眾所周知，物質(zhì)的變化是在化學反應(yīng)中完成的，并且伴隨著能量的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)
化。對化學反應(yīng)的規(guī)律以及反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化研究是化學的學科基礎(chǔ)。因此，深
刻認識化學反應(yīng)中的能量關(guān)系及其轉(zhuǎn)化規(guī)律對于化學知識的學習具有重要意義。
本章內(nèi)容包括化學反應(yīng)的基本概念，化學反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系。重
點介紹熱化學方程式的應(yīng)用以及由物質(zhì)的標準摩爾生成焓計算標準摩爾反應(yīng)
焓變。
第一節(jié)　化學的基本概念和基本定律
　　一、相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量
構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒主要為原子、離子與分子。其中，分子是保持物質(zhì)化學性
質(zhì)的最小微粒，原子是物質(zhì)進行化學反應(yīng)的基本微粒。在化學反應(yīng)中，原子不能再
分，不會由一種原子轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子，而分子卻可以由一種分子轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N或幾
種分子。例如，氯氣與氫氣反應(yīng)可以生成氯化氫。在這個過程中，氯原子和氫原子
本身沒有發(fā)生改變，只是氯原子和氫原子之間的組合發(fā)生了改變。
原子由質(zhì)子、中子構(gòu)成的原子核及核外電子組成。人們把具有相同質(zhì)子數(shù)的
一類原子稱為元素；具有確定質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的一類原子稱為核素；質(zhì)子數(shù)相同而
中子數(shù)不同的核素互稱為同位素。它們之間既有聯(lián)系又有不同：元素是原子核內(nèi)
質(zhì)子數(shù)相同的原子的總稱；同位素是同一種元素的不同原子品種。例如，氧元素有
三種同位素：16Ｏ、17Ｏ、18Ｏ，它們核內(nèi)質(zhì)子數(shù)均為8，在周期表中占據(jù)同一位置，都
屬于氧元素，區(qū)別僅在于中子數(shù)不同。
作為組成物質(zhì)的基本微粒，原子具有一定的質(zhì)量，但很小，例如12Ｃ原子的質(zhì)量為1．99×10－26ｋｇ。因此，如果在研究中使用原子的絕對質(zhì)量會帶來很大的不便。
為了解決這個問題，國際原子量委員會選擇了一個衡量原子質(zhì)量的標準，并以此標
準定義了相對原子質(zhì)量（犃ｒ）概念，即元素的平均原子質(zhì)量與核素12Ｃ原子質(zhì)量的
1／12（約1．66×10－26ｋｇ）之比為該元素的相對原子質(zhì)量，簡稱為原子量。由定義
可知，原子量是一個純數(shù)，沒有單位，其大小為該元素的天然同位素相對原子質(zhì)量
的加權(quán)平均值。
例如，Ｃｌ元素具有兩種同位素35Ｃｌ和37Ｃｌ，含量為75．77％和24．23％，相對原
子質(zhì)量分別為34．969和36．966，則Ｃｌ元素的相對原子質(zhì)量為
犃ｒ（Ｃｌ）＝34．969×75．77％ ＋36．966×24．23％ ＝35．453
同樣地，相對分子質(zhì)量（犕ｒ）被定義為物質(zhì)的分子或特定單元的平均質(zhì)量與核
素12Ｃ原子質(zhì)量的1／12之比，簡稱為分子量。它也是一個純數(shù)，其大小為組成該分
子的原子的原子量之和。
例如：Ｈ2Ｏ的相對分子量為
犕ｒ（Ｈ2Ｏ）＝2犃ｒ（Ｈ）＋犃ｒ（Ｏ）＝2×1．008＋15．999＝18．015
　　二、物質(zhì)的量及單位
在化學中，“物質(zhì)的量”指的是某物質(zhì)的數(shù)量，即組成物質(zhì)的微觀基本單元的數(shù)
