浅谈化学反应中能量变化的本质及其在生活中的应用

赵纪辰

摘要：能量的变化是我们研究化学反应的一个重要视角，化学反应中物质发生变化的同时一定伴随着能量的变化，化学能在人们实际生产生活中的运用也日益广泛。探索化学反应中能量变化的本质，可以更好地帮助人类利用化学知识创造出无限可能。

关键词：化学反应 能量变化 反应热 生活应用

一、化学反应与化学能

随着科技的进步及各种精密实验仪器的出现，人们对化学反应的研究也渐渐深入，对其从宏观到微观，层层递进，进行了较为透彻的了解。化学反应其实就是分子分裂成原子，原子再重新排布组合生成新分子的一个过程，常伴随着物质及能量的变化。化学能是指隐藏在物质当中的能量，平时觉察不到它的存在，一旦物质发生了化学变化它就会被释放出来，并且是以热能或者其他肉眼可见的形式。化合物在化学反应中，其各原子会重新进行分布，变成新的化合物，这期间会导致化学能发生变化。

二、化学反应中的能量变化的本质及遵循的规律

能量以各种不同的形式呈现在世人面前，而最常见的是热能、电能、光能， 我们往往能够通过化学反应来实现化学能到这些常见形式能量的转化。

（一）反应热及焓变

化学反应中能量的变化大多数以热量的形式对外呈现，在化学反应体中，使反应产物的温度回到反应前始态的温度吸收或放出的热量称为反应热。如果系统处于同温同压的状态下，此时系统产生的反应热又叫做“焓变”，符号用ΔH表示。是研究计算反应热的重要参数。ΔH=∑E（反应物）-∑E（生成物）。ΔH>0为吸热反应，ΔH<0为放热反应。

（二）能量转化

深入到微观世界中，我们探索到化学反应中能量变化的本质在于微观作用力的破坏和形成，微观作用力包括分子间作用力和化学键，由于与化学键相比较，分子间作用力弱到可以忽略，以是我们认为化学反应中能量的变化其实是化学键变化了，当反应物中的化学键断裂时，吸收外界一些能量，生成产物时要重新形成化学键，则会散发出能量。

原电池是典型的将化学能转化为电能的装置，利用氧化还原反应，在两种活泼性相差较大的物质间产生电流。煤在燃烧过程中，可燃成分（碳、氢、硫等）与空气中的氧进行剧烈的化学反应（C+O2→CO2S+O2→SOx（SO2）N+O2→NOx），煤在燃烧时，煤炭中的化学能便转变成了人们所需要的内能。绿色植物在进行光合作用时，利用叶绿素的催化作用，吸收太阳光，把CO2和H2O 转化为糖类和O2，这便是将光能转变为了生物体内的化学能。

（三）能量变化遵循的规律

万物变化需受规则约束，物质在变化时被质量守恒定律制约着，同样地，化学反应进行过程中，能量的变化也需遵循能量守恒定律，若反应中生成新化学键所释放的能量大于旧化学键断裂的能量，多余的能量就会被以其它形式被释放出来。

三、化学反应能量变化在生活中的应用

了解到化学反应变化的本质，运用其反应中的能量变化，在工业生产过程中，我们便能利用已存在的旧事物创造出许多新事物，同时应用化学反应催化，不断地在提高生产的效率，让化学为人们提供便利的生活。

（一）新能源开发

煤、石油、天然气等自然能源的发掘，人们的生活迈入了一个新的阶段，提高生产力的同时也促进了人类社会的发展。但地球上的这些常规能源储量终究是有限的，它们燃烧所产生的废弃物也对环境造成了难以恢复的伤害。因此人们不得不想办法减少对常规能源的消耗，转向对具有可再生、持久性等特点的新型能源的开发。氢气作为一种被挖掘的新型能源，燃烧高效且无污染，深受好评。

随处可见的水就是我们制取氢气的原料，水由氢元素和氧元素组成，水分解后生成了氢气 2H2O=2H2+O2（ΔH>0），点燃它就可放出热量。明白水的分解是吸热反应，可以设法聚集太阳能产生高温，来促使水分解产生氢气，或者使用特殊的化学物质，也能分解水产生氢气。

（二）制冷

我们知道许多无机盐在溶解时均有吸热效应，利用溶解度大，溶解吸热值高的无机盐（称为溶质盐）溶于另一带有结晶水且也有较高溶解吸热值的无机盐 （称为溶剂盐）的结晶水中时，需吸收热量，周围环境温度就会降低，有了致冷效果。如 我 们 最 常 见 的 带 八 个 结 晶 水 的 氢 氧 化 钡 与 氯 化 铵 反 应 Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O，有非常明显的冷却效果。氨和氟利昂（包括CFC、HCFC、HFC等）是最常用的两种工业制冷劑，广泛地用于冷藏、冷库等制冷设备中，家用电器冰箱和空调便运用到了此制冷原理。

（三）自热米饭

这些年市面上出现了自热米饭和自热火锅这样的速食食品与工具，对于工作忙碌的上班族或不想挤食堂的学生来说是相当方便的，将包装盒中的发热包放入水中，等待一会儿，盒子里迅速升温，当蒸汽温度达到了200℃左右，生米差不多就煮成熟饭了，且其温度持续时间也较长，不用担心食物变凉的问题。自热米饭问世以来，也受到了无数人的青睐。 自热米饭的发热包就是其神奇之处所在，袋中主要有焙烧硅藻土、铁粉、铝粉、焦炭粉、活性炭、盐等成分，再加入生石灰、炭酸钠，遇水之后，发生剧烈化学反应就能放出大量的热量，这样就能把食物蒸熟了。

（四）金属冶炼

金属自远古时期起，对人类来说都有非常重要的用途，制造生活器具和兵器等等，所以冶炼金属是人类社会一项必不可少的工作。金属冶炼的方式很多，如热分解法： ；

热还原法： 电解法： 。前面的反应中Hg和Fe都是在高温的环境下通过热能实现物质的转化冶炼出的，Mg则是借助于电能实现物质转化得来。

四、结语

对化学反应的分析和研究是一件极其有意义的工作，反应中发生的能量变化，一经人们利用应用于工农业生产和日常生活中，便为社会带来了福音。相信对化学反应能量的研究绝对不仅于此，未来的科学钻研中人类一定会有更多不一样的收获，也会出现更多新的应用。

参考文献：

[1]王笃年.化学反应过程中能量变化的本质[J].高中数理化，2017，（17）：47-48.

[2]秦蕾.化学反应中的能量变化及新能源开发[J].高考：理化生，2005，（05）：56-61.

[3]乔金锁，刘冷，李丹.关于吸热反应的研究[J].化学教育，2012，（10）：77-79.

（作者单位：郑州外国语新枫杨学校）