化學(xué)圖像中的能量關(guān)系

陳曉雷

(江蘇省啟東市第一中學(xué) 226200)

圖像題是高中化學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，圖像具有簡明直觀的特點(diǎn).圖像中的能量關(guān)系問題將化學(xué)反應(yīng)能量的有關(guān)的信息在圖像中表示，但很多學(xué)生讀圖識圖能力不強(qiáng)，不能從圖像中提取出與問題有關(guān)的有效信息，解這類題有一定的困難，這里結(jié)合具體例題總結(jié)歸納解決這類問題的一般方法.

一、考查化學(xué)鍵能

化學(xué)反應(yīng)的舊鍵斷裂所吸收的能量與新鍵生成所放出的能量之差就是化學(xué)反應(yīng)焓變的數(shù)值，利用這一點(diǎn)可以計(jì)算化學(xué)鍵的鍵能.關(guān)鍵是要確定化學(xué)反應(yīng)中斷裂及生成的化學(xué)鍵的種類和數(shù)量，進(jìn)而用化學(xué)鍵能表示出反應(yīng)的焓變.

例1 腁(H2N-NH2)是一種高能燃料，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如圖所示，已知斷裂1 mol化學(xué)鍵所需的能量(kJ)：N≡N為942、O=O為500、N-N為154，則斷裂1 mol N-H鍵所需的能量(kJ)是( ).

A.194 B.391 C.516

D.658

點(diǎn)評解題時(shí)要首先讀懂圖像，充分利用圖像中的信息.由于本題生成物中的C-H的鍵能未知，根據(jù)整個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式無法求解，因此沒有寫出整個(gè)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，而是借助反應(yīng)物到假想中間物的熱化學(xué)方程式來解題.

二、考查活化能與焓變的關(guān)系

化學(xué)反應(yīng)過程的能量變化圖像中包含很多的信息，根據(jù)反應(yīng)物總能量和生成物總能量大小關(guān)系可以判斷反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)過程中的能量變化關(guān)系可以判斷反應(yīng)活化能的大小.在改變外部條件時(shí)，如改變溫度、加入催化劑等，同樣會在圖像中有所表現(xiàn).

例2 某化學(xué)反應(yīng)過程能量變化如圖所示，下列說法正確的是( ).

A.反應(yīng)過程a有催化劑參與

B.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)等于ΔH

C.改變催化劑，可改變該反應(yīng)的活化能

D.在催化劑條件下，反應(yīng)的活化能等于E1+E2

解析活化能是讓分子從常態(tài)轉(zhuǎn)化為容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需的能量，從圖中來看即為化學(xué)反應(yīng)過程中能量的最大值與初始能量的差值.從圖中可以看出，反應(yīng)過程a活化能大于反應(yīng)過程b活化能，反應(yīng)過程a沒有催化劑參與，反應(yīng)過程b有催化劑參與，加入催化劑改變了反應(yīng)的活化能，因此A項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確.本反應(yīng)的生成物的總能量小于反應(yīng)物的總能量，且差值為ΔH，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)等于ΔH，C項(xiàng)正確.E1、E2表示的是反應(yīng)不同階段的活化能，不能簡單疊加作為總反應(yīng)的活化能，D項(xiàng)錯(cuò)誤.正確答案為BC.

點(diǎn)評本題主要考查活化能的定義以及加入催化劑對反應(yīng)的影響.要注意的是加入催化劑會改變反應(yīng)的活化能，可能升高也可能降低，要根據(jù)具體圖像來判斷，但是不改變反應(yīng)的焓變，從本題圖像可以看出，反應(yīng)過程a、b的熱效應(yīng)均等于ΔH.

三、考查反應(yīng)熱與物質(zhì)穩(wěn)定性

根據(jù)物質(zhì)的能量來判斷不同物質(zhì)的或同一物質(zhì)不同狀態(tài)下的穩(wěn)定性也是化學(xué)圖像中的能量關(guān)系常見的考查方式.物質(zhì)內(nèi)部所含的能量越低，則物質(zhì)越穩(wěn)定.解題時(shí)結(jié)合題目條件判斷出物質(zhì)能量的高低關(guān)系，進(jìn)而得出穩(wěn)定性強(qiáng)弱關(guān)系.

例3 下列圖像分別表示有關(guān)反應(yīng)的反應(yīng)過程與能量變化的關(guān)系，據(jù)此判斷下列說法中正確的是( ).

A.石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸磻?yīng)過程吸熱

B.白磷穩(wěn)定性比紅磷強(qiáng)

解析從第一幅圖可以看出，石墨能量比金剛石低，因此石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸磻?yīng)過程吸熱，A項(xiàng)正確.從第二幅圖可以看出，白磷能量高于紅磷，能量越高的穩(wěn)定性越差，因此紅磷穩(wěn)定性比白磷強(qiáng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤.根據(jù)第三幅圖可知，相同量的氣態(tài)S和固態(tài)S燃燒，氣態(tài)S放出的熱量更多，但反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH<0，因此數(shù)值上ΔH1<ΔH2，C項(xiàng)錯(cuò)誤.由第四幅圖可以看出生成物的總能量高于反應(yīng)物的總能量，反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)，因此ΔH>0，正確答案為A、D項(xiàng).

點(diǎn)評本題難度不大，考查反應(yīng)熱的概念以及反應(yīng)熱與物質(zhì)穩(wěn)定性的關(guān)系，充分利用各個(gè)反應(yīng)過程與能量關(guān)系圖，找出不同物質(zhì)反應(yīng)熱打大小關(guān)系是解題的關(guān)鍵.

從上面幾個(gè)例題的解析過程可以看出，圖像題其實(shí)并不可怕，只要掌握好讀圖識圖的技巧，以及化學(xué)反應(yīng)中能量相關(guān)的基礎(chǔ)知識.就能根據(jù)問題快速在圖像中提取出有效信息，進(jìn)而分析求解.多加練習(xí)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在處理這類問題時(shí)會越來越得心應(yīng)手.