注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

一起学化学

用化学的视角另眼看世界

 
 
 

日志

 
 

中学化学能量观建构的价值  

2014-03-04 21:03:56|  分类: 高考辅导 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |
                                         中学化学能量观建构的价值

1形成核外电子运动的能量思维方式

核外电子运动不同于宏观物体的运动。宏观物体运动是遵循牛顿运动定律的,可以按照牛顿式思维研究其运动特征,即物体有确定的运动速度和运动轨迹,可以预测在一定的时刻物体的准确位置。核外电子的运动不能按照牛顿运动定律进行描述,而是用能量来描述核外电子的运动。核外电子运动是有能量高低的,能量低的电子通常在离核较近的区域内运动,能量高的电子通常在离核较远的区域运动,人们把这种按照能量高低的运动区域称为电子层。在牛顿力学中,一个体系的能量(或其它物理量),是取连续变化的数值。而核外电子运动的能量是量子化的,即电子运动的能量只能取一些不连续的能量状态。因此,人们按照能量的量子化思维方式来研究核外电子的运动特征。

2预测元素的性质

元素性质主要是指元素的金属性或非金属性。元素的金属性指的是元素原子失去最外层高能量电子使其原子达到较低能量的稳定结构的能力,失去电子能力越强,元素的金属性越强。元素的非金属性指的元素原子得到电子使其原子达到较低能量的稳定结构的能力,得电子能力越强,非金属性越强。元素原子失去最外层电子的能力或得到电子的能力与原子的电子层数以及最外层电子数有关,电子层数越多,最外层电子数越少,越容易失去最外层电子,元素金属性越强。电子层数越少,最外层电子数越多,越容易得到电子,元素非金属性越强。利用原子半径、电离能和电子亲合能等参数可以比较、预测元素原子的得、失电子能力,进而比较、预测元素金属性或非金属性。

3解释和预测物质的性质

晶体的性质就是从结构和能量的角度进行解释和预测的。在原子晶体中,各原子均以共价键相结合,只要共价键不被破坏,原子就不能自由移动。破坏原子晶体中的共价键需要非常大的能量,因此原子晶体的熔点很高,硬度很大,性质十分稳定。在离子晶体中,离子间存在着较强的离子键,使离子晶体的硬度较大、难于压缩,而且要使离子晶体由固态变成液态或气态,需要较多的能量破坏这些较强的离子键,因此,一般来说,离子晶体具有较高的熔点和沸点。分子晶体是通过分子之间的作用构成的。由于分子间作用力很弱,要破坏它使晶体变成液体或气体就比较容易,所以分子晶体具有较低的熔点和沸点,硬度也较小。

物质的化学性质也是从构成其分子的化学键的稳定性角度来进行解释和预测的。构成物质的分子的化学键越强,分子的结构就越稳定,该物质的化学性质就越不活泼。

4了解物质鉴定的方法

在分子或比分子更低的层次,能量与物质的产生是不连续的。当一个原子或分子的能量由一个能级以一定的跳跃方式转变成另一个能级时,两种能级之间不可能有其他等级。这种原子水平的量子效应产生的现象与我们熟悉的现象大不相同。当辐射遇到原子时,如果辐射能够以恰好的能量,原子的内能就能被激发到较高的能级。同样,当原子的能级下降一级时,就会产生一定不连续量的辐射能。所以,利用物质发出的光和吸收的光,可以鉴定是什么物质。

5解释影响化学反应速率的条件

反应物浓度、温度、压强(主要对有气体参加的反应)、催化剂等条件能影响化学反应速率。根据化学反应的本质以及分子运动论观点,人们提出了碰撞理论来解释影响化学反应速率的条件。

在其他条件不变时,增大反应物的浓度可以增大化学反应速率。对某一反应来说,活化分子在反应物分子中所占的百分数是一定的,因此,单位体积内活化分子的数目与单位体积内反应物分子的总数成正比,也就是和反应物的浓度成正比。当反应物的浓度增大时,单位体积内分子数增多,活化分子数也相应增大,单位时间内的有效碰撞次数也相应增多,化学反应速率就增大。在浓度一定时,升高温度,反应物分子的能量增加,使一部分原来能量较低的分子变成活化分子,从而增加了反应物分子中活化分子的百分数,使有效碰撞次数增多,因而增大反应物的浓度可以增大化学反应速率。

对于气体来说,当温度一定时,一定量气体的体积与其所受的压强成正比。所以增大压强,就是增加单位体积里反应物的物质的量,即增大反应物的浓度,因而可以增大化学反应速率。如果参加反应物的物质是固体、液体或溶液时,由于改变压强对它们体积改变的影响很小,因而对它们浓度改变的影响很小,可以认为改变压强对它们的反应速率无影响。

