师：同学们，大家好。今天我们开始高二化学空中云课堂，第一讲是化学反应与能量变化。说起能量变化，大家并不陌生，生活中处处都能感受到，比如庆典时的烟火、钢铁的炼制以及火箭腾飞。可以说，能量是推动人类社会进步的基石，而能量的主要来源之一就是化学反应。所以，研究化学反应与能量的关系极为重要。
回顾之前所学知识，化学反应有两个基本特征：一是物质变化，二是能量变化。能量变化常以热能、光能、电能等形式表现，其中热能是化学反应能量变化的主要表现形式。基于此，我们将化学反应分为放热反应和吸热反应。大家回顾一下，之前学过哪些常见的放热反应和吸热反应呢？
老师给大家总结一下，常见的放热反应有活泼金属与水或酸的反应、酸碱中和反应、燃烧反应、多数的化合反应以及铝热反应等；常见的吸热反应有多数的分解反应、氯化铵固体与氢氧化钡晶体的反应、水煤气的生成反应以及碳与二氧化碳生成一氧化碳的反应等。说了这么多放热反应和吸热反应，大家有没有想过，为什么有的反应放热，有的反应吸热呢？也就是化学反应中为何会有能量变化，我们可以从宏观和微观两个角度来分析。
从微观角度看，化学反应的本质是旧键的断裂和新键的形成。旧键断裂需要吸收能量，新键形成会放出能量。当断键吸收的总能量大于成键释放的总能量时，就是吸热反应；当断键吸收的总能量小于成键释放的总能量时，就是放热反应。从化学键角度来说，化学反应会有能量变化，原因就是断键吸收的总能量和成键释放的总能量不相等。
从能量守恒角度看，化学反应有新物质生成，不同物质具有不同能量，所以化学反应前后，反应物的总能量和生成物的总能量不相等。当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应体系向外界释放能量，自身能量降低，这就是放热反应；当反应物的总能量低于生成物的总能量时，反应体系从外界吸收能量转化为内能储存起来，这就是吸热反应。所以，从能量守恒角度看，化学反应中有能量变化是因为反应物的总能量和生成物的总能量不相等。
前面我们了解了化学反应中能量变化的原因，那如何科学地表述化学反应中的能量变化呢？在选修4中，我们引入了焓变、反应热的概念。
什么是焓变呢？我们得先知道什么是焓。焓是一个与内能有关的物理量，符号用H表示。在一定条件下，某一个化学反应是放热反应还是吸热反应，由生成物与反应物的焓值差决定，这个焓值差就是我们所说的焓变。在化学实验和生产中，通常遇到的反应是在敞口容器中进行的，反应体系的压力与外界大气压相等，也就是反应在恒压条件下进行。在高中阶段，我们认为恒压条件下的化学反应热效应就等于焓变。我们用符号ΔH表示，单位通常是千焦每摩尔，这两种写法都可以。
前面我们定性理解了能量变化的原因，那如何定量地研究化学反应中的能量变化呢？只要找到焓变与物质能量之间的关系，以及焓变与键能之间的关系，就能解决这个问题，这也是我们引入焓变的意义所在。
我们先看焓变与物质能量的关系。在前面的能量过程图中，我们看到化学反应前后反应物的总能量和生成物的总能量不相等，这个差值就是焓变。如果用公式表示，焓变等于生成物的总能量（即生成物的总焓）减去反应物的总能量（即反应物的总焓值）。这种用末态量减始态量的方式符合我们平时表述的习惯。
在用焓变表达式时要注意，我们的研究对象是反应体系。对于放热反应，由于反应向外界释放能量，反应体系自身能量降低，因此我们规定放热反应ΔH小于0或ΔH为负；对于吸热反应，反应需要从外界吸收能量，使自身能量升高，我们规定ΔH大于0或ΔH为正。
在使用ΔH表述时，需要带正负号。虽然我们无法知道物质具体的焓值，但许多化学反应的焓值差（即反应热）可以通过实验测得。在带入数据前，要标注正负号，这样既能知道反应具体的能量变化，又能一目了然地看出是吸热反应还是放热反应。
我们来看一道例子，已知1摩尔的碳和1摩尔的水蒸气反应生成1摩尔的一氧化碳和1摩尔的氢气需要吸收131.5千焦的热量。问这个反应的ΔH等于多少？首先判断这是一个吸热反应还是放热反应，题目中说吸收能量，所以是吸热反应，用正值表示，再带入数据，所以表达的时候是 +131.5千焦每摩尔。
大家看这种表述是不是很清晰，一下子就知道是吸热反应，同时也知道了反应吸收热量的数据。
好，再看一道例子，这是一个给定ΔH数据的反应。我们来看在反应过程中，物质能量是如何变化的。正向ΔH小于0是放热反应，所以反应物的总能量高于生成物的总能量，反应体系向外界释放能量，就像水从高处往低处流，将势能转化为动能；逆过程ΔH为正，是吸热反应，生成物的总能量高于反应物的总能量，需要从环境中吸收能量转化为内能储存起来，就像抽水机抽水，将动能转化为势能。
不论是放热反应还是吸热反应，要注意能量与物质量以及物质的状态有关。1摩尔气态氢气和1摩尔液态氢气能量值不同。所以在用具体反应的能量过程图时，要注意物质的状态以及物质的量。
说了焓变与物质能量之间的关系，接下来我们看焓变与键能的关系。什么是键能呢？它表示破坏1摩尔化学键所吸收的能量或形成1摩尔化学键所放出的能量。
我们来看这道题，1摩尔的氢气和1摩尔的氯气反应生成2摩尔的氯化氢。在这个能量图中，我们看到氢气键能是436千焦每摩，氯气的键能是243千焦每摩尔，也就是断裂1摩尔的H - H键和1摩尔的Cl - Cl键需要吸收的能量。那么前两个空就很容易填了，1摩尔的氢气分子中化学键断裂吸收的能量是436千焦，1摩尔的氯分子中化学键断裂需要吸收的能量是243千焦。
再看这个反应中生成2摩尔的氯化氢分子，形成氯化氢分子中的化学键需要释放多少能量呢？带入它的键能数据431千焦每摩尔，再乘以物质的量2，就可以知道2摩尔的氯化氢分子中化学键形成释放的能量是862千焦。刚刚我们知道断键吸收的总能量以及成键释放的总能量，它们存在一个差值为183千焦，这个差值就是这个反应体系向外界释放的热量，所以这个反应向外界释放的热量为183千焦。
如何用ΔH来进行计算呢？要注意这个反应研究的对象是化学反应体系，所以在用键能计算时，要用反应物的键能总和减去生成物的键能总和。我们把这道题的ΔH算出来，应该是用（436 + 243）千焦每摩尔 - 862千焦每摩尔，算出来的数据是 - 183千焦每摩尔。