研究圖形 理解能量

張新中

(江蘇省邗江中學，江蘇 邗江 225009)

研究圖形理解能量

張新中

(江蘇省邗江中學，江蘇 邗江 225009)

將圖形與能量相結合，可以快速考查化學反應與能量變化和考生的識圖能力，通過對圖形的識別，可以掌握化學反應中的能量變化知識.文章通過對圖形在化學反應與能量變化中的應用，教給學生識圖和將基本知識與圖形相聯系的能力，以便學生能輕松應對高考.

圖形；能量；熱化學方程式；蓋斯定律

圖形題因其簡明直觀，倍受命題者青睞，近年來在各地模擬試題經常出現，化學反應中與能量變化中也如此.

一、根據圖形判斷活化能與焓變的關系

圖1

例1 某反應的反應過程中能量變化如圖1所示(圖中E1表示正反應的活化能，E2表示逆反應的活化能).下列有關敘述正確的是( ).

A．該反應為放熱反應

B．催化劑能改變該反應的焓變

C．催化劑能降低該反應的活化能

D．該反應逆反應的活化能大于其正反應的活化能

解析從圖中看，反應物的總能量低于生成物的總能量，故該反應為吸熱反應，A項錯誤；焓變是指反應物與生成物之間的能量差值，與反應過程無關，B項錯誤；加入催化劑之后，E1、E2變小，說明活化能減小了，C項正確；由圖可知，逆反應的活化能小于正反應的活化能，D項錯誤.答案：C.

延伸拓展ΔH=E1-E2，催化劑能同等程度地降低正、逆反應的活化能，但不改變化學反應始態和終態的物質的能量，故催化劑對化學反應的焓變無影響.

二、根據圖形理解吸、放熱反應

例2 下列物質間的反應，其能量變化符合圖2的是( ).

圖2

A．鋅粒與稀硫酸的反應

B．灼熱的炭與二氧化碳反應

C．Ba(OH)2·8H2O晶體和NH4Cl晶體混合

D．碳酸鈣的分解

解析如圖2所示為放熱反應能量圖，A為放熱反應，B、C是吸熱反應；D是吸熱反應.答案：A

延伸拓展反應物的總能量高于生成物的總能量時，放熱反應；當反應物的總能量低于生成物的總能量時，吸熱反應.一般來說，常見的放熱反應有：大多數化合反應、金屬與酸的反應、物質的燃燒反應、中和反應、鋁熱反應等；常見的吸熱反應有：大多數分解反應、氫氧化鋇晶體與氯化銨的反應、炭與水及CO2的反應等.

三、根據圖形確定反應過程中能量的變化

例3 化學反應A2+B2=2AB的能量變化如圖3所示，則下列說法正確的是( ).

圖3

A．該反應是吸熱反應

B．斷裂1molA-A鍵和1molB-B鍵能放出xkJ能量

C．斷裂2molA-B鍵需要吸收ykJ的能量

D．2molAB的總能量高于1molA2和1molB2的總能量

解析從能量變化圖上可以看出，反應物總能量高于生成物總能量，該反應是放熱反應，A、D錯誤；斷鍵時要吸收能量，B項錯誤，C項正確.答案：C

延伸拓展化學反應的本質是舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成，前者吸收能量，后者放出能量，它們之間的差值即為該反應的能量變化.

四、根據圖形書寫熱化學方程式或判斷正誤

例4SF6被國際上稱為“氣體絕緣開關設備”，80%用于高中壓電力設備.S與F2反應制備SF6的能量變化圖像如圖4所示.化學上，常用生成熱(ΔH)表示物質的相對能量(kJ·mol-1)，單質的相對能量為0.

圖4

已知SF6(g)的生成熱為-1209kJ·mol-1.

下列說法或表示正確的是( )

A．圖像中ΔH2=-344kJ·mol-1

B．斷裂SF6(g)分子中化學鍵要放出能量

C．S(g)+3F2(g)=SF6(g)ΔH=-1209kJ·mol-1

D．SF4(g)的化學性質比SF6(g)化學性質穩定

解析根據物質相對能量計算反應熱：ΔH2=(-1209kJ·mol-1)-(-775kJ·mol-1+0)=-434kJ·mol-1，A項錯誤；斷裂化學鍵要吸收能量，B項錯誤；根據蓋斯定律知：

S(g)+3F2(g)=SF6(g)

ΔH=ΔH1+ΔH2=-1209kJ·mol-1

C項正確；生成時放出的能量越多，物質越穩定，故SF6(g)的化學性質比SF4(g)化學性質穩定，D項錯誤.答案：C

延伸拓展熱化學方程式的書寫和正誤判斷，一般要注意以下幾個方面：(1)各物質的聚集狀態是否符合題目給出的信息；(2)ΔH的單位和符號(“+、-”)是否正確；(3)熱化學方程式的計量數與ΔH的數值是否對應；(4)反應是否可逆；(5)燃燒熱和中和熱的問題要緊扣燃燒熱和中和熱的基本概念.對于燃燒熱，可燃物必須為1mol，生成物要穩定；對于中和熱，溶液要稀，生成物水必須為1mol.

五、根據圖形理解蓋斯定律

例5 已知化學反應的熱效應只與反應物的初始狀態和生成物的最終狀態有關，如圖5(Ⅰ)所示：ΔH1=ΔH2+ΔH3.根據上述原理和圖(Ⅱ)所示，判斷各對應的反應熱關系中不正確的是( ).

