师：同学们好，这节课我们一起学习反应热。第一课时的学习目标如下：一、了解反应热的概念；二、能从宏观和微观两个角度建立模型，并解释反应热产生的原因；三、理解热化学方程式的意义，能正确书写热化学方程式。

　　我们先来关注一条新闻。2020 年 11 月 24 日凌晨 4:30，长征五号遥五运载火箭在中国海南文昌航天发射场点火升空，成功将嫦娥五号月球探测器送入地月转移轨道。作为一个比 20 层楼还高的庞然大物，是什么力量足以让它将自身和搭载的探测器一并托起呢？火箭的升空离不开高性能的火箭发动机，一般选用化学推进剂，它由燃料和氧化剂组成，反应后产生的高温气体用于火箭推进。

　　长征五号一级和二级火箭上各装了两台 50 吨级环保无毒的氢氧发动机，而在 4 枚助推器上则安装两台 120 吨液化石油气发动机。其中，液氢和煤油在氧气中燃烧后产生大量高温气体，促使长征五号升空。化学反应所提供的能量大大促进了社会的发展。与研究化学反应中的物质变化一样，研究化学反应的能量变化同样具有重要意义。那么今天，我们就一起来关注化学反应中的能量变化。

　　我们知道，能量变化是以物质变化为基础的，其形式可以表现为热能、电能、光能等，其中热量的释放或者吸收是化学反应中能量变化的常见形式。如何定量描述化学反应中释放或吸收的热量呢？我们先来了解一下体系与环境的概念。被研究的物质系统称为体系，与体系相互影响的其他部分称为环境。例如盐酸和氢氧化钠的反应，我们将试管中的盐酸、氢氧化钠溶液以及发生的反应看作一个反应体系，简称体系；与体系相互影响的其他部分，如盛放液体的试管、溶液之外的空气等，看作环境。在反应过程中，盐酸和氢氧化钠反应放出的热量会传递给试管和空气，使体系的内能降低，环境的温度升高。

　　在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量称为化学反应的热效应，简称反应热。等温，指的是化学反应发生后，使反应后的体系温度恢复到反应前体系的温度，即反应前后体系的温度相等。化学反应通常是在等压条件下进行的，在等压条件下的反应热又称为焓变。焓是什么？焓变又是什么呢？

　　焓的符号是大写的 H。焓是一个与内能有关的物理量，内能受温度、压强、物质聚集状态等因素的影响。一个反应的焓变等于生成物的焓减去反应物的焓，其单位为千焦每摩尔或 kJ·mol?1。结合以上概念想一想，化学反应为什么会产生热效应呢？这是因为反应体系的内能发生了改变，于是产生了反应热。在等压条件下的反应热即为焓变。体系内能的改变，从宏观角度来看，是因为反应物的焓和生成物的焓不相等。当反应物的总能量高于生成物的总能量，也就是说反应物的焓大于生成物的焓，化学反应的过程中，能量会从反应体系释放到环境，这样的反应我们称为放热反应。但如果反应物的总能量低于生成物的总能量，即反应物的焓小于生成物的焓，那么在反应过程中，反应体系会从环境吸收能量，这样的反应我们称之为吸热反应。上述变化过程，我们可以用图像来表示。纵坐标是焓，由于反应的焓变等于生成物的焓减去反应物的焓，那么当反应体系放热时，焓减小，ΔH 为负值，即 ΔH＜0；当反应体系吸热时，焓增大，ΔH 为正值，即 ΔH＞0。

　　下面我们从微观角度来讨论一下反应热的实质。化学反应的微观本质是什么呢？是旧的化学键断裂，新的化学键形成。而在化学键断裂的过程中需要吸收能量，新键形成的过程中要释放能量。我们以氢气为例，1 摩尔氢气断裂氢氢键形成 2 摩尔气态氢原子需要吸收 436 千焦的能量。那么反过来，如果 2 摩尔气态氢原子结合形成 1 摩尔氢气，就需要释放 436 千焦的能量。我们把 25 摄氏度和 101 千帕下，断开 1 摩尔气态分子 AB 中的化学键，使其生成气态原子 A 和 B 所吸收的能量就称之为键能。根据键能的定义，我们可以知道氢氢键的键能是 436 千焦每摩。

