烧开一壶水要烧掉多少天然气？
按 2.10.3 节的 q = mcΔT，把 1 kg 水从 20 °C 烧到 100 °C，要吸收约 334 kJ 热量。这些热量来自天然气燃烧。要算出需要多少天然气，得知道“1 mol 甲烷燃烧放出多少热量”，并且要把这个数和化学方程式写在一起。这就是热化学方程式。
焓变
化学反应在一定温度下吸收或放出的热量，叫做反应热heat of reaction。为了描述等压条件下的反应热，化学上引入了一个与物质内能有关的物理量，叫焓enthalpy，符号 H。生成物与反应物的焓之差叫焓变enthalpy change：
在等压条件下（敞口容器里的反应都是这样），反应热等于焓变。焓变的单位常用 kJ/mol。按 2.10.1 节的约定，从体系的角度定符号：
- 放热反应，体系的焓减小，ΔH < 0（为负值）。
- 吸热反应，体系的焓增大，ΔH > 0（为正值）。
热化学方程式
表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式thermochemical equation。例如，1 mol H₂ 与 ½ mol O₂ 完全反应生成 1 mol 液态水，放出 285.8 kJ 的热量：
书写热化学方程式时要注意：
- 注明各物质的聚集状态：固态 s、液态 l、气态 g，溶液 aq。热化学方程式中不用 ↑ 和 ↓。
- 在方程式右边写出 ΔH，注明正负号和单位。
- 化学计量数只表示物质的量，可以是整数，也可以是分数。ΔH 和化学计量数成正比：计量数加倍，ΔH 也加倍。
- 反应逆向进行时，ΔH 的数值不变，符号相反。
- 一般要注明反应的温度和压强；25 °C、101 kPa 时可以不注明。
ΔH 的单位 kJ/mol 指的是“每摩尔反应”，即按方程式中的计量数完成一次反应。所以同一个反应写成 2H₂ + O₂ 时，ΔH = −571.6 kJ/mol。
物质的状态不同，ΔH 也不同。生成气态水时：
比生成液态水少放出 44.0 kJ，这正是 1 mol 液态水变成水蒸气要吸收的热量。
燃烧热
在 101 kPa 时，1 mol 纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热enthalpy of combustion。“指定产物”是：C 元素变为 CO₂(g)，H 元素变为 H₂O(l)，S 元素变为 SO₂(g)，N 元素变为 N₂(g)。下表是几种物质的燃烧热：
| 物质 | 燃烧热 / (kJ/mol) | 每克放出的热量 / kJ |
|---|---|---|
| H₂(g) | 285.8 | 142.9 |
| C(s，石墨) | 393.5 | 32.8 |
| CO(g) | 283.0 | 10.1 |
| CH₄(g) | 890.3 | 55.6 |
| C₃H₈(g) | 2219.9 | 50.5 |
| C₂H₅OH(l) | 1366.7 | 29.7 |
按质量算，氢气燃烧放出的热量最多，这就是 1.8.2 节说氢气是理想燃料的原因之一。
知道了 ΔH，就能像 2.6.5 节那样按物质的量算热量：一个反应放出（或吸收）的热量和参加反应的物质的量成正比。
本节用高中课本常给的相对原子质量（H 1、C 12、N 14、O 16、Ca 40）。
先选一个热化学方程式，试试把系数乘 2、除以 2、反过来写，或者把液态水换成水蒸气，看 ΔH 怎样变；下面再按质量算热量：
和美国教材的不同
- AP 把 ΔH 的单位写作 kJ/molrxn，强调“每摩尔反应”；不少美国教材干脆写 ΔH = −571.6 kJ，表示按所写的方程式反应一次。人教版统一写 kJ/mol。
- 美国教材常写 ΔH°，上标 ° 表示标准状态（各物质处于 1 bar 或 1 atm 下的纯态）；人教版注明 25 °C、101 kPa。
- 美国教材说 enthalpy of combustion（燃烧焓），直接写成负值，如 ΔH°comb(CH₄) = −890.3 kJ/mol；人教版的燃烧热用正值表述：“CH₄ 的燃烧热为 890.3 kJ/mol”，写成 ΔH 时才加负号。
- 美国 Honors 教材有时把热量写进方程式，如“CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + 890.3 kJ”。人教版不这样写。
例题 1：写热化学方程式
在 25 °C、101 kPa 下，1 g 氢气完全燃烧生成液态水，放出 142.9 kJ 的热量。写出表示氢气燃烧热的热化学方程式。
-
燃烧热的要求。 在 101 kPa 下，1 mol 纯物质完全燃烧生成指定产物（H 变成 H₂O(l)）时放出的热量。所以方程式里 H₂ 的系数必须是 1。
-
换算成 1 mol。 M(H₂) = 2 g/mol，1 mol H₂ 的质量是 1 g 的 2 倍：
