反应热（二）

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✦ 反应热（二）化学反应热（二）燃烧热

反应热盖斯定律ΔH计算热化学

反应热（二）

理清ΔH符号约定、盖斯定律适用边界与常见计算陷阱

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反应热盖斯定律ΔH计算热化学

反应热（二）

理清ΔH符号约定、盖斯定律适用边界与常见计算陷阱

1第 1 页 · 反应热（二）

化学键能量变化与反应热

上一页我们认识了反应热——化学反应吸收或释放的热量。但热究竟从哪儿来、到哪儿去？为什么不同反应有放热有吸热？答案藏在化学键里。

断键吸热

拆开旧化学键需吸收能量，过程表现为吸热

成键放热

形成新化学键会释放能量，过程表现为放热

反应热计算

ΔH = 断键吸收总能量 − 成键释放总能量

符号判断

ΔH<0 放热反应，ΔH>0 吸热反应

登山上下坡对应 →反应的能量变化

上山耗体能（吸热），下山释势能（放热）；终点低于起点即放热反应

\Delta H = \sum E_{\text{断键}} - \sum E_{\text{成键}}

2第 2 页 · 化学键能量变化与反应热

热化学方程式

知道了反应热的本质是化学键断键吸热、成键放热，那怎么把反应和能量变化写在一个式子里？这就要用热化学方程式——普通化学方程式的「升级版」。

定义

同时表达物质变化和能量变化的化学方程式

必须标状态

物质后括号注明 s、l、g、aq，状态不同 ΔH 数值不同

ΔH 的写法

写在方程式右侧，负值表放热、正值表吸热，单位 kJ/mol

系数的含义

代表物质的量，可为分数或整数，对应的 ΔH 必须按比例缩放

购物小票对应 →热化学方程式

普通方程式只列商品清单；热化学方程式还附了规格（状态）、总价（ΔH）和单位（kJ/mol）

2H_2(g) + O_2(g) = 2H_2O(l) \quad \Delta H = -571.6 \text{ kJ/mol}

3第 3 页 · 热化学方程式

热化学方程式书写规则

热化学方程式书写规则：定义、要点与典型应用

热化学方程式书写规则

热化学方程式书写规则：定义、要点与典型应用

4第 4 页 · 热化学方程式书写规则

物质的聚集状态与焓

上页我们学会了标 (s)/(l)/(g)，但这不是格式要求——同种物质在不同状态下，焓值真的不一样。这页就拆开看这件事。

焓是状态函数

由物质种类、聚集状态、温度、压强共同决定，本页聚焦聚集状态这一维

同物质不同状态 H 不同

通常 H(g) > H(l) > H(s)，数值上常有几十 kJ/mol 的差距

根源在分子间作用力

从固到液到气要不断克服分子间作用力，能量逐级升高

热化学方程式必须标状态

不标 (s)/(l)/(g)，ΔH 含义不明，数值甚至正负都可能变

一块冰、一滩水、一团蒸汽对应 →H₂O 的 (s)、(l)、(g) 三态

都是 H₂O 分子，但蒸汽里分子间距远、作用力弱，所以焓更大

H_2O(l) \rightarrow H_2O(g) \quad \Delta H = +44 \text{ kJ/mol}

5第 5 页 · 物质的聚集状态与焓

燃烧热

用热化学方程式能算出任意反应的ΔH，但若要给燃料的「放热能力」排个座次，还缺一把统一的尺子——燃烧热。

定义

101 kPa下，1 mol物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量

三要素

①标况（25℃、101 kPa）②完全燃烧 ③产物是稳定氧化物

稳定氧化物

C→CO₂(g)、H→H₂O(l)、S→SO₂(g)；CO、H₂O(g)都不算

ΔH为负

燃烧放热，ΔH<0；「燃烧热」取正值，二者数值相同、符号相反

典型应用

评价燃料热值、计算放热量、辅助供热与燃烧装置设计

柴火彻底烧成灰烬对应 →完全燃烧到稳定氧化物

灰烬是终态；黑烟、煤气（CO）都是没烧透的中间产物

CH₄(g)+2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)　ΔH=-890\,\text{kJ/mol}

