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化学反应中的化学能及其热能

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【摘要】通过对化学反应中化学能与热能相互转换进行知识梳理和探讨,总结了相关学习经验,旨在给读者提供更有效的学习方式。

关键词】化学反应;化学能;热能

一、化学能与热能转换的本质

在“化学能与热能”转换的学习中,首先,我们要认识到化学能与热能转换的本质。从宏观角度来讲,当反应物能量低于生成物总能量时,化学反应吸热;当反应物总能量高于生成物总能量时,化学反应放热。从微观角度来讲,化学反应中,各物质是通过原子之间以化学键的形式结合而成的,当发生化学反应时总是伴随旧化学键的断裂和新化学键的生成,同时伴随着能量变化,这是化学能与热能之间发生转换的根本原因。

二、化学能与热能的有效学习

(一)把握重点内容,明确学习要求

学习“化学能与热能”主要着重对以下知识的学习,明确学习要求:理解和掌握化学反应的基本原理,对化学反应中的能量转化关系有清晰认识,同时对基本概念能够区分和掌握。“化学反应的基本原理”,简单来说,是指每一次化学反应的发生必然伴随旧键断裂和新键形成,旧键断裂需要吸收能量,新键产生可以释放能量,因此,放热和吸热的过程会伴随每个反应的发生,而化学反应的热效应就是由新旧键之间更替产生的能量差决定的。能量转换是普遍存在的,且严格遵循能量守恒定律,由于化学反应反应物和生成物所具有的能量一定不是相等的,因此,化学反应一定会有吸热和放热,也就伴随化学能和热能的转换。这里引入热效应的概念:一定温度下生成1mol生成物的化学反应,完成反应所吸收或释放的热量为该反应在此温度下的热效应,又称为“焓变”(用△H表示),△H=H(生成物)-H(反应物),单位kJ/mol。

(二)突出具体应用,优化学习过程

1.有效碰撞理论现阶段对所学的“有效碰撞理论”的应用,仍处于概念理解的初级阶段。学习这个理论的主要目的是为了帮助我们认识微观过程下化学反应变化的实质。化学反应发生的先决条件是反应物分子之间必须发生碰撞,但只有少数分子的碰撞能发生反应,我们称这种可以发生反应变化的碰撞为有效碰撞。而发生有效碰撞需要两个先决条件,一是发生碰撞的分子必须具有较高的能量(称为“活化分子”),二是分子在一定方向上发生碰撞。以A2+B2→2AB的反应为例,能量关系如图3所示(以放热反应为例),其中E1表示反应物的活化能,E2表示生成物的活化能,可以看出物质A2和B2在过渡态处于一个较高的能量点并发生化学键的断裂和生成,最终得到2AB,两个活化能的差值即为该化学反应的反应热。2.盖斯定律盖斯定律概念应用十分广泛,必须牢记并能够熟练应用:化学反应的反应热只与化学反应体系的始态和终态有关,而与发生该化学反应的反应的途径无关。可以用等式“△H=△H1+△H2=△H3+△H4+△H5”来表示。盖斯定律主要应用在无法直接通过某反应测得反应热的过程中,可以用已知反应热,通过代数关系求未知反应热,可以在实际计算题的处理中加深理解并掌握。

(三)燃烧热的有效学习

燃烧热的定义比较严格,一定要加以认真记忆。其定义是:在标准大气压下,1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热,单位为kJ/mol。需要特别注意“标准大气压”“1mol纯物质”“完全燃烧”和“稳定氧化物”这些概念。举例说明,以氢气标准大气压下燃烧为例(标明物质所处状态):H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l);△H=-285.8kJ/mol。需知,每种物质燃烧热的热化学方程式具有唯一性。规范的燃烧热热化学方程式的书写,可以帮助我们更好地巩固对反应热概念的理解以及化学反应中化学能与热能的转化关系的理解。

参考文献:

[1]何彩霞.从能量角度认识化学反应———对必修2“化学能与热能”教学的思考[J].教学仪器与实验,2012,(11):3.

作者:任泫凝 单位:山东省济南市章丘区第五中学高二〈十四班〉

化学教育杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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