资深教师带你学:高二化学选修一之化学反应与热效应-能量变化

第02部分 能量变化

(一)化学反应中的能量变化

1. 成、断键与化学反应的能量变化

化学反应的本质是原子(原子团)的重新组合，即旧键断裂和新键形成。

其中断键吸收能量，成键放出能量。因此化学反应的能量变化与成断键的关系：

①断键吸收的能量＞成键放出的能量，化学反应吸收能量；

②断键吸收的能量＜成键放出的能量，化学反应放出能量。

化学键的形成过程可以简化为一个相互吸引的粒子模型，电子被两个原子核同时吸引从而形成引力键。当电子想摆脱原子核的束缚需要增加自身的动能，即化学键的断裂需要吸收环境的能量。

化学键断裂后的原子的电子处于高能状态，在形成新的化学键时电子会通过轨道的转移降低能量从而形成稳定的产物，这一过程会向环境中放出能量。

例如，在25℃和101kPa的条件下，由H原子形成1 mol H-H键要放出436 kJ的能量，而断开1 mol H-H键重新变为H原子要吸收436 kJ的能量。

2. 反应物、生成物的化学能与化学反应的能量变化

由于不同物质所含化学键种类和数量不同，故所含化学能不同。

一个化学反应在完成过程中是“吸收能量还是放出能量”决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小：

①反应物的总能量＞生成物的总能量，化学反应放出能量(下图左)；

②反应物的总能量＜生成物的总能量，化学反应吸收能量(下图右)。

物质的化学键键能越高，则化学能越低，稳定性越强。因此破坏稳定反应物的化学键使其发生化学反应所需的能量更高。

(二)常见的吸、放热反应

1. 常见的放热反应包括：

①一切燃烧反应；

②活泼金属与酸或水的反应；

③酸碱中和反应；

④大多数化合反应(N₂＋O₂^放电2NO是吸热反应)。

2. 常见的吸热反应包括：

①大多数的分解反应，如NH₄Cl ^△HCl↑＋NH₃↑；

②一些晶体的反应，如Ba(OH)₂·8H₂O＋2NH₄Cl BaCl₂＋2NH₃↑＋10H₂O；

③以C、H₂、CO为还原剂的氧化还原反应；

④C＋CO₂^高温2CO。

化学反应是吸热反应还是放热反应，只与反应物和生成物的总能量相对大小有关，与反应前是否需要加热无关。吸热反应可能不需要加热，放热反应可能需要在高温条件下进行。

(三)常见的吸、放热过程(非化学反应过程)

表01-01 常见相态变化的吸放热汇总

当物质溶解在H₂O中发生电离时，存在化学键的断裂，属于吸热过程，同时溶质分子或离子也会与H₂O发生水合过程，这过程是放热过程。因此不同的物质在H₂O中溶解时有吸热和放热的情况：

①电离吸收的能量＞水合放出的能量，溶解/稀释过程吸收能量；

②电离吸收的能量＜水合放出的能量，溶解/稀释过程放出能量。