量，其單位為摩爾，單位符號ｍｏｌ。所謂的微觀基本單元包括原子、離子、分子、電
子、原子團、光子等，或者上述粒子的特定組合。組成1ｍｏｌ物質(zhì)的微觀基本單元
數(shù)與0．012ｋｇ12Ｃ所含的碳原子數(shù)相等。0．012ｋｇ12Ｃ中含有6．022×1023個碳原
子，該數(shù)目被稱為阿伏加德羅常數(shù)（犖A）。因此，某物質(zhì)所含微觀基本單元數(shù)是阿
伏加德羅常數(shù)的幾倍，那么該物質(zhì)的量即為幾摩爾。由此可見，同一物質(zhì)如以不同
的基本單元來表示其量時，量的多少是不同的。例如，所謂的1ｍｏｌＨ2是以氫分子
作為基本單元的，如以氫原子作為基本單元，則其量為2ｍｏｌ。因此，使用摩爾這個
單位時必須指明所選擇的基本單元才有真實的含義，否則意義不明。
1 ｍｏｌ 物質(zhì)所具有的質(zhì)量被定義為該物質(zhì)的摩爾質(zhì)量（犕），其單位為
ｋｇ·ｍｏｌ－1 或ｇ·ｍｏｌ－1。原子、分子、離子的摩爾質(zhì)量在數(shù)值上與相應(yīng)的相對原子
質(zhì)量、相對分子質(zhì)量、相對離子質(zhì)量相等。物質(zhì)的質(zhì)量、物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量之間的
關(guān)系為
犕＝犿／狀（1 1）
其中，犕為物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，犿為物質(zhì)的質(zhì)量，狀為物質(zhì)的量。對于氣體，人們將1ｍｏｌ氣體所具有的體積定義為該氣體的摩爾體積（犞ｍ）：
犞ｍ ＝犞／狀（1 2）
其中，犞為氣體體積，狀為物質(zhì)的量。在標準狀態(tài)下（273．15Ｋ，101．325ｋＰA），任何
理想氣體的摩爾體積均為0．022414ｍ3·ｍｏｌ－1，約為22．4Ｌ·ｍｏｌ－1。
　　三、質(zhì)量守恒定律
化學反應(yīng)是反應(yīng)物的原子重新組合而轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物的過程。在此過程中，物質(zhì)
的原子種類沒有改變，數(shù)目沒有增減，原子的質(zhì)量也沒有改變，即各反應(yīng)物的質(zhì)量
總和等于各產(chǎn)物的質(zhì)量總和，這就是質(zhì)量守恒定律。它是自然界的基本定律之一。
據(jù)此，我們可以配平化學方程式，并從已知物質(zhì)的量來計算未知物質(zhì)的量。例如：
2Ｈ2＋Ｏ2???2Ｈ2Ｏ
Ｃ＋Ｏ2???ＣＯ2
　　例1 1　Aｌ和Ｆｅ2Ｏ3按下式進行反應(yīng)時，124ｇAｌ和601ｇＦｅ2Ｏ3反應(yīng)可
生成多少克Aｌ2Ｏ3？
2Aｌ＋Ｆｅ2Ｏ3???Aｌ2Ｏ3＋2Ｆｅ
解：設(shè)124ｇAｌ完全反應(yīng)，所需Ｆｅ2Ｏ3為狓ｇ
2Aｌ＋Ｆｅ2Ｏ3???Aｌ2Ｏ3＋2Ｆｅ
124／27∶狓／160＝2∶1
狓＝367（ｇ）
∴124ｇAｌ完全反應(yīng)，而Ｆｅ2Ｏ3 過剩。
∴ 生成的Aｌ2Ｏ3 質(zhì)量為：［124／（27×2）×］102＝234（ｇ）
　　四、（簡單）無機化合物的命名
（一） 無機化合物命名的一般規(guī)則
無機化合物的名稱是由各基本組成部分的名稱通過化學介詞連綴而成的。常
見的基本組成部分有離子、基、根。
元素的離子名稱是根據(jù)元素名稱及其氧化態(tài)來命名的，如Ｆ－ 、Ｃｌ－ 、Ｂｒ－ 、Ｉ－ 分
別被稱為氟離子、氯離子、溴離子、碘離子；Ｚｎ2＋ 被命名為鋅離子；Ｆｅ3＋ 被命名為三價鐵離子、Ｆｅ2＋ 被命名為二價鐵離子或亞鐵離子。
基和根指的是化合物中特定的原子團。當其以共價鍵與其他組分結(jié)合時稱為
基，以離子鍵與其他組分結(jié)合時稱為根。具體命名規(guī)則如下：基和根可以根據(jù)其
母體化合物進行命名，叫做某基或某根。例如，Ｈ2ＳＯ4稱為硫酸，ＨＳＯ－
4 和ＳＯ2－
4 分
別被叫做硫酸氫根和硫酸根；ＮＨ3稱為氨，ＮＨ－
2 被命名為氨基。也可以通過將所
包含的元素名稱連綴在一起來進行命名。命名順序是價已滿的元素名放在前面，
未滿的放在后面，如ＯＨ－ 可稱為氫氧根。對于稱為根的原子團，如要指明其為離
子時，則稱為某根離子，如ＳＯ2－
