化学自习室移动版

首页>化学反应原理>化学反应与热能>注解与辨疑h>

化学反应的反应热与键能的关系

新教材中关于反应热的定义与旧教材相比,更为科学合理。但由于旧教材的影响,不管是在新教材的教学过程中,还是在众多的参考资料上,都存在着各种各样模糊甚至是错误的观点。例如,在全国影响较大的“志鸿优化设计”新版高三复习资料上,“化学反应的热效应ΔH=生成物的键能总和—反应物的键能总和”(教师版P19)。而在闻名全国的启东中学内部讲义2003版《原创与经典》高一化学一书P19中,则依然用的是旧教材的表示方法,“已知H—H键能为436KJ/mol,Cl—Cl键能为247KJ/mol,H—Cl键能为431KJ/mol,现有反应H2+Cl2===2HCL+179.0KJ,试讨论反应物H2、Cl2与生成物的键能与反应热的关系。”(答案为:“反应热等于生成物的键能总和与反应物的键能总和之差。”)可见,搞清楚新旧教材中反应热概念的不同,明确反应热的涵义,是当前教学中迫切需要解决的一个问题。为此,笔者特撰写此文,与同行商榷。

一、新旧教材中关于反应热概念的比较

在旧教材中,吸收热量用“—”号表示,放出热量用“+”号表示。“—”和“+”都写在化学方程式的右边,单位用“KJ”。例如:2H2(g)+O2(g)====2H20(1)+571.6KJ。

而在新教材中,对于热反应,生成物释放的总能量比反应物吸收的总能量大,由于反应后放出热量而使反应本身能量降低,因此,规定放热反应的ΔH为“—”。反之,对于吸热反应,则由于反应后吸收热量而使反应本身能量增加,而规定ΔH为“+”,ΔH值表示在热化学方程式的右边,且与方程式之间用“;”隔开,单位为“KJ/mol”。通过对比,不难发现,旧教材中,放热反应原用+Q(Q>0)表示在方程式的右边,单位为KJ;吸热反应则用—Q(Q>0)。而新教材中,放热反应则在方程式之后用“;”隔开,用ΔH==—QKJ/mol表示,吸热反应则用ΔH==+QKJ/mol表示。两者明显的不同:一是符号相反,二是单位不同。

通过比较,新教材对于反应热的定义与旧教材相比更为科学、准确,也为高层次知识的学习作了一个很好的铺垫。对于新教材中的单位“KJ/mol”要有一个正确认识,这里的“mol-—1”并不是指1mol 反应物或生成物,而是指“1mol 反应”,如H2(g)+O2(g)=H20(1);ΔH=-286KJ/mol,此处“mol”并不是指1mol H2或1mol O2,而是“1mol 反应”。所谓1mol 反应可以是1mol H2(g)和molO2(g)起反应,也可以是2mol H2和1mol O2起反应,前者放热286KJ,后者则放热572KJ,ΔH值 应和热化学方程式的化学计量数值相对应,从而使“1mol 反应”有明确的含义,因此,在教学过程中,教师一定要明确“1mol”的含义,如对于上述方程式的读法,应读为“1mol 氢气与mol氧气反应生成1mol 液态水,反应放出286KJ热量”,而不要笼统读成“反应放出286KJ/mol热量”。

二、键能与反应热的关系

键能是指破坏1mol 气态共价键所吸收的能量,其数值与形成1mol 气态共价键所释放出的能量相等,单位是KJ/mol。

化 学反应实质上是反应物原有化学键的断裂(这个过程吸收能量)和生成物新化学键生成的过程(这个过程是释放能量)。所以,依据键能的数值可以计算化学反应的 热效应。反之,也可依据反应热计算化学键的键能。但要明确的是,这种键能与反应热间的相互换算,只适用于反应物和生成物都是气态的反应。在新版教材高三P35页,1mol H2分 子中化学键断裂时需吸收436KJ的能量,即是指H—H键能为436KJ/mol,Cl—Cl键则为243KJ/mol,而H—Cl键能为431KJ /mol,不难得出,依据旧教材,反应热Q=生成物所有键能之和—反应物所有键能之和。当Q>0时,该反应为放热反应,反之则为吸热反应。而对于新教材, 反应热ΔH=反应物所有键能之和—生成物所有键能之和。当ΔH>0 时,为吸热反应,反之为放热反应。所以,由于新旧教材更替,导致一些概念的模糊甚至得出错误的观点并不奇怪,如前面提到的启东中学《原创与经典》中题目和 答案都是正确的,但从配合新教材的角度出发,它显然有点不合时宜,而《志鸿优化》中的错误则显然是受了旧教材的影响。为此,作为教师,在教学过程中,一定 要注意引导学生建立正确的观念,不能让各种错误的观点影响学生,要特别提醒学生在看课外资料时,要明辨是非。

