Школа ЕГЭ: химия — энергия связи

Энергия связи: базовое понятие

Энергия связи показывает, сколько надо вложить, чтобы разорвать один моль одинаковых связей в газовой фазе. Показатель измеряют в кДж/моль. Чем он выше, тем крепче связь и тем труднее её разорвать. В ЕГЭ чаще работают с ковалентными связями. Например, для H‒H значение равно 436 кДж/моль, а для O=O — 498 кДж/моль. Эти числа приводят в официальных сборниках задач. Энергия зависит от длины связи, заряда атомов и гибридизации орбиталей. Курс школьной химии даёт средние табличные цифры. Их хватает для расчётов по формуле теплоэффекта реакции.

Роль энергии связи в заданиях ЕГЭ

На профильном уровне встречается задание 30. Нужно найти тепловой эффект реакции. Формулу ΔH ≈ ΣE_рв − ΣE_обр дают в спецификации. Школьнику важно уметь:

составить корректные структурные формулы;
подсчитать число разрываемых и образуемых связей;
вставить табличные энергии в расчёт;
верно проставить знаки.

Без знания темы решить задачу не выйдет. Балл потерян. А он весит почти 7 % от всей работы.

Виды химических связей и типичные значения энергий

Связи бывают ковалентные неполярные, полярные и ионные. Для ЕГЭ важны первые два типа. Таблица средней энергии короткая:

H‒H — 436 кДж/моль;
H‒Cl — 431 кДж/моль;
C‒H — 413 кДж/моль;
C‒C (одинарная) — 348 кДж/моль;
C=C — 614 кДж/моль;
C≡C — 839 кДж/моль;
N≡N — 945 кДж/моль;
O=O — 498 кДж/моль.

Числа взяты из данных IUPAC, которые цитируют учебники. Запоминать весь список не нужно. Достаточно иметь под рукой таблицу на экзамене. Она входит в КИМ. Но стоит тренировать поиск нужной строки. Секунды решают всё.

Метод расчёта энтальпии реакции через энергии связи

Алгоритм простой. Сначала пишем уравнение реакции в молекулярном виде. Затем строим структурные формулы. Считаем, какие связи рвутся, а какие образуются. После умножаем их число на соответствующую среднюю энергию. Сумму разрываемых связей берём со знаком «+», образуемые — тоже положительные, но итоговую ΔH ищем по разности. Равновесие: ΔH = ΣE_рв − ΣE_обр. Если результат отрицателен, реакция экзотермична. Знак положителен — эндотермична. Важно учесть стехиометрические коэффициенты. Ошибка в коэффициенте даст неверный ответ даже при правильной формуле.

Разбор задания 30. Пример и решение

Пример: определить тепловой эффект реакции хлорметана с хлором:

CH₃Cl + Cl₂ → CH₂Cl₂ + HCl

Шаг 1. Структуры:

Исходные: три C‒H, одна C‒Cl, одна Cl‒Cl.
Продукты: два C‒H, две C‒Cl, одна H‒Cl.

Шаг 2. Считаем разрыв:

Одна C‒H (413 кДж/моль);
Одна Cl‒Cl (243 кДж/моль).

Шаг 3. Считаем образование:

Одна C‒Cl (328 кДж/моль);
Одна H‒Cl (431 кДж/моль).

ΣE_рв = 413 + 243 = 656 кДж/моль. ΣE_обр = 328 + 431 = 759 кДж/моль. ΔH = 656 − 759 = −103 кДж/моль. Реакция выделяет тепло. Ответ заносим со знаком «−». Балл получен.

Частые ошибки и лайфхаки

Ученики забывают Cl‒Cl связь уже учтена в исходных молекулах.
Некорректно считают двойные и тройные связи как две или три отдельные. Нужно брать полный пакет энергии.
Путают формулу: иногда делают ΣE_обр − ΣE_рв. Знак меняется.
Не умножают энергию на коэффициенты уравнения. Проверяйте их дважды.
Совет: записывайте табличные числа прямо рядом со связью. Мозгу так легче.

Хак для скорости: выделяйте маркером в черновике связи, которые сохраняются. Их не нужно считать. Экономия времени ощутима.

Энергия связи и теория строения вещества

Тема связана с гибридизацией. sp-связи короче и крепче sp³. Поэтому энергия тройной связи больше. Также работает правило Бора: чем выше порядковый номер связи, тем выше энергия. Концепция помогает объяснить стабильность молекулы N₂ и инерционность угарного газа CO. В органике знание силы связи объясняет реакционную способность алкенов и алкинов. Разорвать π-компоненту легче, чем σ-связь. Отсюда идут реакции присоединения.

Как закрепить тему на практике

Решайте минимум пять задач в день две недели подряд. Чередуйте органические и неорганические примеры. Составьте личную таблицу энергий на карточках. Тренируйтесь объяснять, почему энергия такая, а не другая. Хотите системную практику? Запишитесь на курс подготовки к ЕГЭ и закрепите навык.

Полезные ресурсы:

Справочник Аркадьева. В нём есть расширенная таблица энергий.
Сайт ФИПИ. Там лежат демоверсии и методички.
Видеоразборы университетов. Ищите плейлисты «Термохимия».

Не забывайте анализировать собственные ошибки. Только так знание энергии связи превращается в надёжный балл.