这个单元讲能量如何在化学反应中转移:一个变化是释放还是吸收能量,能量图如何表示它,什么是活化能(activation energy),以及怎样用键能(bond energy)估算能量变化。它把粒子和化学键与你观察到的现象联系起来,也为之后的反应速率和平衡打下基础。
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你需要先具备什么?
你应该会写并配平简单的化学式和方程式,并知道 H₂、H₂O 这样的共价分子由化学键结合。这些内容在化学式与方程式单元里。计算只需要基本的加减乘运算。
导入例题
这里的数值是为练习而虚构的。给定键能:H–H 436,Cl–Cl 242,H–Cl 431(kJ/mol)。估算 H₂ + Cl₂ → 2HCl 的能量变化。
第一步,断键: 1 个 H–H 和 1 个 Cl–Cl 需要 436 + 242 = 678 kJ/mol。
第二步,成键: 2 个 H–Cl 释放 2 × 431 = 862 kJ/mol。
第三步,相减: 断键 − 成键 = 678 − 862 = −184 kJ/mol。
解读: 释放的能量多于吸收的,所以反应是放热的,ΔH 为负。在能量图上,生成物会在反应物下方。
检查: 436 + 242 = 678,2 × 431 = 862,所以答案再次是 −184。
这个例子用到了释放与吸收的概念、能量图的图像,以及断键与成键的区别。本单元把每一项分开讲解。
应该按什么顺序学习?
- 区分释放的能量与吸收的能量:放热与吸热的语言。
- 解读能量图:读取高度和 ΔH 的符号。
- 在能量图上解释活化能:障碍,以及催化剂改变了什么。
- 用给定的键能估算能量变化:计算。
- 区分断键与成键:符号背后的解释。
然后做综合练习。稳妥的节奏是每天一课,周末做练习。
哪些陷阱最容易让学生中招?
- 把减法顺序弄反,算成成键减断键。
- 数键时忘了系数。
- 用峰值来算 ΔH,而不是用两条水平线。
- 声称催化剂改变 ΔH,其实它只改变活化能。
- 说放热反应不需要起始能量。
每一课都至少展示其中一种失误并加以纠正。
应该怎样使用练习?
先在纸上做每一题再看答案,并写上单位。如果需要数数方面的支持,方程式配平推理训练工具会一步步检查原子,摩尔与方程式比例辅导工具则支持周边的物质的量计算。
做错时,根据指引笔记回到对应的课程,几天后再试一道新题。
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