焓和焓变
物质具有的能量中，与热效应有关的部分用焓enthalpy, H表示。我们无法测出一种物质的焓是多少，但能测出变化前后焓的差：
在恒压下（敞口的烧杯、泡沫杯），ΔH 就等于体系吸收或放出的热量。ΔH < 0：放热；ΔH > 0：吸热。
能量图
能量图energy diagram的纵轴是焓（能量），不是温度。把反应物和生成物各画成一条水平线：
- 放热： 生成物在反应物下方，ΔH 的箭头向下。多出来的能量以热的形式放给环境。
- 吸热： 生成物在反应物上方，ΔH 的箭头向上。不足的能量要从环境吸收。
U5.6 的能量图还画出了过渡态的“山峰”。山峰的高度是活化能，决定反应的快慢；两端的高度差才是 ΔH，决定吸热还是放热。本单元主要看两端。
反过来、加倍
能量图也说明了两条规则：
- 过程反过来进行：起点和终点交换，ΔH 变号。CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(s) 的 ΔH = −65.2 kJ/mol，那么 Ca(OH)₂(s) → CaO(s) + H₂O(l) 的 ΔH = +65.2 kJ/mol。
- 物质的量加倍：放出（吸收）的热量也加倍，ΔH 加倍。焓变与反应的量成正比。
用分步的能量图解释溶解
离子化合物溶于水时，可以设想分三步进行（真实过程是同时发生的，分步只是为了算能量）：
- 拆开溶质粒子： 克服晶体中离子之间的吸引，吸热；
- 拉开溶剂分子： 给离子腾出位置，要克服水分子之间的吸引，吸热；
- 粒子与溶剂结合： 离子和水分子相互吸引（离子–偶极作用），放热。
三步的焓变加起来就是溶解的 ΔH。第 3 步放出的能量多于前两步吸收的，溶解就放热（如 NaOH）；少于前两步，溶解就吸热（如 NH₄NO₃）。
画出几个过程的能量图，试试反过来和加倍；再到“溶解的三步”中调整每一步的能量：
例题 1：画能量图
画出 CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(s)（ΔH = −65.2 kJ/mol，由 NBS 生成焓算出）的能量图，并写出逆反应和 2 mol CaO 反应时的 ΔH。
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判断两端的高低。 ΔH = −65.2 kJ/mol < 0，放热：生成物 Ca(OH)₂(s) 的焓比反应物 CaO(s) + H₂O(l) 低 65.2 kJ。
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画图。
- 左边高处一条横线：CaO(s) + H₂O(l)
- 右边低 65.2 kJ 处一条横线：Ca(OH)₂(s)
- 从上到下的箭头，标 ΔH = −65.2 kJ
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逆反应。 方向反过来，ΔH 变号，箭头向上：
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2 mol CaO 反应。 ΔH 与反应的量成正比，系数乘以 2，ΔH 也乘以 2（单位 kJ）：
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检查。 逆反应和 2 倍反应都只改变箭头的方向或长度，两条横线的相对位置（生成物低于反应物）由正反应决定。
例题 2：为什么有的盐溶解时吸热？
NH₄NO₃ 溶于水时溶液变冷。用分步的能量图解释。
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把溶解拆成三步。 能量图从固体 + 水出发：
- 第 1 步：拆开晶体中的离子（克服离子间的吸引）
- 第 2 步：拉开水分子，给离子腾出空间
- 第 3 步：离子与水分子结合（离子–偶极作用）
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判断每一步的方向。 第 1、2 步要克服吸引，吸收能量，图上升；第 3 步形成吸引，放出能量，图下降。
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比较升降的高度。 第 3 步下降的高度小于前两步上升的总高度，终点高于起点：
CRC 手册给出 的溶解焓为 +25.69 kJ/mol。
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联系到现象。 溶解过程（体系）吸收的热量来自水（环境），水失去热量，所以溶液变冷。