三、键能与“反应物本身的能量”

根据能量守恒,如果反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量,反应物转化为生成物时要放出热量,反应为放热反应。反之,则为吸热反应。根据ΔH的定义,ΔH=生成物所具有的总能量—反应物所具有的总能量。当ΔH>0 时,体系能量减少,为放热反应,反之为吸热反应。显然,物质本身所具有的能量与键能虽然都与“能”贴边,但两者的意义是完全不同的,一定要注意加以区分。 由此可见,新教材的这种表达形式更好地揭示了反应过程中的能变化情况。与此相比,旧教材的表达形式偏重于展现反应过程中的热效应,为巩固以上概念,现选三 道比较经典的热化学方面的题目供大家参考。

例一.已知甲烷在气氧气中燃烧反应是一个放热反应,则下列叙述中,正确的是(   )

A、甲烷所具有的总能量高于二氧化碳所具有的总能量。

B、甲烷所具有的总能量高于水和二氧化碳的总能量。

C、1分子CH4与1分子O2具有的能量和大于1分子CO2与H2O具有的能量和。

D、1分子CH4(g)与2分子O2(g)具有的能量和大于1分子CO2(g)与2分子H2O(g)具有的能量之和。

解析:放热反应指的是所有反应物具有的总能量高于所有生成物具有的总能量的反应。AB选项中甲烷并不是所有的反应物,CO2也不是所有的生成物;C项中则没有注意热化学方程式的配平,也没有注意反应物生成物的状态;所以,只有D正确。

例2、已知石墨与金刚石燃烧的热化学方程式如下:

(1)c(石墨.S)+O2(g);ΔH1=-393.8KJ/mol

(2)c(石墨.S)+O2(g);ΔH1=-395.2KJ/mol

对于单质碳而言,稳定的单质为石墨还是金刚石?,其理由是。

解析:根据盖斯定律,反应放出或吸收的热量取决于反应物初始状态和生成物的最终状态,而与反应的途径无关。将上述方程式(1)-方程式(2)得,c(石墨.S)=c(金刚石.S);

ΔH=1.4KJ/mol;ΔH>0,可见,由石墨转变为金刚石的反应需吸收热量,即石墨的能量低于金刚石,能量越低的物质越稳定,故石墨稳定。

例3、火箭推进器中盛有强还原剂液态肼(N2H4)和强氧化剂双氧水,当它们混合反应时,即产生大量氮气和水蒸气,并放出大量热。已知0.4mol 液态肼与足量液态双氧水反应,生成氮气和水蒸气,放出256.6KJ的热量。

(1)反应的热化学方程式为                                      

(2)已知H2O(1)=H2O(g);ΔH=44KJ/mol,则16g 液态肼与液态双氧水生成液态双氧水生成液态水时,放出热量是KJ。

解析:(1)先写出化学方程式,配平得到N2H4+2H2O==N2+4H2O;再根据热化学方程式的要求注明其聚集状态;根据0.4mol ,N2H4放出256.6KJ的热量,计算出1mol N2H4放出641.5KJ热量。最后得:N2H4(1)+2H2O2(l)==N2(g)+4H2O(g); ΔH=-641.5KJ/mol。

(2)16克肼的物质的量为0.5mol ,根据上述方程式,放出的热量=0.5mol ×641.5KJ/mol=320.75KJ,而生成的2mol 的气态水在转变为液态水时,依据H2O(1)=H2O(g);ΔH=44KJ/mol。得H2O(g)==H2O(1);ΔH=-44KJ/mol又会放出2mol ×44KJ/mol=88KJ,所以,总计放出的热量为320.75KJ+88KJ,即408.75KJ。

或将N2H4(1)+2H2O2(1)===N2(g)+4H2O(g);ΔH=-641.5KJ/mol

减去方程式4H2O(1)==4H2O(g);ΔH=4×44KJ/mol

得N2H4(1)+2H2O2(1)=N2(g)+4H2O(1);ΔH=-817.5KJ/mol

可计算出:16g N2H4(1)放出的热量=0.5mol ×817.5KJ/mol=408.75KJ

(责任编辑:)
说点什么吧
  • 全部评论(0