正確認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)中的斷鍵與成鍵

吳孫富

“化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的生成”是指化學(xué)反應(yīng)中一定有舊鍵的斷裂和新鍵的生成，并不是說反應(yīng)物中的所有化學(xué)鍵都要斷裂、產(chǎn)物中的所有化學(xué)鍵都是新生成的。在一些簡單的化學(xué)反應(yīng)中，存在著反應(yīng)物中的所有化學(xué)鍵都斷裂、產(chǎn)物中的所有化學(xué)鍵全部新生成的現(xiàn)象，但這些反應(yīng)的實(shí)際反應(yīng)過程一般都不是反應(yīng)物中的化學(xué)鍵都斷裂之后才生成產(chǎn)物中的新化學(xué)鍵的。例如，在合成氨的反應(yīng)中，在現(xiàn)有的合成條件下，氫氣和氮?dú)舛疾豢赡茈x解為氫原子和氮原子，氫氣和氮?dú)馐窃阼F觸媒的表面協(xié)同作用、經(jīng)歷了較復(fù)雜的反應(yīng)歷程后才生成氨分子的。所有的化學(xué)反應(yīng)都有舊鍵的斷裂和新鍵的生成，但大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都存在著原子團(tuán)內(nèi)的化學(xué)鍵在反應(yīng)前后不變的情況。在乙醇與金屬鈉的反應(yīng)中，斷裂了乙醇中的O-H鍵、破壞了金屬鈉中的金屬鍵，生成了CH3CH2O-和Na+（結(jié)晶時(shí)彼此形成離子鍵）、形成了H-H鍵，陰離子CH3CH2O-中的其它共價(jià)鍵在反應(yīng)前后不變。

通過上述分析可見，“化學(xué)反應(yīng)是原子的重新組合”與“化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的生成”是兩個(gè)表述不同、內(nèi)涵相同的說法。在現(xiàn)有的物質(zhì)中，除稀有氣體外的所有物質(zhì)都是由兩個(gè)以上的原子組成的單質(zhì)、共價(jià)化合物、離子化合物，這些物質(zhì)內(nèi)的各原子間都是通過化學(xué)鍵結(jié)合的。要想使物質(zhì)間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)，就要斷裂反應(yīng)物內(nèi)的舊化學(xué)鍵、生成產(chǎn)物中的新化學(xué)鍵?；蛘哒f，在舊鍵斷裂和新鍵生成的過程中，原子發(fā)生了重新組合，反應(yīng)物生成了生成物。

3 化學(xué)平衡與斷鍵和成鍵的關(guān)系

化學(xué)反應(yīng)中一定有舊鍵的斷裂和新鍵的生成。從實(shí)驗(yàn)的角度來說，目前的科學(xué)實(shí)驗(yàn)還不能直接測定單位時(shí)間內(nèi)化學(xué)反應(yīng)中的斷鍵數(shù)和成鍵數(shù)，能夠直接測定的是單位時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)的濃度改變量（或各物質(zhì)的物質(zhì)的量的改變量）。由于各物質(zhì)的濃度改變量與相應(yīng)化學(xué)鍵的斷裂數(shù)和生成數(shù)成正比，所以可以推論出如下結(jié)論。

在一定的條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，各物質(zhì)的斷鍵速率和成鍵速率相等。

在教學(xué)中用該結(jié)論分析說明化學(xué)平衡時(shí)，所選取的化學(xué)鍵一定要處在斷裂和生成的動(dòng)態(tài)過程中，不能選用反應(yīng)物或生成物中那些根本就沒有變化的化學(xué)鍵。

在合成氨的可逆反應(yīng)中，不論該反應(yīng)的歷程是怎樣的，從反應(yīng)的結(jié)果看，反應(yīng)物中的H-H鍵和N≡N鍵都斷裂了，生成物中的N-H鍵都是新生成的，所以可以用H-H鍵、N≡N鍵的斷裂速率和N-H鍵的生成速率來判斷合成氨的反應(yīng)是否達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)。

4 氨基甲酸銨分解反應(yīng)中的斷、成鍵與其平衡的關(guān)系

筆者沒有查到氨分子中的N-H鍵在沒有催化劑時(shí)的斷鍵溫度，也沒有查到二氧化碳分子中C=O鍵的斷鍵溫度。筆者從《有機(jī)化學(xué)》[3]中查得CH4的分解溫度為1200℃，筆者從《無機(jī)化學(xué)》[4]中查得H2S的分解溫度為1973K，由CH4和H2S的組成和結(jié)構(gòu)來看，CH4和H2S的分解溫度應(yīng)該與C-H鍵和H-S鍵的斷鍵溫度接近。筆者還查得幾個(gè)共價(jià)鍵的鍵能[5]如下。

C-H：414kJ/mol，H-S：368kJ/mol，

H-N：393kJ/mol，C=O（CO2）：799kJ/mol。

比較這幾個(gè)鍵能可知，H-N鍵的斷鍵溫度可能比甲烷的分解溫度低，CO2中的C=O鍵的斷鍵溫度肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于C-H鍵和H-S鍵的斷鍵溫度，C=O鍵的斷鍵溫度可能會(huì)超過2000K。在2000K的高溫下，H2NCOONH4一定徹底分解了，根本就不存在H2NCOONH4的分解平衡。筆者從互聯(lián)網(wǎng)上搜索到的氨基甲酸銨分解為氨及二氧化碳的溫度為59℃，在此溫度下，NH3中的N-H鍵和CO2中的C=O鍵是不可能直接斷裂的。

5 對原創(chuàng)命題的反思

一道好題可以將中學(xué)化學(xué)教學(xué)引導(dǎo)到細(xì)致入微的科學(xué)探究之中，一道壞題可能會(huì)在中學(xué)師生的腦海中建構(gòu)成一個(gè)難以改變的偽科學(xué)觀點(diǎn)。中學(xué)師生對上述改編題中選項(xiàng)B的認(rèn)可，說明許多中學(xué)師生已經(jīng)在類似問題的教學(xué)中形成了這樣一種偽科學(xué)觀點(diǎn)：在化學(xué)反應(yīng)（包括可逆反應(yīng)）中，反應(yīng)物中的所有化學(xué)鍵會(huì)全部斷裂形成單個(gè)的原子，產(chǎn)物中的所有化學(xué)鍵全部是由單個(gè)原子新生成的。

由此可見，原創(chuàng)命題（包括改編題目）是一件十分重要的工作，該工作對于引導(dǎo)課程改革的健康發(fā)展、對于確保化學(xué)教學(xué)的科學(xué)性都具有十分重要的作用。只要原創(chuàng)命題老師、特別是比較權(quán)威的原創(chuàng)命題老師在進(jìn)行原創(chuàng)命題時(shí)進(jìn)行全方位的科學(xué)論證，就能從源頭上減少或消滅各類題目中的偽科學(xué)問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 2011年浙江高考理科綜合試卷.

[2]人民教育出版社等單位編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)·必修2 [M].北京：人民教育出版社，2007，（3）.

[3]北京師范大學(xué)等校編.有機(jī)化學(xué)（上）[M].北京：高等教育出版社，2010，（3）.

[4]北京師范大學(xué)等校編.無機(jī)化學(xué)（上）[M].北京：人民教育出版社，1981，（12）.

[5]北京師范大學(xué)等校編.無機(jī)化學(xué)（上）[M].北京：高等教育出版社，2002，（8）.