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结论。 拆开离子和拉开水分子需要的能量，比离子与水之间形成吸引时放出的能量多，所以 溶解吸热。
- ΔH = −92 kJ/mol 的反应
放热，生成物在下方。
- ΔH = +178 kJ/mol 的反应
吸热，生成物在上方。
- 甲烷燃烧
燃烧放热。
- 冰融化（H₂O(s) → H₂O(l)）
熔化吸热。
- 水蒸气冷凝（H₂O(g) → H₂O(l)）
冷凝放热。
- 碳酸钙分解
需要持续加热，吸热。
- NaOH 溶于水，溶液变热
放热。
- KNO₃ 溶于水，溶液变冷
吸热。
- 一个放热反应的逆反应
反过来，ΔH 变号。
- 光合作用：6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
吸收光能储存为化学能。
常见误区
误区 1：“能量图的纵轴是温度。” 纵轴是焓（能量）。放热反应中生成物焓较低，但环境的温度反而升高。
误区 2：“放热反应不需要能量就能开始。” ΔH 只比较两端。很多放热反应仍有活化能（U5.6），比如甲烷需要点燃才开始燃烧。
误区 3：“溶解时拆开溶质粒子会放出能量。” 把相互吸引的粒子分开总是吸收能量；只有粒子之间形成新的吸引（第 3 步）才放出能量。
即时小测
某过程的能量图上，生成物比反应物高 40 kJ。下列说法正确的是？
生成物的焓较高，ΔH 为正，体系从环境吸热。
反应 A → B 的 ΔH = −120 kJ/mol。反应 2B → 2A 的 ΔH 是？
反过来变号得 +120 kJ，再乘 2 得 +240 kJ。
把离子化合物的溶解分成三步：拆开溶质、拉开溶剂、粒子与溶剂结合。哪一步放出能量？
前两步都要克服吸引，吸热；只有形成离子–偶极吸引的第三步放热。
某种盐溶于水是吸热的。下列解释最好的是？
溶解的 ΔH 是三步之和；吸热说明前两步吸收的多于第三步放出的。A 描述的是放热的情况。
能量图上画出了反应物、过渡态的山峰和生成物。表示 ΔH 的是？
B 是正反应的活化能，C 是逆反应的活化能；ΔH 只比较两端。
CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂(s) 的 ΔH = −65.2 kJ/mol。要使 Ca(OH)₂(s) 分解为 CaO(s) 和 H₂O(l)，每摩尔需要？
逆过程 ΔH = +65.2 kJ/mol，吸热。
AP 自由作答题
CRC 手册给出：NaOH(s) 溶于水的 ΔH = −44.51 kJ/mol，NH₄NO₃(s) 溶于水的 ΔH = +25.69 kJ/mol。
(a) 分别把两种固体溶于同样多的水中，哪种溶液的温度升高？说明理由。
(b) 画出（或描述）NaOH 溶解的能量图，标出 ΔH。
(c) 用溶解的三步解释为什么 NaOH 溶解放热。
(d) 0.100 mol NaOH 完全溶解时，放出多少热量？
(e) 从 NaOH 溶液中析出 1 mol NaOH 固体（溶解的逆过程）时，ΔH 是多少？
参考答案与评分要点
(a) NaOH 溶液。NaOH 溶解的 ΔH < 0，放热，热量传给溶液中的水；NH₄NO₃ 溶解吸热，溶液变冷。
(b) 左边一条线表示 NaOH(s) + 水，右边低 44.51 kJ 处一条线表示 Na⁺(aq) + OH⁻(aq)，箭头向下，ΔH = −44.51 kJ/mol。
(c) 拆开 NaOH 晶体中的离子和拉开水分子都要吸收能量；离子与水分子结合放出能量。第三步放出的能量多于前两步吸收的能量之和，所以总的 ΔH < 0。
(d) 0.100 mol × 44.51 kJ/mol = 4.45 kJ。
(e) ΔH = +44.51 kJ/mol（反过来，变号）。
评分要点： (a) 选对并联系 ΔH 的符号；(b) 生成物在下方、箭头向下；(c) 三步的吸放热和比较；(d) 计算；(e) 变号。
小结
- ΔH = H(生成物) − H(反应物)，在恒压下等于吸收或放出的热量。
- 能量图的纵轴是焓：放热时生成物在下方，吸热时生成物在上方；山峰高度是活化能，两端的高度差是 ΔH。
- 过程反过来，ΔH 变号；物质的量加倍，ΔH 加倍。
- 溶解可以设想为三步：拆开溶质（吸热）、拉开溶剂（吸热）、粒子与溶剂结合（放热），三步之和决定溶解吸热还是放热。
AP 提示： 读能量图时，先确认纵轴是能量；比较两端判断 ΔH 的符号。解释溶解的热效应时，要说清楚哪些步骤吸热、哪一步放热，以及谁大谁小。