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高中二~高中三年级 (16-18岁)

高中化学 反应焓

暖宝宝靠铁生锈反应放出的热变暖，冰袋则是硝酸铵溶于水时吸热而变冷。 反应是放热还是吸热，用生成物与反应物的焓差 ΔH 表示：ΔH 为负是放热，为正是吸热。 断开反应物的化学键需要能量，形成生成物的化学键会放出能量，所以可以用键能估算 ΔH；又因为焓只由始态和终态决定，也可以把几个反应相加减来求 ΔH（盖斯定律）。 图中可以看到随 ΔH 改变的能量山坡、H₂ 和 Cl₂ 变成 HCl 过程中的能量进出，以及碳变成二氧化碳的两条途径。

越过能量的山坡

💡 把它想成翻山的路
①反应物要变成生成物，必须越过叫作过渡态的高能山坡
②山坡的高度就是活化能 Eₐ，反应要开始至少需要这么多能量
③终点（生成物）比起点（反应物）低，就放出两者之差的热，这是放热反应，ΔH < 0
④终点比起点高，就吸收两者之差的热，这是吸热反应，ΔH > 0
⑤ΔH 只是起点和终点的高度差，与山坡的高度（Eₐ）各自独立

读焓变图

−40 kJ
🔍 用滑块确认什么
①把 ΔH 设为负值，生成物位于反应物下方，是放热
②把 ΔH 设为正值，生成物升到上方，是吸热
③无论哪种情况，反应物都必须先爬到过渡态的顶点
④吸热反应的 Eₐ 一定大于 ΔH，因为生成物已经比反应物高，山顶还要更高

用键能求 ΔH

30%
用键能求 ΔH
ΔH = Σ(反应物键能) − Σ(生成物键能)
用断键吸收的能量减去新键形成时放出的能量
💡 这个式子为什么成立
①任何反应都可以看成断开反应物的键和形成生成物的键两步
②断键总要吸收能量：图的前半段，H–H 436 kJ 和 Cl–Cl 243 kJ 共吸收 679 kJ
③成键总会放出能量：后半段形成两个 H–Cl 键，放出 2 × 431 = 862 kJ
④放出的能量比吸收的多 183 kJ，所以 ΔH = −183 kJ，是放热反应
⑤新形成的键比断开的键越强，放出的热越多

盖斯定律

盖斯定律
ΔH总 = ΔH₁ + ΔH₂ + ΔH₃ + ⋯
无论反应途径如何，总焓变只由始态和终态决定
用生成焓求
ΔH = Σ(生成物的生成焓) − Σ(反应物的生成焓)
有了以单质为 0 的生成焓表，就能算出任何反应的 ΔH
💡 为什么与途径无关
①焓是只由当前状态决定的状态函数
②从山顶到海边下降的高度差，走大路还是走小路都一样
③图中 C 与 O₂ 一步反应是 −394 kJ，经过 CO 分两步反应也是 −111 + (−283) = −394 kJ
④所以像碳只燃烧到 CO 这样难以直接测量的反应，也能通过其他反应相加减求出 ΔH

例题演练

例题 1
用键能求 H₂ + Cl₂ → 2HCl 的 ΔH。（H−H = 436，Cl−Cl = 243，H−Cl = 431 kJ/mol）
1
用断开的键（1 个 H–H、1 个 Cl–Cl）的键能之和，减去形成的键（2 个 H–Cl）的键能之和。
ΔH = (436 + 243) − (2 × 431)
2
去括号计算。
ΔH = 679 − 862 = −183 kJ
▸ −183 kJ（放热反应）
新形成的两个 H–Cl 键比断开的两个键更强，所以放出热量。这是键能图中把进程拉到底时的数值。
例题 2
由下列反应求 C + ½O₂ → CO 的 ΔH。（甲）C + O₂ → CO₂, ΔH = −394 kJ（乙）CO + ½O₂ → CO₂, ΔH = −283 kJ
1
要求的反应等于（甲）减去（乙），相减后 CO₂ 被消去。
C + ½O₂ → CO =（甲）−（乙）
2
ΔH 也按同样方式相减。
ΔH = (−394) − (−283) = −111 kJ
▸ −111 kJ
盖斯定律图中间的能级（CO + ½O₂）正是这 −111 kJ。难以直接测量的反应，由两个能测量的反应求出。

总结

关键公式
ΔH = Σ(断开的键能) − Σ(形成的键能)
或 ΔH = Σ（生成物的生成焓） − Σ（反应物的生成焓）
韩国高考类题改编
某反应中反应物的键能总和为 1000 kJ，生成物为 1200 kJ。该反应的 ΔH 与类型是？
①+200 kJ，吸热
②−200 kJ，放热
③+2200 kJ，吸热
④−2200 kJ，放热
⑤0 kJ，无热量出入
▸ ② −200 kJ，放热
1
代入 ΔH = Σ（断开的键能） − Σ（形成的键能）。
ΔH = 1000 − 1200 = −200 kJ
2
ΔH < 0，所以是放热反应，生成物的化学键更强。
ΔH < 0 → 放热
🎯 考试重点
①ΔH < 0 是放热反应，生成物能量比反应物低，更稳定
②ΔH > 0 是吸热反应
③盖斯定律：ΔH 只由始态和终态决定，反应式相加减，ΔH 也相加减
④生成焓：由单质生成 1 mol 化合物时的 ΔH
⑤活化能是反应发生所需的最低能量，与 ΔH 各自独立
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