体系和环境
研究热量时，先划定体系system：我们关心的那一部分，比如正在反应的物质、正在溶解的盐。体系以外的一切都是环境surroundings，包括溶剂水、烧杯、空气和我们的手。
热量总是在体系和环境之间流动，符号从体系的角度来定：
- 放热过程exothermic process：热量从体系流向环境，q < 0，ΔH < 0。环境的温度升高。
- 吸热过程endothermic process：热量从环境流向体系，q > 0，ΔH > 0。环境的温度降低。
用温度变化做判断
实验中温度计测的通常是环境的温度，最常见的是溶液中的水。所以：
- 溶液或容器变热：体系放热；
- 溶液或容器变冷：体系吸热。
例如冷敷袋中的 NH₄NO₃ 溶于水，溶液变冷：溶解过程从水中吸收了热量，是吸热过程。不要把它说成“放出了冷”。
物理变化也有热效应
吸热、放热不只属于化学反应（2.10.2）。AP 要求同样能判断物理变化的热效应：
| 过程 | 吸热还是放热 | 原因 |
|---|---|---|
| 熔化、汽化、升华 | 吸热 | 要克服分子间作用力，把粒子分开 |
| 凝固、冷凝、凝华 | 放热 | 粒子靠近时形成吸引，放出能量 |
| 溶解 | 两种都有 | NaOH 溶解放热，NH₄NO₃、KNO₃ 溶解吸热（U6.2 解释原因） |
所以，单凭温度变化不能判断是化学变化还是物理变化。要看有没有生成新物质（U4.4）。
逐个判断下面的过程：吸热还是放热？化学变化还是物理变化？
硝酸铵溶于水（冷敷袋）
NH₄NO₃(s) → NH₄⁺(aq) + NO₃⁻(aq)
现象： 捏破冷敷袋，袋子很快变凉。
ΔH = +25.69 kJ/mol（CRC 手册的数据）
溶液的温度下降，说明体系从周围（包括溶液里的水）吸收了热量：吸热。溶解只是离子分散到水中，没有新物质，是物理变化。
氢氧化钠溶于水
NaOH(s) → Na⁺(aq) + OH⁻(aq)
现象： 固体溶解时，烧杯摸起来发烫。
ΔH = −44.51 kJ/mol（CRC 手册的数据）
体系向周围放出热量，周围温度升高：放热。溶解是物理变化。
冰融化
H₂O(s) → H₂O(l)
现象： 握住冰块，手觉得冷。
ΔH = +6.01 kJ/mol（CRC 手册的数据）
冰从手（环境）吸收热量来克服分子间作用力：吸热。只是状态改变，是物理变化。
水蒸气凝结
H₂O(g) → H₂O(l)
现象： 被 100 °C 的水蒸气烫伤，比被 100 °C 的水烫伤严重。
ΔH = −40.7 kJ/mol（CRC 手册的数据）
水蒸气凝结成水时放出大量热：放热。这些热加在皮肤上，所以更严重。凝结是物理变化。
水结冰
H₂O(l) → H₂O(s)
现象： 冬天在地窖里放几桶水，水结冰时地窖里的蔬菜不容易冻坏。
ΔH = −6.01 kJ/mol（CRC 手册的数据）
水结冰时放出热量，使周围的温度不会很快降到 0 °C 以下：放热。物理变化。
甲烷燃烧
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)
现象： 燃气灶的火焰把水加热。
ΔH = −890.3 kJ/mol（由 NBS 生成焓表算出）
燃烧把化学能转化为热，体系向环境放热：放热。生成了 CO₂ 和 H₂O，是化学变化。
石灰石煅烧
CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)
现象： 必须持续强热，停止加热反应就停止。
ΔH = +178.3 kJ/mol（由 NBS 生成焓表算出）
分解要不断从外界吸收热量：吸热。生成了 CaO 和 CO₂，是化学变化。
生石灰与水反应（自热饭盒）
CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(s)
现象： 加水后，饭盒底部变得很烫。
ΔH = −65.2 kJ/mol（由 NBS 生成焓表算出）
体系向周围放出热量：放热。生成了 Ca(OH)₂，是化学变化。
氢氧化钡晶体与氯化铵
Ba(OH)₂·8H₂O(s) + 2NH₄Cl(s) → BaCl₂(aq) + 2NH₃(g) + 10H₂O(l)
现象： 把两种固体放在烧杯里搅拌，烧杯底下一块湿木板上的水结了冰，把烧杯粘在木板上。
这个反应只作定性说明。
烧杯和木板上的水都变冷，热量从周围流入反应体系：吸热。生成了新物质（有氨气的气味），是化学变化。
硝酸钾溶于水
KNO₃(s) → K⁺(aq) + NO₃⁻(aq)
现象： 把硝酸钾放进水里搅拌，温度计读数下降。
ΔH = +34.89 kJ/mol（CRC 手册的数据）
溶液温度下降，体系吸热：吸热。溶解是物理变化。
例题 1：由溶解数据得出结论
把 5.0 g 某种盐加入 100 mL 水中搅拌，溶液的温度从 22.0 °C 降到 18.5 °C。这个溶解过程是吸热还是放热？热量怎样流动？这是化学变化还是物理变化？
-
确定体系和环境。 体系是正在溶解的盐（溶解过程）；环境主要是溶液中的水，温度计测的是环境的温度。
-
看环境的温度变化。
水的温度下降，说明水失去了热量。
-
