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        化學(xué)反應(yīng)中的化學(xué)能與熱能

        2018-10-18 08:29:12任泫凝
        中國(guó)校外教育 2018年30期
        關(guān)鍵詞:化學(xué)能蓋斯燃燒熱

        ◆任泫凝

        (山東省濟(jì)南市章丘區(qū)第五中學(xué)高二〈十四班〉)

        一、化學(xué)能與熱能轉(zhuǎn)換的本質(zhì)

        在“化學(xué)能與熱能”轉(zhuǎn)換的學(xué)習(xí)中,首先,我們要認(rèn)識(shí)到化學(xué)能與熱能轉(zhuǎn)換的本質(zhì)。從宏觀角度來(lái)講,當(dāng)反應(yīng)物能量低于生成物總能量時(shí),化學(xué)反應(yīng)吸熱;當(dāng)反應(yīng)物總能量高于生成物總能量時(shí),化學(xué)反應(yīng)放熱。從微觀角度來(lái)講,化學(xué)反應(yīng)中,各物質(zhì)是通過(guò)原子之間以化學(xué)鍵的形式結(jié)合而成的,當(dāng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)總是伴隨舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的生成,同時(shí)伴隨著能量變化,這是化學(xué)能與熱能之間發(fā)生轉(zhuǎn)換的根本原因。

        二、化學(xué)能與熱能的有效學(xué)習(xí)

        (一)把握重點(diǎn)內(nèi)容,明確學(xué)習(xí)要求

        學(xué)習(xí)“化學(xué)能與熱能”主要著重對(duì)以下知識(shí)的學(xué)習(xí),明確學(xué)習(xí)要求:理解和掌握化學(xué)反應(yīng)的基本原理,對(duì)化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系有清晰認(rèn)識(shí),同時(shí)對(duì)基本概念能夠區(qū)分和掌握。

        “化學(xué)反應(yīng)的基本原理”,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),是指每一次化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生必然伴隨舊鍵斷裂和新鍵形成,舊鍵斷裂需要吸收能量,新鍵產(chǎn)生可以釋放能量,因此,放熱和吸熱的過(guò)程會(huì)伴隨每個(gè)反應(yīng)的發(fā)生,而化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)就是由新舊鍵之間更替產(chǎn)生的能量差決定的。

        能量轉(zhuǎn)換是普遍存在的,且嚴(yán)格遵循能量守恒定律,由于化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)物和生成物所具有的能量一定不是相等的,因此,化學(xué)反應(yīng)一定會(huì)有吸熱和放熱,也就伴隨化學(xué)能和熱能的轉(zhuǎn)換。這里引入熱效應(yīng)的概念:一定溫度下生成1mol生成物的化學(xué)反應(yīng),完成反應(yīng)所吸收或釋放的熱量為該反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng),又稱為“焓變”(用△H表示),△H=H(生成物)-H(反應(yīng)物),單位kJ/mol?!鱄>0表現(xiàn)為吸熱反應(yīng)(如圖1所示),△H<0表現(xiàn)為放熱反應(yīng)(如圖2所示)。

        (二)突出具體應(yīng)用,優(yōu)化學(xué)習(xí)過(guò)程

        1.有效碰撞理論

        現(xiàn)階段對(duì)所學(xué)的“有效碰撞理論”的應(yīng)用,仍處于概念理解的初級(jí)階段。學(xué)習(xí)這個(gè)理論的主要目的是為了幫助我們認(rèn)識(shí)微觀過(guò)程下化學(xué)反應(yīng)變化的實(shí)質(zhì)。化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的先決條件是反應(yīng)物分子之間必須發(fā)生碰撞,但只有少數(shù)分子的碰撞能發(fā)生反應(yīng),我們稱這種可以發(fā)生反應(yīng)變化的碰撞為有效碰撞。而發(fā)生有效碰撞需要兩個(gè)先決條件,一是發(fā)生碰撞的分子必須具有較高的能量(稱為“活化分子”),二是分子在一定方向上發(fā)生碰撞。以A2+B2→2AB的反應(yīng)為例,能量關(guān)系如圖3所示(以放熱反應(yīng)為例),其中E1表示反應(yīng)物的活化能,E2表示生成物的活化能,可以看出物質(zhì)A2和B2在過(guò)渡態(tài)處于一個(gè)較高的能量點(diǎn)并發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂和生成,最終得到2AB,兩個(gè)活化能的差值即為該化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。

        2.蓋斯定律

        蓋斯定律概念應(yīng)用十分廣泛,必須牢記并能夠熟練應(yīng)用:化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與化學(xué)反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān),而與發(fā)生該化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)。可以用等式“△H=△H1+△H2=△H3+△H4+△H5”來(lái)表示。

        蓋斯定律主要應(yīng)用在無(wú)法直接通過(guò)某反應(yīng)測(cè)得反應(yīng)熱的過(guò)程中,可以用已知反應(yīng)熱,通過(guò)代數(shù)關(guān)系求未知反應(yīng)熱,可以在實(shí)際計(jì)算題的處理中加深理解并掌握。

        (三)燃燒熱的有效學(xué)習(xí)

        燃燒熱的定義比較嚴(yán)格,一定要加以認(rèn)真記憶。其定義是:在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,1mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時(shí)所放出的熱量,叫做該物質(zhì)的燃燒熱,單位為kJ/mol。需要特別注意“標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”“1mol純物質(zhì)”“完全燃燒”和“穩(wěn)定氧化物”這些概念。舉例說(shuō)明,以氫氣標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下燃燒為例(標(biāo)明物質(zhì)所處狀態(tài)):H2(g)+1/2 O2(g)=H2O(l);△H=-285.8kJ/mol。

        需知,每種物質(zhì)燃燒熱的熱化學(xué)方程式具有唯一性。規(guī)范的燃燒熱熱化學(xué)方程式的書寫,可以幫助我們更好地鞏固對(duì)反應(yīng)熱概念的理解以及化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)能與熱能的轉(zhuǎn)化關(guān)系的理解。

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