圖5

A．A→F：ΔH=-ΔH6

B．A→D：ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3

C．ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0

D．ΔH1+ΔH6=ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5

解析A→F與F→A始態與終態換位，數值不變但符號相反，A項正確；由圖5(Ⅱ)知，A→D經歷了A→B、B→C、C→D三個階段，故可知ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3，B項正確；圖5(Ⅱ)是頭尾相連型，經過一個循環，體系處于始態能量的變化為0，C項正確.答案：D

延伸拓展蓋斯定律的兩種圖示如下：

箭頭相遇型可理解為一步完成與幾步完成，其反應熱相同，表達式為ΔH1=ΔH2+ΔH3.頭尾相連型可理解為反應熱只與反應體系的始態與終態有關，與反應途徑無關，表達式為ΔH1+ΔH2+ΔH3=0.

六、根據比較物質的穩定性

例6 單斜硫和正交硫轉化為二氧化硫的能量變化如圖6所示，下列說法正確的是( ).

圖6

A．S(s，單斜)=S(s，正交)

ΔH=+0.33kJ·mol-1

B．相同物質的量的正交硫比單斜硫所含有的能量高

C．正交硫比單斜硫穩定

D．①式表示斷裂1molO2中的共價鍵所吸收的能量比形成1molSO2中的共價鍵所放出的能量少297.16kJ

解析單斜硫的能量比正交硫的能量高，S(s，單斜)=S(s，正交)ΔH=-0.33kJ·mol-1，為放熱反應，A項錯誤；由圖象可以看出，單斜硫的能量比正交硫的能量高，B項錯誤；物質的能量越高越不穩定，則正交硫比單斜硫穩定，C項正確；①式反應需斷裂單斜硫中S-S鍵和O=O鍵，不僅僅是斷裂1molO2中的共價鍵所吸收的能量，D項錯誤.答案：C

延伸拓展物質穩定性的判斷方法：一是看能量，能量越低越穩定；二是看鍵能，鍵能越大越穩定.

鏈接高考

1．(2011·海南卷)圖7是金屬鎂和鹵素反應的能量變化圖(反應物和產物均為298K時的穩定狀態).

圖7

下列選項中正確的是( ).

A．Mg與F2的反應是放熱反應

B．MgBr2與Cl2反應的ΔH<0

C．化合物的熱穩定性順序為MgI2>MgBr2>MgCl2>MgF2

ΔH=+600kJ·mol-1

解析依據圖象分析判斷，Mg與F2的能量高于MgF2，依據能量守恒判斷，反應是放熱反應，A項正確；依據圖象分析，MgBr2能量高于MgCl2，依據活潑性判斷，Cl2能量高于Br2，所以反應是放熱反應，B項正確；物質的能量越低越穩定，易圖象數據分析，化合物的熱穩定性順序為：MgI2

答案：C

2．(2012·大綱卷)反應A+B→C(ΔH<0)分兩步進行：①A+B→X(ΔH>0)，②X→C(ΔH<0).圖8示意圖中，能正確表示總反應過程中能量變化的是( ).

解析由反應A+B→C(ΔH <0)分兩步進行①A+B→X (ΔH>0) ② X→C(ΔH <0)可以看出，A+B→C(ΔH<0)是放熱反應，A和B的能量之和C，由①A+B→X(ΔH>0)可知這步反應是吸熱反應，X→C(ΔH<0)是放熱反應，故X的能量大于A+B；A+B的能量大于C，X的能量大于C.

答案：D

3．(2012·重慶卷)肼(H2NNH2)是一種高能燃料，有關化學反應的能量變化如圖9所示，已知斷裂1mol化學鍵所需的能量(kJ)：N=N為942、O=O為500、N-N為154，則斷裂1molN-H鍵所需的能量(kJ)是( ).

圖9

A．194B．391C．516D．658

解析由圖知

ΔH=-534KJ/mol

可設斷裂1molN-H鍵所需能量為xkJ，154kJ+4xkJ+500kJ-2752kJ=-534kJ，可求得x=391.答案：B

圖10

4．(2014·海南卷)某反應過程能量變化如圖10所示，下列說法正確的是( ).

A．反應過程a有催化劑參與

B．該反應為放熱反應，熱效應等于ΔH

C．改變催化劑，可改變該反應的活化能

D．有催化劑條件下，反應的活化能等于E1+E2

解析由圖示可知反應過程a需要的活化能較高，沒有催化劑參與，A項錯誤；由于反應物的能量高于生成物的能量，多余的能量就以熱能的形式釋放出來.所以該反應為放熱反應，熱效應等于反應物與生成物能量的差值ΔH，B項正確；改變催化劑，改變了反應途徑，降低了反應的活化能，但是反應熱不變，C項正確；無論是否存在催化劑，反應的活化能等于反應物與生成物的能量的差值，等于ΔH，D項錯誤.答案：BC

5．(2014·北京卷)已知：

圖11所示能量變化示意圖中，正確的是(選填字母)________.

圖11

解析降低溫度，NO2(g)轉變為N2O4(l)，則ΔH2<0，反應物能量高于生成物能量，C項錯誤；N2O4(g)轉變為N2O4(l)需要放出熱量，所以NO2(g)轉變為N2O4(g)比NO2(g)轉變為N2O4(l)放出的熱量少，B項錯誤.

答案：A

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心.化學必修[M].北京：人民教育出版社，2004.

G632

A

1008-0333(2017)22-0089-04

2017-08-01

張新中(1970.9-)，男，江蘇揚州人，高級教師，本科，從事教學研究.

責任編輯：季春陽]