6第 6 页 · 燃烧热

化石燃料及其燃烧热

上页讲了燃烧热的定义——25℃、101 kPa 下 1 mol 纯物质完全燃烧放出的热量。生活中烧得最多的是什么？这就要说到化石燃料。

化石燃料定义

煤、石油、天然气，远古生物遗骸经地质作用形成，主要含 C、H 元素

三大化石燃料

煤（固体）、石油（液体）、天然气（气体），当今世界主要能源

燃烧热参考值

煤约 30 kJ/g，石油约 45 kJ/g，天然气约 56 kJ/g

不可再生

形成需数亿年，用一点少一点，无法短期再生

环境代价

燃烧释放 CO₂、SO₂ 等，是温室效应与酸雨源头之一

银行存款对应 →化石燃料

远古生物几亿年积攒的能量，取出来用很快，但短期无法再存回去

7第 7 页 · 化石燃料及其燃烧热

中和反应的反应热

上页讲的燃烧热，把反应热精确化成了一个有规定数值的量。中和反应也照此办理——这就是「中和热」：酸碱相遇那一刻究竟释放出多少能量。

定义

稀溶液中，强酸与强碱反应生成 1 mol H₂O(l) 所放出的热量

强酸强碱数值

ΔH ≈ -57.3 kJ/mol，几乎恒定

有弱酸或弱碱时

|ΔH| < 57.3 kJ/mol，部分热量用于电离吸热

典型应用

高中量热实验常测中和热，近似当作已知反应热使用

银行转账对应 →中和反应放热

强电解质=活期已到账，直接转账≈57.3；弱电解质=冻结账户，先解冻(电离吸热)才到账，净放热偏小

H^+(aq) + OH^-(aq) = H_2O(l) \quad \Delta H = -57.3\ \text{kJ/mol}

8第 8 页 · 中和反应的反应热

简化热量计算近似

想知道一种新燃料的热值，最直接的办法是烧一下、测升温。可要是这燃料难燃、有副反应——实测就走不通。化学家转而用已知热化学数据『拼』出一个近似值。

简化计算的含义

用已知的热化学数据估算未知或难测反应的反应热

为何需要简化

慢反应、爆炸反应、副反应复杂的体系难以直接测量

常见估算思路

键能法、平均生成焓法、盖斯定律组合

近似的边界

估算值非精确值，依赖标准条件与平均化数据

按配料表估算一道菜的总热量对应 →简化计算反应热

不去实际烧菜，而是把各原料的已知热量相加

9第 9 页 · 简化热量计算近似

人体脂肪的能量来源本质

前页我们用近似法算了反应热，但反应热其实就在你身上——你每一克脂肪，都是能精确算出ΔH的「能量包」。

脂肪是储能体

人体能量密度最高的储能形式，1g约储存38kJ

源于食物摄入

糖、脂肪、蛋白经消化分解，转化为体内可储能的有机物

追至光合作用

食物中的化学能根本来源，是植物固定的太阳能

化学键藏能量

能量储存在C—H、C—C等高能键中，氧化断键时释放

数值与ΔH对应

营养学热值就是脂肪燃烧反应热，与课本ΔH完全一致

充电电池对应 →脂肪储能

充电时存电能，放电时释放；进食存化学能，代谢时氧化放能

C_{x}H_{y}O_{z}(s)+O_{2}(g)\to CO_{2}(g)+H_{2}O(l),\ \Delta H<0

10第 10 页 · 人体脂肪的能量来源本质

氢能的热化学特征

化石燃料燃烧放热多，但伴随大量 CO₂。氢气作为替代燃料，被誉为'零碳能源'。它的热化学特征为何让人眼前一亮？又有哪些隐藏的边界？

氢气燃烧反应

放热反应，ΔH 为负；生成液态水比气态水放热更多

热值：质量高、体积低

