正確認識化學反應中的斷鍵與成鍵

吳孫富

“化學反應的實質是舊鍵的斷裂和新鍵的生成”是指化學反應中一定有舊鍵的斷裂和新鍵的生成，并不是說反應物中的所有化學鍵都要斷裂、產物中的所有化學鍵都是新生成的。在一些簡單的化學反應中，存在著反應物中的所有化學鍵都斷裂、產物中的所有化學鍵全部新生成的現象，但這些反應的實際反應過程一般都不是反應物中的化學鍵都斷裂之后才生成產物中的新化學鍵的。例如，在合成氨的反應中，在現有的合成條件下，氫氣和氮氣都不可能離解為氫原子和氮原子，氫氣和氮氣是在鐵觸媒的表面協同作用、經歷了較復雜的反應歷程后才生成氨分子的。所有的化學反應都有舊鍵的斷裂和新鍵的生成，但大多數化學反應都存在著原子團內的化學鍵在反應前后不變的情況。在乙醇與金屬鈉的反應中，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+（結晶時彼此形成離子鍵）、形成了H-H鍵，陰離子CH3CH2O-中的其它共價鍵在反應前后不變。

通過上述分析可見，“化學反應是原子的重新組合”與“化學反應的實質是舊鍵的斷裂和新鍵的生成”是兩個表述不同、內涵相同的說法。在現有的物質中，除稀有氣體外的所有物質都是由兩個以上的原子組成的單質、共價化合物、離子化合物，這些物質內的各原子間都是通過化學鍵結合的。要想使物質間發生化學反應生成新的物質，就要斷裂反應物內的舊化學鍵、生成產物中的新化學鍵。或者說，在舊鍵斷裂和新鍵生成的過程中，原子發生了重新組合，反應物生成了生成物。

3 化學平衡與斷鍵和成鍵的關系

化學反應中一定有舊鍵的斷裂和新鍵的生成。從實驗的角度來說，目前的科學實驗還不能直接測定單位時間內化學反應中的斷鍵數和成鍵數，能夠直接測定的是單位時間內各物質的濃度改變量（或各物質的物質的量的改變量）。由于各物質的濃度改變量與相應化學鍵的斷裂數和生成數成正比，所以可以推論出如下結論。

在一定的條件下，當可逆反應達到化學平衡狀態時，各物質的斷鍵速率和成鍵速率相等。

在教學中用該結論分析說明化學平衡時，所選取的化學鍵一定要處在斷裂和生成的動態過程中，不能選用反應物或生成物中那些根本就沒有變化的化學鍵。

在合成氨的可逆反應中，不論該反應的歷程是怎樣的，從反應的結果看，反應物中的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是否達到了化學平衡狀態。

4 氨基甲酸銨分解反應中的斷、成鍵與其平衡的關系

筆者沒有查到氨分子中的N-H鍵在沒有催化劑時的斷鍵溫度，也沒有查到二氧化碳分子中C=O鍵的斷鍵溫度。筆者從《有機化學》[3]中查得CH4的分解溫度為1200℃，筆者從《無機化學》[4]中查得H2S的分解溫度為1973K，由CH4和H2S的組成和結構來看，CH4和H2S的分解溫度應該與C-H鍵和H-S鍵的斷鍵溫度接近。筆者還查得幾個共價鍵的鍵能[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遠高于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。筆者從互聯網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 對原創命題的反思

一道好題可以將中學化學教學引導到細致入微的科學探究之中，一道壞題可能會在中學師生的腦海中建構成一個難以改變的偽科學觀點。中學師生對上述改編題中選項B的認可，說明許多中學師生已經在類似問題的教學中形成了這樣一種偽科學觀點：在化學反應（包括可逆反應）中，反應物中的所有化學鍵會全部斷裂形成單個的原子，產物中的所有化學鍵全部是由單個原子新生成的。

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

參考文獻：

[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.普通高中課程標準實驗教科書化學·必修2 [M].北京：人民教育出版社，2007，（3）.

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

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

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