剖析热化学方程式的表示

一、新教材引入ΔH的必要性和依据

在化学反应中，物质发生化学变化的同时，还伴随有能量的变化，通常以热能的形式表现出来，称为反应热。这种化学反应的热效应（反应中吸收或放出的热量）可用热化学方程式来表示。在旧教材中热化学方程式是这样表示的：

C（固）+O2（气）=CO2（气）+393.5kJ

上式表示标准状态（即反应体系在压强为101kPa和温度为25℃时的状态）下，1mol固态碳和1mol氧气反应生成1mol二氧化碳气体时放出393.5kJ的热量。这种表示方法的优点是写法直观，容易为学生所理解。但由于物质的化学式具有表示物种及其质量之意义，化学方程式揭示的又是物质的转化关系，而热化学方程式的这种表示方法把反应中物质的变化和热量的变化用加号连在一起是欠妥的。因此，“国标”规定，热量（Q）应当用适当的热力学函数的变化来表示，如用“T·ΔS”或“ΔH”表示（ΔS是熵的变化，ΔH是焓的变化）。

在中学化学中，一般仅研究在一定压强（即恒压条件）下，在敞开容器中发生的反应所放出或吸收的热量。因此根据热力学第一定律：系统在过程中的热力学能（旧称内能）变化“ΔU”等于传给系统的热量“Q”与外界对系统所作功“W”之和，即：ΔU=Q+W。当系统处于恒压过程时，则有：

QP=ΔH

式中“QP”叫恒压热，是指封闭系统不做除体积功以外的其他功时，在恒压过程中吸收或放出的热量。上式表明，恒压热等于系统焓的变化。所以，在中学化学所研究的范围之内，Q=QP=ΔH，这就是新教材中引入ΔH的依据。

二、引入ΔH后的热化学方程式表示方法

新教材引入ΔH这个物理量后，热化学方程式的表示方法同旧教材相比发生了如下变化。

1.根据《课程标准》，在热力学中将内能U改称为热力学能。其定义为：

ΔU=Q+W

对于热力学封闭系统，式中“Q”是传给系统的能量，“W”是对系统所做的功。Q、W都是以“系统”的能量增加为“+”来定义的。而旧教材中，Q是以“环境”的能量增加（或以“系统”的能量减少）为“+”来定义的，这样，旧教材中热化学方程式中反应热的“+”、“－”所表示的意义正好与《课程标准》的规定相反。因此，引入ΔH以后，当反应为放热反应时，ΔH为“－”或ΔH＜0（表明系统能量减少）；当反应为吸热反应时，ΔH为“+”或ΔH＞0（表明系统能量增加）。

2.在旧教材里，热化学方程式中物质的聚集状态用中文表示，如固、液、气等。根据《课程标准》，应当用英文字母（取英文词头）表示，如“s”代表固体（solid）、“l”代表液体（liquid）、“g”代表气体（gas）、“aq”表示水溶液（Aqueous　solution）等。

3.热化学方程式中反应热的单位不同。旧教材中反应热的单位是J或kJ，而ΔH的单位为J/mol或kJ/mol。

根据引入ΔH以后的这些变化，类似以下热化学方程式的表示方法已经废除：

C（固）+O2（气）=CO2（气）+393.5kJ

C（固）+H2O（气）=CO（气）+H2（气）－131.5kJ

正确的表示方法为：

在化学方程式中用规定的英文字母注明各物质的聚集状态。然后写出该反应的摩尔焓［变］ΔrHm（下标“r”表示反应，“m”表示摩尔）。实际上通常给出的是反应体系处于标准状态（指温度为298.15K，压强为101kPa时的状态）时的摩尔焓［变］，即反应的标准摩尔焓［变］，以“ΔrHm”表示（上标“”表示标准）。方程式与摩尔焓［变］间用“；”隔开。

三、ΔH的单位与反应进度

基于对中学化学知识的要求深度，新教材中没有引入“反应进度（ξ）”这个物理量。但应明确，ΔH的单位“kJ/mol”中的“mol”是指定反应体系的反应进度的国际单位制（简称SI）单位，而不是物质的量的单位。下面将对反应进度做一简单解释：

对于任何一个化学反应我们可以表示为：

νDD+νEE+…νFF+νGG+…

式中νD、νE、νF、νG表示所给化学反应式中各物质的化学计量数，是无量纲的，对反应物ν取负值，对生成物ν取正值，在如下反应中：

νDD　+　νEE　=　νFF　+　νGG

当t=0，ξ=0　nD′ nE′ nF′ nG′

当t=0，ξ=ξ　nD nE nF nG

则反应进度定义为：

ξ=■-nB′（B代表任一组分）

由此可见：ξ=■

在此所定义的反应进度，显然只与指定反应系统的化学方程式的写法有关，而与选择系统中何种物质B无关。反应进度与物质的量具有相同的量纲，SI单位为mol。由于ξ的定义与νB有关，因此在使用ξ及其与此相关的其他物理量时必须指明化学方程式，否则是无意义的。反应进度是研究化学反应过程状态变化的最基础的物理量。由于化学中引入了此量，使涉及化学反应的量纲和单位的标准化大大前进了一步，也很好地解决了一系列物理量在量纲上出现的困难和矛盾。

总之，引入ΔH后，热化学方程式的表示方法同旧教材相比有了较大的变动，其表达方式以热力学理论为根据，以《课程标准》为规范，因此，具有了更强的科学性和规范性。教学中应做到心中有数，但不要过分引入，以避免不必要的深究。

（作者单位：甘肃省渭源县第三高级中学）