质量≈142 MJ/kg（≈汽油 3 倍）；体积仅≈8.5 MJ/L（反低于汽油）

唯一产物是水

理论上只生成 H₂O，无 CO₂、无硫氧化物、无颗粒物

制取环节决定真清洁

化石能源制氢会反弹碳排放；电解水制氢依赖电力结构

银行卡里的钱对应 →氢能本身

钱不创造价值，氢不创造能量；'清洁'程度取决于来源

2H_2(g) + O_2(g) = 2H_2O(l) \quad \Delta H = -571.6\ \text{kJ/mol}

11第 11 页 · 氢能的热化学特征

放热反应

上一页从化学键角度看到，反应本质是旧键断、新键成，能量随之吞吐。那些把能量净释放到环境的反应，就是放热反应。暖宝宝、灶台蓝焰，本质都是同一种事。

定义

反应过程中系统向环境释放热量，体系能量降低

热力学符号

主流记法 ΔH < 0；旧教材用 Q_放 > 0 表示放出热量，两者等价

微观本质

反应物总能量 > 产物总能量，差值以热（或光）形式释放

典型反应

燃烧、中和反应、大多数金属氧化、部分化合反应

易混边界

放热≠自发（仍需活化能点燃），放热≠快速（反应速率独立）

山顶石头滚落到山脚对应 →放热反应能量降低

高能量态自发向低能量态跌落，势能差以动能/热释放

Q_{放} > 0 \iff \Delta H < 0

12第 12 页 · 放热反应

吸热反应

放热反应把能量释放到环境，那么反过来——从环境吸收能量的反应也存在。教材经典实验：八水合氢氧化钡与氯化铵混合，烧杯底部结冰，这就是吸热反应。

研究视角

能量天平的另一端：与放热反应方向相反，体系向环境净吸收能量

热力学定义

ΔH > 0 的反应，体系从环境吸收热量使内能升高

典型实例

Ba(OH)₂·8H₂O + NH₄Cl、CaCO₃ 高温分解、大多数分解反应

微观本质

断键吸能 > 成键放能，能量净流入体系，与放热互补

延伸与应用

蓄冷袋、光合作用储能、高温冶金；通往自发性与平衡的桥梁

冰块在室温融化对应 →吸热反应

两者都从环境吸热：环境降温、自身获得能量才能进行

13第 13 页 · 吸热反应

本节要点

✓反应热=断键吸热−成键放热的能量代数差
✓热化学方程式中状态标注直接影响ΔH数值
✓燃烧热与中和热隐含'1mol'与'稳定产物'限定
✓键能差可近似估算ΔH，但忽略晶格能等次级因素
✓储能或放热的本质都是化学键重组的能量差

延伸主题：盖斯定律：反应热的加和性反应进度-焓变图的图像分析自由能与反应自发性判断

14第 14 页 · 本节要点

课后思考

先合上笔记自己想三分钟，再翻参考答案——想得越深，答案越有味道。

1为什么热化学方程式必须标注物质的状态？如果不标，会出现什么矛盾？

参考答案状态不同则焓变不同。同种物质气态能量高于液态，标注状态才能让 ΔH 有唯一确定值；不标则不同方程之间在数值上无法比较，会自相矛盾。

2已知甲烷的燃烧热，能否直接推算出等质量氢气的燃烧放热量？还需要哪些信息？

参考答案不能直接推。需要氢气自己的燃烧热数据（或 H-H、O=O、H-O 键能）。不同燃料的热值不同，甲烷燃烧热只能用于甲烷本身，不能跨燃料套用——这就是热值要查表的原因。

3「简化热量计算近似」在什么情况下会严重失真？举一个生活或工业中的反例。

参考答案当反应伴随大量气体生成或吸收、或物质相态发生改变时，近似会失真。例如碳不完全燃烧生成 CO 而非 CO2，放出的热量远小于完全燃烧的近似值——工业锅炉和发动机里常出现这种情况。

15第 15 页 · 课后思考