正确认识化学反应中的断键与成键

吴孙富

“化学反应的实质是旧键的断裂和新键的生成”是指化学反应中一定有旧键的断裂和新键的生成，并不是说反应物中的所有化学键都要断裂、产物中的所有化学键都是新生成的。在一些简单的化学反应中，存在着反应物中的所有化学键都断裂、产物中的所有化学键全部新生成的现象，但这些反应的实际反应过程一般都不是反应物中的化学键都断裂之后才生成产物中的新化学键的。例如，在合成氨的反应中，在现有的合成条件下，氢气和氮气都不可能离解为氢原子和氮原子，氢气和氮气是在铁触媒的表面协同作用、经历了较复杂的反应历程后才生成氨分子的。所有的化学反应都有旧键的断裂和新键的生成，但大多数化学反应都存在着原子团内的化学键在反应前后不变的情况。在乙醇与金属钠的反应中，断裂了乙醇中的O-H键、破坏了金属钠中的金属键，生成了CH3CH2O-和Na+（结晶时彼此形成离子键）、形成了H-H键，阴离子CH3CH2O-中的其它共价键在反应前后不变。

通过上述分析可见，“化学反应是原子的重新组合”与“化学反应的实质是旧键的断裂和新键的生成”是两个表述不同、内涵相同的说法。在现有的物质中，除稀有气体外的所有物质都是由两个以上的原子组成的单质、共价化合物、离子化合物，这些物质内的各原子间都是通过化学键结合的。要想使物质间发生化学反应生成新的物质，就要断裂反应物内的旧化学键、生成产物中的新化学键。或者说，在旧键断裂和新键生成的过程中，原子发生了重新组合，反应物生成了生成物。

3 化学平衡与断键和成键的关系

化学反应中一定有旧键的断裂和新键的生成。从实验的角度来说，目前的科学实验还不能直接测定单位时间内化学反应中的断键数和成键数，能够直接测定的是单位时间内各物质的浓度改变量（或各物质的物质的量的改变量）。由于各物质的浓度改变量与相应化学键的断裂数和生成数成正比，所以可以推论出如下结论。

在一定的条件下，当可逆反应达到化学平衡状态时，各物质的断键速率和成键速率相等。

在教学中用该结论分析说明化学平衡时，所选取的化学键一定要处在断裂和生成的动态过程中，不能选用反应物或生成物中那些根本就没有变化的化学键。

在合成氨的可逆反应中，不论该反应的历程是怎样的，从反应的结果看，反应物中的H-H键和N≡N键都断裂了，生成物中的N-H键都是新生成的，所以可以用H-H键、N≡N键的断裂速率和N-H键的生成速率来判断合成氨的反应是否达到了化学平衡状态。

4 氨基甲酸铵分解反应中的断、成键与其平衡的关系

笔者没有查到氨分子中的N-H键在没有催化剂时的断键温度，也没有查到二氧化碳分子中C=O键的断键温度。笔者从《有机化学》[3]中查得CH4的分解温度为1200℃，笔者从《无机化学》[4]中查得H2S的分解温度为1973K，由CH4和H2S的组成和结构来看，CH4和H2S的分解温度应该与C-H键和H-S键的断键温度接近。笔者还查得几个共价键的键能[5]如下。

C-H：414kJ/mol，H-S：368kJ/mol，

H-N：393kJ/mol，C=O（CO2）：799kJ/mol。

比较这几个键能可知，H-N键的断键温度可能比甲烷的分解温度低，CO2中的C=O键的断键温度肯定远远高于C-H键和H-S键的断键温度，C=O键的断键温度可能会超过2000K。在2000K的高温下，H2NCOONH4一定彻底分解了，根本就不存在H2NCOONH4的分解平衡。笔者从互联网上搜索到的氨基甲酸铵分解为氨及二氧化碳的温度为59℃，在此温度下，NH3中的N-H键和CO2中的C=O键是不可能直接断裂的。

5 对原创命题的反思

一道好题可以将中学化学教学引导到细致入微的科学探究之中，一道坏题可能会在中学师生的脑海中建构成一个难以改变的伪科学观点。中学师生对上述改编题中选项B的认可，说明许多中学师生已经在类似问题的教学中形成了这样一种伪科学观点：在化学反应（包括可逆反应）中，反应物中的所有化学键会全部断裂形成单个的原子，产物中的所有化学键全部是由单个原子新生成的。

由此可见，原创命题（包括改编题目）是一件十分重要的工作，该工作对于引导课程改革的健康发展、对于确保化学教学的科学性都具有十分重要的作用。只要原创命题老师、特别是比较权威的原创命题老师在进行原创命题时进行全方位的科学论证，就能从源头上减少或消灭各类题目中的伪科学问题。

参考文献：

[1] 2011年浙江高考理科综合试卷.

[2]人民教育出版社等单位编.普通高中课程标准实验教科书化学·必修2 [M].北京：人民教育出版社，2007，（3）.

[3]北京师范大学等校编.有机化学（上）[M].北京：高等教育出版社，2010，（3）.

[4]北京师范大学等校编.无机化学（上）[M].北京：人民教育出版社，1981，（12）.

[5]北京师范大学等校编.无机化学（上）[M].北京：高等教育出版社，2002，（8）.