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深入认识能量变化规律

来源:未知作者:吴键 点击:所属专题: 能量观
能量的观点贯穿在化学学习的始终,在后续的学习中,经常要用能量的观点来分析和解决有关问题。能量也是化学联系物理和生物的纽带之一,有必要深化对能量观点的认识。 一. 课本知识体系 1. 概念系统 (1)化学反应 放热反应:反应物总能量生成物总能量 吸热反应:反应物

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  能量的观点贯穿在化学学习的始终,在后续的学习中,经常要用能量的观点来分析和解决有关问题。能量也是化学联系物理和生物的纽带之一,有必要深化对能量观点的认识。
  一. 课本知识体系
  1. 概念系统
  (1)化学反应
  放热反应:反应物总能量>生成物总能量
  吸热反应:反应物总能量<生成物总能量
  (2)燃料充分燃烧条件
  足够多的空气
  与空气有足够大的接触面积
  2. 基本规律
  (1)一个反应是吸热还是放热,只与反应物和生成物及其状态有关,与反应途径无关。
  (2)物质的颗粒越小,其表面积越大,与空气接触越充分。
  (3)考虑燃料充分燃烧条件时,必须全面地加以分析,要考虑环境效益、经济效益等诸多因素。例如,增加空气进入量会促进充分燃烧,但也可能造成热量的大量流失。
  二. 对能量规律的深入认识
  1. 能量与元素的金属性和非金属性
  原子在失去电子形成阳离子或得到电子形成阴离子的过程中,失去电子(即电离为气态阳离子)时总是要吸收能量,失去电子数越多,吸收的能量就越多。如果金属原子失去相同数目的电子时所吸收的能量越少,其金属性就越强;反之越弱。非金属原子在结合一个电子时要放出能量,在结合一个电子后,若要结合第二个电子,则要吸收能量。如果非金属原子结合相同数目的电子时所放出的能量越大,则非金属性就越强;反之越弱。
  2. 能量与化学键
  在化学键的形成和破坏过程中,成键要放出热量,断键要吸收热量,并且吸收和放出的热量相等(对同一化学键)。深入认识能量变化规律键能越大,断键所消耗的热量或成键所放出的热量越多。因此,物质间通过化学反应形成新物质时,总是伴随着热量的变化,其反应热效应的正负和大小,与反应物断键所吸收的热量和生成物成键所放出热量的多少有关。
  如果吸收的热量大于放出的热量,总结果表现为吸热,这类反应就叫吸热反应;如果吸收的热量小于放出的热量,总结果表现为放热,这类反应就叫放热反应。
  3. 能量与化学反应的自发性
  对放热反应而言,它是由高能量的状态走向低能量状态,因此这类反应一旦启动起来,便可以自发地进行下去,如可燃物的燃烧。对吸热反应而言,它是由低能量状态走向高能量状态,因此对这类反应,需要持续提供能量,否则反应马上停止,如煅烧石灰石。该类反应类似于水从低处流向高处,需要外界持续的动力。需要说明的是氢氧化钡与氯化铵的反应是吸热反应,但在常温下可自发进行,它吸收的是周围环境(如空气)中的能量。
  4. 能量与物质溶解的热效应
  在非电解质的溶解过程中,溶质分子将克服分子间的相互作用力扩散到溶剂中(即扩散过程),溶剂分子将与溶质分子相互作用(即溶剂化过程,一般是水作溶剂,故叫水合过程)。扩散过程要吸收热量,水合过程要放出热量。如果扩散过程所吸收的热量小于水合过程所放出的热量,整个溶解过程表现为放热,反之则为吸热。大多数物质的溶解过程表现为放热。对于电解质的溶解过程,除有扩散和水合作用外,还有电离过程。由于电离会使原有的化学键遭到断裂,需要消耗外来能量,故电离总是要吸收热量的。对于能水解的盐,溶解后还会发生盐中弱酸根阴离子或弱碱阳离子的水解,水解过程是要吸收热量的。对于晶体从溶液中析出的结晶过程,由于形成规则的晶体结构,体系能量会降低,故结晶时要放出热量。
  5. 能量与物质聚集状态的变化
  由分子形成的物质,聚集状态的变化将使分子间的作用力发生改变。如由固态变成液态,液态变成气态,分子间的作用力将逐渐减小。对于不是由分子形成的物质,聚集状态的变化将使化学键受到影响或破裂。因此,物质在发生聚集状态变化的过程中,液体的蒸发和固体的熔化总是要吸收热量的,而气体的冷凝和液体的凝结则要放出热量,而且相应的正逆过程中(如水在100℃时变成水蒸气和水蒸气凝结为液态水),吸取的热量和放出的热量是相等的。
  6. 能量与物质的稳定性
  能量越高物质越不稳定,物质倾向于以稳定状态存在。较活泼的金属和非金属元素,它们的原子是不稳定结构,能量高,而它们的离子结构稳定,能量低,所以这类元素在自然界中不能以游离态,只能以化合态形式存在。

(责任编辑:化学自习室)
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