化學反應中的化學能與熱能

◆任泫凝

(山東省濟南市章丘區第五中學高二〈十四班〉)

一、化學能與熱能轉換的本質

在“化學能與熱能”轉換的學習中，首先，我們要認識到化學能與熱能轉換的本質。從宏觀角度來講，當反應物能量低于生成物總能量時，化學反應吸熱；當反應物總能量高于生成物總能量時，化學反應放熱。從微觀角度來講，化學反應中，各物質是通過原子之間以化學鍵的形式結合而成的，當發生化學反應時總是伴隨舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的生成，同時伴隨著能量變化，這是化學能與熱能之間發生轉換的根本原因。

二、化學能與熱能的有效學習

(一)把握重點內容，明確學習要求

學習“化學能與熱能”主要著重對以下知識的學習，明確學習要求：理解和掌握化學反應的基本原理，對化學反應中的能量轉化關系有清晰認識，同時對基本概念能夠區分和掌握。

“化學反應的基本原理”，簡單來說，是指每一次化學反應的發生必然伴隨舊鍵斷裂和新鍵形成，舊鍵斷裂需要吸收能量，新鍵產生可以釋放能量，因此，放熱和吸熱的過程會伴隨每個反應的發生，而化學反應的熱效應就是由新舊鍵之間更替產生的能量差決定的。

能量轉換是普遍存在的，且嚴格遵循能量守恒定律，由于化學反應反應物和生成物所具有的能量一定不是相等的，因此，化學反應一定會有吸熱和放熱，也就伴隨化學能和熱能的轉換。這里引入熱效應的概念：一定溫度下生成1mol生成物的化學反應，完成反應所吸收或釋放的熱量為該反應在此溫度下的熱效應，又稱為“焓變”(用△H表示)，△H=H(生成物)-H(反應物)，單位kJ/mol。△H>0表現為吸熱反應(如圖1所示)，△H<0表現為放熱反應(如圖2所示)。

(二)突出具體應用，優化學習過程

1.有效碰撞理論

現階段對所學的“有效碰撞理論”的應用，仍處于概念理解的初級階段。學習這個理論的主要目的是為了幫助我們認識微觀過程下化學反應變化的實質。化學反應發生的先決條件是反應物分子之間必須發生碰撞，但只有少數分子的碰撞能發生反應，我們稱這種可以發生反應變化的碰撞為有效碰撞。而發生有效碰撞需要兩個先決條件，一是發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生碰撞。以A2+B2→2AB的反應為例，能量關系如圖3所示(以放熱反應為例)，其中E1表示反應物的活化能，E2表示生成物的活化能，可以看出物質A2和B2在過渡態處于一個較高的能量點并發生化學鍵的斷裂和生成，最終得到2AB，兩個活化能的差值即為該化學反應的反應熱。

2.蓋斯定律

蓋斯定律概念應用十分廣泛，必須牢記并能夠熟練應用：化學反應的反應熱只與化學反應體系的始態和終態有關，而與發生該化學反應的反應的途徑無關。可以用等式“△H=△H1+△H2=△H3+△H4+△H5”來表示。

蓋斯定律主要應用在無法直接通過某反應測得反應熱的過程中，可以用已知反應熱，通過代數關系求未知反應熱，可以在實際計算題的處理中加深理解并掌握。

(三)燃燒熱的有效學習

燃燒熱的定義比較嚴格，一定要加以認真記憶。其定義是：在標準大氣壓下，1mol純物質完全燃燒生成穩定氧化物時所放出的熱量，叫做該物質的燃燒熱，單位為kJ/mol。需要特別注意“標準大氣壓”“1mol純物質”“完全燃燒”和“穩定氧化物”這些概念。舉例說明，以氫氣標準大氣壓下燃燒為例(標明物質所處狀態)：H2(g)+1/2 O2(g)=H2O(l)；△H=-285.8kJ/mol。

需知，每種物質燃燒熱的熱化學方程式具有唯一性。規范的燃燒熱熱化學方程式的書寫，可以幫助我們更好地鞏固對反應熱概念的理解以及化學反應中化學能與熱能的轉化關系的理解。