大量实验表明,温度每升高10℃,化学反应速率通常增大原来的2-4倍。在浓度一定时,升高温度,反应物分子的能量增加,使一部分原来能量较低的分子变成活化分子,从而增加了反应物分子中活化分子的百分数,使有效碰撞次数增多,因而化学反应速率增大。

催化剂能够增大化学反应速率的原因,是能够降低反应物所需要的能量,这样就会使更多的反应物分子成为活化分子,大大增加了单位体积内反应物分子中活化分子所占百分数,成千上万倍地增大化学反应速率。

6定量研究化学反应的热效应

为了定量描述化学反应释放或吸收的热量,人们把一定温度下进行的化学反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应,简称反应热。根据能量守恒定律,反应热的数据可以通过实验测得,也可以运用理论计算求得。

实验测量反应热是通过测量反应前后反应体系温度的变化值。并利用公式Q=-C(T2-T1)计算反应释放或吸收的热量。式中C表示体系的热容,T1、T2分别表示反应前和反应后体系的温度。

化学反应的能量守恒可以表示为:△U体系= Q-w。恒压下的许多化学反应主要做的是体积功,因此,化学反应的热能可以表示为Q=△U+P△V。把U+PV用H来表示,则Q=△H。H被定义为体系的热含量或焓,△H是热含量的变化或焓的变化。焓的变化就定义为在恒压下发生的一种化学变化所吸收的热量或释放的热量。如果在恒压下进行的一种化学反应的△H是负值,此体系向环境放热,这种反应叫做放热反应。如果在恒压下进行的一种化学反应的△H是正值,体系从环境吸收了热能,这种反应叫做吸热反应。盖斯总结出如下定律,对于一个化学反应,无论是一步完成还是几步完成,其反应焓变是一样的。根据盖斯定律,可以利用已知化学反应的焓变求得未知化学反应的焓变。

7判断物质转化的方向

化学反应放出的大部分能量可以使它去做有用功,但是在正常情况下有一些能量不能用于做有用功。一种反应如果只要能够做有用功,它就可以在恒温和恒压条件下自发地进行;反之,如果该反应不能做有用功,它就不会在恒温和恒压条件下自发地进行。在恒温恒压条件下一个反应所能做的最大有用功叫做该反应的吉布斯自由能变化△G,△G=△H-T△S。如果△G为负值,反应在恒温和恒压条件下可以自发地进行。如果△G为正值,反应在恒温和恒压条件下不能自发地进行。对于处于平衡的体系来说,△G必须等于零。所以利用△G可以判断物质转化的方向。

8解释生命系统中的物质守恒与能量流动关系

生命系统中的能量可以解释为:它贮存在分子结构中,在光合作用中生成,在氧化过程中释放出去。

所有的物质都有向无组织状态发展的趋势。生命系统为了维持其化学组织和物理组织,需要连续不断地输入能量。生命系统死亡后,能量摄入停止,便迅速解体。生命所需能量主要来源于太阳。植物吸收光并利用光在含碳(有机)分子的原子之间形成强有力的化学键,从而捕获能量。利用这些分子可以装配成具有生物活力的更大的分子(包括蛋白质、脱氧核糖核酸、糖和脂肪)。此外,还可以把存储在原子之间的化学键中的能量(化学能)作为生命过程的能量来源。食物分子的化学键含有能量。当食物分子的化学键被打破并形成化学键能量较低的新的化合物时,食物分子中的能量就会释放出来。细胞通常把这种能量暂时储存在一种小型高能化合物的磷酸盐键中,这种化合物称为三磷酸腺苷(ATP)。正因为生命体中的复杂性和组织性,才满足了生命体为生存而获取、转换、输运、释放和消解物质和能量的需要。

生命体和种群在生态系统中的分布和繁衍受制于物质和能量的可获性以及生态系统循环使用物质的能力。

9了解核能的利用

核能的和平利用主要用于发电。核能是干净、安全、经济的能源,发展利用核能是必由之路。核能既可以通过某些重原子核的裂变取得,也可以通过非常轻的原子核之间的聚变获得。利用反应堆可以获得原子核裂变能,利用惯性约束法可以获得核聚变能。核能是地球上储量最丰富的资源,又是高度浓缩的能源。1吨金属铀裂变所产生的能量相当于2.7Mt标准煤。地球上已探明的核裂变燃料按其所含能量计量,相当于化石燃料的20倍。地球上存在着大量的聚变核燃料氘。每升海水中有0.03克氘,所以地球上仅在海水中就有45亿吨氘。1升海水中所含的氘,经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放的能量。1吨氘聚变产生的能量相当于1Mt标准煤。

  评论这张
 
阅读(25)| 评论(0)
推荐 转载

历史上的今天

在LOFTER的更多文章

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017