判断热量的方向。 水失去的热量流向了溶解过程：热量从环境流向体系，体系吸热。溶解是吸热过程，ΔH > 0。
-
判断变化的类型。 盐只是溶解成离子分散在水中，没有生成新物质，是物理变化。
-
注意。 温度计读数下降不等于“体系放出了冷”：温度计测的是环境，环境变冷说明体系吸热。
例题 2：评价一个说法
把无水氯化钙（CaCl₂）加入水中搅拌，溶液变得很烫（有些速热包就利用这一点）。一位学生说：“放出了大量的热，所以发生了化学反应。”评价这个说法。
- 判断热效应。 溶液变烫，说明环境（水）得到热量，这个过程放热，ΔH < 0。这一点是对的。
- 识别学生的推理。 学生的推理是“放热 → 化学反应”。
- 检查这个推理。 放热不能说明是化学变化：溶解、冷凝、凝固等物理变化也会放热；判断化学变化要看有没有生成新物质。
- 识别这个过程。 溶解成 和 分散在水中，离子与水分子相互吸引放出能量，没有生成新物质：是物理变化。
- 结论。 说法的结论不成立：放热只能说明 ΔH < 0，不能说明有新物质生成。
- 冰融化成水
克服分子间作用力。
- 水结成冰
熔化的逆过程。
- 汗水蒸发
汽化吸热，所以出汗能降温。
- 冬天，窗户内侧凝结出水珠
水蒸气冷凝放热。
- 干冰升华
固体直接变成气体，要把分子分开。
- 寒夜里，草叶上出现霜（水蒸气直接变成冰）
凝华放热。
- 木柴燃烧
燃烧都放热。
- 植物进行光合作用
吸收光能，把它储存为化学能。
- 硝酸铵溶于水，溶液变冷
环境变冷，体系吸热。
- 盐酸与氢氧化钠溶液中和，溶液变热
环境变热，体系放热。
常见误区
误区 1：“溶液变冷，说明过程放出了冷。” 没有“冷”这种东西可以放出。溶液变冷是因为热量从溶液（环境）流进了体系：过程吸热。
误区 2：“有热量变化，就一定发生了化学反应。” 溶解和相变等物理变化也有热效应。判断化学变化要看有没有新物质生成。
误区 3：“吸热过程必须一直加热才能进行。” 有的吸热过程可以自发进行：硝酸铵在室温下就能溶于水，同时从周围吸热。是否需要加热，和是吸热还是放热是两回事。
即时小测
把一种固体加入水中，溶液的温度从 25.0 °C 降到 21.0 °C。下列说法正确的是？
环境（水）变冷，说明热量从环境流向体系，体系吸热。物理变化同样可以判断吸热或放热。
暖宝宝中的铁粉在空气中被氧化，暖宝宝变热。这个过程是？
铁被氧化生成了新物质（铁的氧化物），是化学变化；暖宝宝（环境）变热，说明体系放热。
下列过程中，放热的是？
冷凝是汽化的逆过程，放热；A、B、D 都是把粒子分开的过程，吸热。
出汗能帮助身体降温，最好的解释是？
汽化吸热，热量从皮肤（环境）流向蒸发的汗水（体系），皮肤因此变凉。
把两种液体混合，混合物变热，但没有生成新物质。一位学生说：“放出了热，所以发生了化学反应。”下列评价最好的是？
分子间形成了更强的吸引时也会放热。热效应不能用来区分物理变化和化学变化。
一个反应放出 50 kJ 的热量。从体系和环境的角度看，下列说法正确的是？
体系放出的热量正好被环境吸收：大小相等，符号相反。
AP 自由作答题
冷敷袋里有固体 NH₄NO₃ 和一小袋水。捏破水袋后，NH₄NO₃ 溶于水：。实验中，把 8.00 g NH₄NO₃ 溶于 100.0 g 水，溶液的温度从 22.0 °C 降到 16.3 °C。
(a) 这个溶解过程是吸热还是放热？说明热量在体系和环境之间怎样流动。
(b) 这是化学变化还是物理变化？说明理由。
(c) 设溶液的质量为 108 g，比热容为 4.18 J/(g·°C)，计算溶液失去的热量。
(d) 用 (a) 的结论解释冷敷袋为什么能给扭伤的脚踝降温。
(e) 一位学生说：“溶解是吸热的，所以 NH₄NO₃ 必须加热才能溶解。”评价这个说法。
参考答案与评分要点
(a) 吸热。溶液（环境）的温度下降，说明热量从溶液流向溶解过程（体系），ΔH > 0。
(b) 物理变化。NH₄NO₃ 只是溶解成 NH₄⁺ 和 NO₃⁻ 分散在水中，没有生成新物质。
(c) q = m·c·ΔT = 108 g × 4.18 J/(g·°C) × (16.3 − 22.0) °C = −2.6 × 10³ J，溶液失去约 2.6 kJ 热量（被溶解过程吸收）。
(d) 冷敷袋放在脚踝上时，溶解过程从周围（包括脚踝）吸收热量，脚踝的温度降低。
(e) 不对。NH₄NO₃ 在室温下就能自发溶解，所需的热量直接从周围的水中吸收，所以溶液变冷。吸热与是否需要外部加热是两回事。
评分要点： (a) 吸热及热量方向；(b) 没有新物质；(c) q 的计算和符号；(d) 联系吸热；(e) 指出可自发进行。
小结
- 体系是研究的对象，其余是环境。放热：热量从体系流向环境，环境变热，ΔH < 0；吸热：热量从环境流向体系，环境变冷，ΔH > 0。
- 温度计测的通常是环境（溶液中的水）的温度：溶液变热说明放热，变冷说明吸热。
- 物理变化也有热效应：熔化、汽化、升华吸热；凝固、冷凝、凝华放热；溶解可能吸热也可能放热。
- 热效应不能用来区分化学变化和物理变化。
AP 提示： 写理由时，说清楚“哪一部分的温度升高（降低）”以及“热量从哪里流向哪里”。题目问“化学变化还是物理变化”时，用有没有新物质生成来回答，不要用温度变化。