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用给定的键能估算能量变化

计算本身只是一次减法,可细心的学生仍然常常在这里弄错符号。

本页内容
  1. 为什么是“断键减成键”?
  2. 具体怎么做?
  3. 例题详解
  4. 要留意的错误
  5. 自我检测
  6. 下一步

用键能估算能量变化的方法是:把反应物中每个键断裂所需的能量加起来,把生成物中每个键形成所释放的能量加起来,然后相减:断键总和减成键总和。结果以 kJ/mol 为单位。

这一课以解读能量图为基础,是能量变化与化学键中的计算部分。

为什么是“断键减成键”?

断键吸收能量,所以断键总和是投入的能量。成键释放能量,所以成键总和是放出的能量。如果放出的比投入的多,整个反应是放热的,答案为负。

键能数值由题目给出。本课的数字是为练习而取的、经过四舍五入的示意值,所以请使用你自己那道题的表,不要用这里的数值。

具体怎么做?

  1. 配平方程式,并画出结构,使每个键都看得见。方程式配平推理训练工具可以帮你数原子。
  2. 列出断裂的键,用系数算出每种的数目。
  3. 把断裂它们所需的能量加起来。
  4. 列出形成的键,并把释放的能量加起来。
  5. 相减: 断键 − 成键。
  6. 解读符号,再加上 kJ/mol。

例题详解

键能为练习用的给定值,单位 kJ/mol:C–H 413,O=O 498,C=O 805,O–H 464。

估算 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O 的能量变化。

第一步,断裂的键: 一个 CH₄ 有 4 个 C–H 键。两个 O₂ 分子有 2 个 O=O 键。

第二步,断键所需能量: 4 × 413 = 1652。2 × 498 = 996。总和 = 1652 + 996 = 2648 kJ/mol。

第三步,形成的键: 一个 CO₂ 有 2 个 C=O 键。两个 H₂O 分子有 2 × 2 = 4 个 O–H 键。

第四步,释放的能量: 2 × 805 = 1610。4 × 464 = 1856。总和 = 1610 + 1856 = 3466 kJ/mol。

第五步,相减: 2648 − 3466 = −818 kJ/mol。

第六步,解读: 符号为负,所以反应是放热的。

检查: 成键释放的能量(3466)多于断键所需的(2648),与负数答案相符。重新计算,1652 + 996 = 2648,1610 + 1856 = 3466,相减再次得到 −818。

要留意的错误

有两种失误很常见。

错误答案 1: 氧气用 1 × 498,得到断键 = 1652 + 498 = 2150,ΔH = 2150 − 3466 = −1316 kJ/mol。

学生忽略了 O₂ 前面的系数 2。

错误答案 2: 成键 − 断键 = 3466 − 2648 = +818 kJ/mol。

学生把减法的顺序弄反,符号随之颠倒,反应的类型也判断错了。

纠正的方法是养成简单的习惯。每种键的数目都乘以系数,开始前先在解题过程上方写下“断键 − 成键”作为标题。然后用“放出的能量比需要的多,答案就为负”来检查符号。

自我检测

下面的练习使用这些给定值:H–H 436,Cl–Cl 242,H–Cl 431,N≡N 945,N–H 391。

1. 估算 H₂ + Cl₂ → 2HCl 的能量变化。

查看答案

断键:436 + 242 = 678。成键:2 × 431 = 862。能量变化 = 678 − 862 = −184 kJ/mol,放热。

2. 估算 N₂ + 3H₂ → 2NH₃ 的能量变化。(每个 NH₃ 有 3 个 N–H 键。)

查看答案

断键:945 + 3 × 436 = 945 + 1308 = 2253。成键:2 × 3 × 391 = 6 × 391 = 2346。能量变化 = 2253 − 2346 = −93 kJ/mol,放热。

3. 有学生在第 1 题得到 +184 kJ/mol。哪里出错了?

查看答案

他把减法的顺序弄反了(成键 − 断键)。正确的顺序是断键 − 成键,得到 −184 kJ/mol。

下一步

接下来区分断键与成键,让两个总和保持清晰,然后试做完整的练习题。摩尔与方程式比例辅导工具也展示了系数如何贯穿物质的量的计算。

有些学生状态好的时候每一步都会,可在压力下还是会滑一下。一对一线上化学补习的老师可以观察你的版面布局,帮你建立一个能保护符号的作答顺序。

常见问题

用键能求能量变化的公式是什么?

能量变化 = 打断反应物中所有化学键所需的总能量,减去形成生成物中所有化学键所释放的总能量。结果为负表示放热,为正表示吸热。答案要写上 kJ/mol。

为什么答案只是估算值?

表中的键能是许多不同分子的平均值。某个具体化学键的真实能量取决于它所处的环境,所以计算值接近但不等于实测值。

要乘以方程式里化学式前面的数字吗?

要。系数表示参与反应的该分子的摩尔数,所以把一个分子中每种键的数目乘以这个系数。忘记这一步,是仅次于符号错误的最常见失误。

更新于:

下一步

如果方法懂了,答案却总是符号或数量出错,一对一的老师可以逐行看你的解题过程,找出是哪个习惯出了问题。

一小时付费试听课,按所安排老师确认的收费,RM80 起。 其他费用、时间安排及后续课程,在试听课后由家长与老师直接确认。

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