对化学教材热化学方程式的书写的一些探讨

曾大兵

（隆昌县第一中学，四川内江642150）

摘要文章探讨化学教材中引入△H (反应热)的必要性和依据，引入△H后，热化学方程式的表示方法的变化，详细介绍了“反应进度”的含义。

关键词反应热；热化学方程式；反应进度

一、教材引入△H (反应热)的必要性和依据

化学反应总伴随着能量变化，通常表现为热量的变化。人们用热化学方程式来表示化学反应中放出或吸收的热量。在原教材中热化学方程式这样表示：

C(固) + O2(气) = CO2(气) + 393.5 kJ

上式表示在101 kPa和25 ℃的条件下，1 mol 固态碳和1 mol 氧气反应生成1 mol CO2气体时放出393.5 kJ的热量。这种表示方法写法直观，容易为学生理解。但是因为书写化学反应方程式必须遵守质量守恒定律，这种表示方法把反应中原子结合的变化和热量的变化用加号连在一起是欠妥的。因此，在GB 3102.4～93中规定，热量(Q)“应当用适当的热力学函数的变化来表示，例如T·△S，△S是熵的变化，或△H，焓的变化”。

在中等化学中，一般研究在一定压强下，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△U=Q+WQP=△U－W=(U2－U1)+(p2V2－p1V1)=(U2+p2V2)－(U1+p1V1)=H2－H1=△H 即QP=△H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，在中等化学所研究的反应范围之内，Q=QP=△H，这是教材中引入△H的依据。

二、引入△H以后，热化学方程式的表示方法发生的变化

引入△H这个物理量以后，使得热化学方程式的表示方法发生了变化。

1．根据国标，在热力学中将内能U改称为热力学能。其定义为：对于热力学封闭系统，△U=Q+W，（式中Q是传给系统的能量，W是对系统所作的功。）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，原来的热化学方程式中的“+”“－”所表示的意义正好与国标的规定相反。因此，引入△H以后，当反应为放热反应时，△H为“－”或△H<0；当反应为吸热反应时，△H为“＋”或△H>0。

2．在原教材中，热化学方程式中物质的聚集状态用中文表示，如固、液、气等，根据国标，应当用英文字母表示。如s代表固体、l代表液体、g代表气体或蒸气、aq表示水溶液等。

3．热化学方程式中反应热的单位不同。原教材中反应热的单位是J或kJ，而△H的单位为J/mol或kJ/mol。根据引入△H以后的变化，类似以下热化学方程式的表示法就废除：

C(固) + O2(气) = CO2(气) + 393.5 kJ

C(固) + H2O(气) = CO(气) + H2(气) －131.5 kJ

正确表示法为：先写出反应的化学方程式，并注明各物质的聚集状态。然后写出该反应的摩尔焓[变] △rHm（下标“r”表示反应，“m”表示摩尔）。实际上，一般给出的都是反应物和产物均处于标准状态（指温度为298.15 K，压强为101 kPa时的状态）时的摩尔焓[变]，即反应的标准摩尔焓[变]△rHmΘ（上标“Θ”表示标准），两者之间用逗号或分号隔开。

三、有关反应进度

考虑到中等化学的实际情况，教材没有引入“反应进度(符号为ξ)”这个物理量。但是应该明确，△rHm的单位“kJ/mol”中的“mol”是指定反应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。国标中，反应进度的定义为：

对于化学反应 0=ΣBνBB nB(ξ) = nB(0) +νBξ式中nB(0)和nB(ξ)分别代表反应进度ξ=0(反应未开始)和ξ=ξ时B的物质的量。由于nB(0) 为常数，因此有dξ=νB-1dnB，对于有限的变化△ξ=νB-1△nB所定义的反应进度，只与化学反应方程式的写法有关，而与选择反应系统中何种物质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（化学计量数，对于反应物其为负，对于产物其为正）有关，因此在使用ξ时必须指明化学反应方程式。

反应进度自1982年进入国家标准，ISO国际标准从1992年引入了反应进度。反应进度是化学反应的最基础的量。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量在量纲上出现的困难和矛盾。对于化学反应0=ΣBνBB，反应的摩尔焓[变]△rH>m，可由测量反应进度ξ1→ξ2时的焓变△H，除以反应进度变△ξ而得，即△rHm=△H/△ξ。由于反应进度ξ的定义与化学反应方程式的写法有关，因此△rHm也与化学反应方程式的写法有关，即对同一实验数据，由于计算△ξ所依据的化学反应方程式不同，使得△rHm也不同。所以在使用△rHm时，必须指明对应的化学反应方程式。例如：

2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g)；△rHm =－483.6 kJ/mol ①

H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(g)；△rHm=－241.8 kJ/mol ②

对于反应①，2mol H2(g)和1 molO2(g)完全反应生成2 mol H2O(g)表示1反应进度的反应，而对于反应②，1mol H2(g)和0.5 mol O2(g)完全反应生成1mol H2O(g)也表示1反应进度的反应，前者放热483.6 kJ，后者放热241.8 kJ。因此，两个反应的△rHm不同，反应① 的△rHm是反应②的两倍。由此可以看出：

(1) 反应的摩尔焓[变]△rHm实际上是单位反应进度的焓变。△rHm的单位“J/mol”或“kJ/mol”中的“mol”是“指定反应”的反应进度的SI单位，mol－1是每反应进度的SI单位。(2) 对于用不同的化学计量数表示的相同物质的反应，每反应进度的反应所表示的意义是不同的，当然相对应的△rHm也是不同的。最后需要说明的是：由于△rHm与反应的温度和压强有关，因此书写热化学方程式时应注明反应的温度和压强。但中等化学所用的△rHm的数据，一般都是在101 kPa和298.15 K时的数据，因此可不特别注明。考虑到这一点和中等化学中学生的知识水平和接受能力，新教材中将△rHmΘ(298.15 K)简写为△H来表示。

总之，引入△H以后，热化学方程式的表示方法发生了很大变化，教师对此应做到心中有数，但教学过程中不要向学生过分强调，以避免不必要的深究。