化學(xué)反應(yīng)中的化學(xué)能與熱能

◆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)識到化學(xué)能與熱能轉(zhuǎn)換的本質(zhì)。從宏觀角度來講，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。從微觀角度來講，化學(xué)反應(yīng)中，各物質(zhì)是通過原子之間以化學(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”主要著重對以下知識的學(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，對化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系有清晰認(rèn)識，同時(shí)對基本概念能夠區(qū)分和掌握。

“化學(xué)反應(yīng)的基本原理”，簡單來說，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)過程

1.有效碰撞理論

現(xiàn)階段對所學(xué)的“有效碰撞理論”的應(yīng)用，仍處于概念理解的初級階段。學(xué)習(xí)這個(gè)理論的主要目的是為了幫助我們認(rèn)識微觀過程下化學(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)的途徑無關(guān)?？梢杂玫仁健啊鱄=△H1+△H2=△H3+△H4+△H5”來表示。

蓋斯定律主要應(yīng)用在無法直接通過某反應(yīng)測得反應(yīng)熱的過程中，可以用已知反應(yīng)熱，通過代數(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。