循环计算水合焓，最终解释了离子水合焓的趋势原理。整个过程强调了盖斯定律和电荷密度等基础概念的应用，旨在帮助学生清晰理解并掌握复杂化学计算。

焓变概念与符号判断

• 晶格能 (Lattice Energy)：由气态离子形成1摩尔离子晶体所释放的能量，永远为负值（放热过程）。
• 水合焓 (Enthalpy of Hydration)：气态离子被水分子包围形成稳定吸引力所释放的能量，永远为负值（放热过程）。
• 溶解焓 (Enthalpy of Solution)：晶体溶解包括“拆迁”（吸热，等于晶格能相反数）和“安家”（放热，水合焓）两步，其总和可正可负。
• 标准水合焓定义：在标准条件下，1摩尔气态离子溶解在足量水中形成无限稀溶液时产生的焓变。

晶格能计算：波恩-哈伯循环

• 核心原理：盖斯定律的应用，构建从元素单质到离子晶体的两条能量路径，确保总能量变化相等。
• 循环构成：一条是直接生成路径，另一条是单质气化、离子化、再结合成晶体的多步绕路路径。
• 计算实例：以CaBr₂(s)的晶格能计算为例，通过代入各项焓变数据，得出结果为-2170.6 kJ/mol。

水合焓计算：溶解焓循环

• 能量关系：溶解过程的总能量等于“拆散晶格”（晶格解离焓）吸收的能量加上“离子水合”放出的能量。
• 关键点：晶格解离焓数值上等于晶格能的相反数，计算时需注意变号。
• 计算实例：利用已知的溶解焓、晶格解离焓和钙离子水合焓，计算出溴离子Br⁻的水合焓约为-347 kJ/mol。

水合焓趋势解释：电荷密度

• 趋势比较：解释为何溴离子Br⁻的水合焓比碘离子I⁻的更负（放热更多）。
• 核心因素：离子半径与电荷密度。I⁻的离子半径更大，导致其电荷密度小于Br⁻。
• 作用机制：电荷密度越小，离子与周围极性水分子之间的静电吸引力越弱，水合过程中释放的能量就越少，因此水合焓的负值越小。