-
确定符号。 放热，ΔH 为负值：ΔH = −285.8 kJ/mol。
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配系数。 H₂ 的系数是 1，生成 1 个 H₂O 只需要 ½ 个 O₂；每种物质都要注明状态：
-
对比。 写成 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) 时，ΔH = −571.6 kJ/mol，这也是正确的热化学方程式，但不能表示燃烧热。
-
常见错误。 生成物写成 H₂O(g)、不写状态，或 ΔH 写成 +285.8。燃烧热要求生成液态水，放热的 ΔH 是负值。
例题 2：要烧掉多少甲烷？
把 1.00 kg 水从 20.0 °C 加热到 100.0 °C。如果甲烷燃烧放出的热量全部被水吸收，至少要燃烧多少克甲烷？已知：
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路线。 水吸收的热量 → 需要的甲烷的物质的量 → 甲烷的质量。
-
水吸收的热量。 m = 1.00 kg = 1000 g：
中间结果多保留一位。
-
需要的甲烷。 ΔH = −890.3 kJ/mol 说明 1 mol CH₄ 完全燃烧放出 890.3 kJ：
-
质量。 M(CH₄) = 12 + 4 × 1 = 16 g/mol：
-
检查。 6.01 g ÷ 16 g/mol × 890.3 kJ/mol = 334 kJ，和水吸收的热量相等。
-
想一想。 实际的燃气灶有很多热量散失到空气中，烧掉的甲烷要多得多。
- 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l)
计量数乘 2，ΔH 也乘 2。
- H₂O(l) → H₂(g) + ½O₂(g)
反应逆向进行，ΔH 变号。
- 2H₂O(l) → 2H₂(g) + O₂(g)
先反过来（变号），再乘 2。
- ½H₂(g) + ¼O₂(g) → ½H₂O(l)
计量数除以 2，ΔH 也除以 2。
- ½H₂O(l) → ½H₂(g) + ¼O₂(g)
除以 2 再反过来：+142.9 kJ/mol。
- 表示 H₂ 燃烧热的热化学方程式里的 ΔH
燃烧热按 1 mol H₂、生成 H₂O(l) 计算，就是给出的方程式本身。
- 生成 1 mol 液态水时的 ΔH
给出的方程式正好生成 1 mol H₂O(l)。
- 分解 2 mol 液态水时的 ΔH
分解是逆反应，2 mol 是两倍：+571.6 kJ/mol。
常见误区
误区 1：“ΔH 的单位是 kJ/mol，所以 ΔH 总是指 1 mol 某种物质。” kJ/mol 指“每摩尔反应”，即按方程式的计量数完成一次反应。系数加倍，ΔH 加倍。
误区 2：“热化学方程式可以不写物质的状态。” 状态不同，ΔH 不同：生成 H₂O(l) 时 ΔH = −285.8 kJ/mol，生成 H₂O(g) 时只有 −241.8 kJ/mol。
误区 3：“CH₄ 燃烧生成气态水时放出的热量也是它的燃烧热。” 燃烧热规定 1 mol 可燃物完全燃烧生成指定产物，H 元素要变成 H₂O(l)。生成 H₂O(g) 放出的热量少一些，不是燃烧热。
即时小测
已知 N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) ΔH = −92.2 kJ/mol。那么 2NH₃(g) → N₂(g) + 3H₂(g) 的 ΔH 为？
反应逆向进行，ΔH 数值不变，符号相反：+92.2 kJ/mol。
下列热化学方程式中，能表示 CO 燃烧热的是？
燃烧热要求 1 mol CO 完全燃烧生成 CO₂(g)，而且是放热（ΔH 为负）。2CO 的方程式燃烧的是 2 mol CO；ΔH 为正的不是放热；C(s) 的方程式是 C 不完全燃烧生成 CO。
小结
- 等压下，反应热等于焓变 ΔH = H(生成物) − H(反应物)。放热 ΔH < 0，吸热 ΔH > 0，单位 kJ/mol 指“每摩尔反应”。
- 热化学方程式要注明状态、写出 ΔH。计量数可以是分数；计量数乘几，ΔH 乘几；方程式反过来，ΔH 变号。
- 燃烧热：1 mol 纯物质完全燃烧生成指定产物（CO₂(g)、H₂O(l) 等）放出的热量。反应放出的热量和物质的量成正比。
通往 AP（以后再看）
AP 6.6 要求理解 ΔH 是按所写方程式计算的（kJ/molrxn），并能用 ΔH 做计量计算：由反应物的质量求放出的热量，或者由热量求需要的质量。题目常把系数加倍、方程式反写，看你会不会相应地改 ΔH。下一节的 6.8、6.9 再用生成焓和盖斯定律求 ΔH。
数据来源：燃烧热由本站的生成焓表（2.10.6 节，NBS 数据）算出。