　　我们把上述过程转化为能量图，从图中不难发现，断裂 1 摩尔氢氢键和形成 1 摩尔氢氢键，它的能量变化在数值上是相等的，都等于氢氢键的键能。根据下列信息，我们一起来求算一下，在 25 摄氏度、101 千帕时，1 摩尔氢气和 1 摩尔氯气生成 2 摩尔氯化氢气体的反应热是多少？我们来读图，1 摩尔氢气中化学键断裂需要吸收 436 千焦的能量，1 摩尔氯气中化学键断裂需要吸收 243 千焦的能量，那么吸收的总能量为 436 千焦 + 243 千焦 = 679 千焦。1 摩尔氯化氢中化学键形成时需要释放 431 千焦的能量，那么形成 2 摩尔要释放 431 千焦/摩尔 × 2 摩尔 = 862 千焦的能量。所以此反应的反应热应该等于生成物分子的化学键形成时所释放的总能量与反应物分子的化学键断裂时所吸收的总能量的差值，即放出 183 千焦的能量，焓变就等于 -183 千焦每摩尔。仍然可以用能量图来进行分析。从图中我们很清晰地能看到，1 摩尔氢气和 1 摩尔氯气转化成 2 摩尔氢原子和 2 摩尔氯原子的过程中，共吸收能量 679 千焦；2 摩尔氢原子和 2 摩尔氯原子转化为 2 摩尔氯化氢气体分子时，共释放 862 千焦的能量。在整个反应的过程中，释放的能量比吸收的能量多出 183 千焦，所以整个反应过程焓减小，反应的 ΔH 为 -183 千焦每摩尔。

　　那么根据键能计算的结果是否正确呢？其实此反应的反应热也可以通过实验来测量，实验测得该反应的 ΔH 为 -184.6 千焦每摩尔。对比数据可知，实验测得与理论分析的数据相接近。想一想这说明了什么？说明化学键断裂和形成时的能量变化是化学反应中能量变化的主要原因，可以通过键能进行反应热的估算。

　　化学反应发生时，反应物吸收能量，化学键断裂形成气态原子，气态原子之间重新组合，形成新的分子，新的化学键生成，这个过程释放能量。如果在这个过程中吸收的能量大于释放的能量，则此反应为吸热反应；若吸收的能量小于释放的能量，则此反应为放热反应。利用键能可以进行反应热的估算，得到 ΔH 等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和。

　　长征五号火箭的一级和二级火箭上各装了两台 50 吨环保无毒的氢氧发动机，如果要计算液氢液氧火箭推进剂燃烧释放的能量，还需要用到后面课程学习的知识。今天我们先动手来估算一下，2 摩尔气态氢气和 1 摩尔气态氧气反应生成 2 摩尔气态水的反应热是多少？请大家按下暂停键进行计算。先写出物质变化的表达式：2 摩尔气态氢气和 1 摩尔气态氧气反应生成 2 摩尔气态水。题干中给出了反应物和生成物的键能，那么我们就可以依据键能求算焓变的公式进行估算。焓变等于反应物键能之和减去生成物键能之和。反应物中断裂 2 摩尔氢氢键和 1 摩尔氧氧键，反应物的总键能为 2×436 千焦每摩尔 + 498 千焦每摩尔；生成物为 2 摩尔气态水，1 摩尔水中含有 2 摩尔氢氧键，所以生成 2 摩尔水的总键能为 4×463.4 千焦每摩尔。最终求得此反应的焓变为 -483.6 千焦每摩尔，你算对了吗？