4 可稱為硫酸根離子。此外，為了簡便起見，一些基
和根有特定的名稱，在無機化合物命名中常用的有：ＣＯ 羰基、—Ｏ—Ｏ—過氧
基、—Ｓ—Ｓ—過硫基。
所謂的化學介詞指的是用來將基本構(gòu)成部分名稱連綴起來的連綴詞。下面列
舉了幾個無機化學中常用的化學介詞：化，表示簡單的化合，如氯原子（Ｃｌ）與鉀原
子（Ｋ）化合而成的物質(zhì)就叫做氯化鉀。合，表示分子與分子或離子相結(jié)合，如
ＣｕＳＯ4·5Ｈ2Ｏ叫五水合硫酸銅。代，有兩個含義，一是表示母體化合物中氫原子
被其他原子取代，如ＳｉＣｌＨ3叫做一氯代硅烷；二是表示硫（硒、碲）取代母體化合物
中的氧，如ＮA2Ｓ2Ｏ3叫做硫代硫酸鈉。聚，表示兩個以上同種的分子互相聚合，如
（ＫＰＯ3）6叫做六聚偏磷酸鉀。
（二） 簡單的二元無機化合物的命名
由兩種元素組成的無機化合物稱為二元無機化合物。它的名稱是由兩組成元
素的名稱中間以“化”連綴而成。其中，電負性較強的元素名稱在前，電負性較弱的
元素名稱在后。兩者的比例可用兩種方法表示：一是用電負性較弱元素的氧化數(shù)
來表示；另一種是用化學組成來表示。
（1）用電負性較弱元素的氧化數(shù)來表示
用“正”字表示化合物中電負性較弱的元素的氧化數(shù)為其最常見的氧化數(shù)。但
“正”字在名稱中一般予以省略。用“亞”字表示化合物中元素的氧化數(shù)低于其常見
氧化數(shù)，用“高”字表示氧化數(shù)高于常見氧化數(shù)。例如：Ｆｅ2Ｏ3稱為氧化鐵，ＦｅＯ 稱
為氧化亞鐵；ＳｎＣｌ4稱為氯化錫，ＳｎＣｌ2稱為氯化亞錫；ＣｕＩ2稱為碘化銅，ＣｕＩ稱為碘
化亞銅；ＣｏＯ稱為氧化鈷，Ｃｏ2Ｏ3稱為氧化高鈷。
當電負性較弱元素僅有一種氧化數(shù)時，在名稱中其氧化數(shù)不需另加標明。例
如，ＫＣｌ稱為氯化鉀，ＭｇＣｌ2稱為氯化鎂，Aｌ2Ｏ3稱為氧化鋁，Ｋ2Ｏ稱為氧化鉀。
（2）用化學組成來表示
當電負性較弱元素有兩種以上的氧化數(shù)時，通常用該法來命名，例如，ＭｎＯ 命
名為一氧化錳，ＭｎＯ2命名為二氧化錳，Ｍｎ3Ｏ4命名為四氧化三錳。當二元化合物中含有過氧基或過硫基時，該化合物命名為過氧化某或過硫化
某，例如，Ｈ2Ｏ2命名為過氧化氫，ＮA2Ｓ2命名為過硫化鈉。
（三） 簡單的三元、四元無機化合物的命名
對于三元、四元無機化合物，應(yīng)盡可能采用二元化合物的命名方法進行命名。
命名時，各元素的順序為：電負性較強的元素放在前面，電負性較弱的元素放在后
面。如果不會產(chǎn)生歧義，則可省去元素名稱前面的數(shù)字。例如，ＫAｌ（ＳＯ4）2命名為
硫酸鋁鉀，ＰＯＣｌ3命名為氯氧化磷，Ｌｉ［AｌＨ4］命名為氫化鋰鋁。當組成化合物的根
或基具有特定的名稱時，則使用這些名稱按照二元化合物的命名規(guī)則來對化合物
命名，例如，ＫＣＮ 被稱為氰化鉀，ＮA2ＳＯ4被稱為硫酸鈉，ＫＮＯ3被稱為硝酸鉀。
（四） 簡單含氧酸和簡單含氧酸鹽的命名
1．簡單含氧酸的命名
簡單含氧酸是指分子中僅含有一種成酸元素的含氧酸。當分子中僅含一個成
酸原子且其所呈現(xiàn)的氧化數(shù)為常見氧化數(shù)時，則該酸被稱為正某酸，一般正字省略
稱某酸。該元素的其余含氧酸按照其呈現(xiàn)的氧化數(shù)比正酸高、低或有無—Ｏ—Ｏ—
結(jié)構(gòu)等，分別用下列的詞頭加以命名。比正酸氧化數(shù)高的冠以“高”字，比正酸氧化
數(shù)低的冠以“亞”字，氧化數(shù)更低的冠以“次”字，例如，ＨＣｌＯ4稱為高氯酸、ＨＣｌＯ3稱
為氯酸、ＨＣｌＯ2稱為亞氯酸、ＨＣｌＯ稱為次氯酸。由一分子正酸縮去一分子水而成
的酸被冠以“偏”字，如Ｈ2ＳｉＯ3稱為偏硅酸。由兩分子正酸縮去一分子水而成的酸
被冠以“焦”或“重”字，例如，Ｈ2Ｃｒ2Ｏ7的名稱為重鉻酸、Ｈ2Ｓ2Ｏ7的名稱為焦硫酸。
氫氧基的數(shù)目等于成酸元素氧化數(shù)的含氧酸被冠以“原”字，如Ｈ4ＳｉＯ4稱為原硅
酸。含有—Ｏ—Ｏ—結(jié)構(gòu)的被冠以“過”字，該類酸可視為過氧化氫的衍生物，如
ＨＯ?Ｓ
?
?
Ｏ
Ｏ
?Ｏ?ＯＨ 　　　�。龋�?Ｓ
?
?
Ｏ
Ｏ
?Ｏ?Ｏ?Ｓ
?
Ｏ
?ＯＨ
?
Ｏ
過一硫酸　　　　　　　　　　過二硫酸　　
當分子中含有兩個以上直接相連的成酸原子時，該酸稱為“連幾某酸”。例如，
Ｈ2Ｓ2Ｏ4稱為連二亞硫酸，Ｈ2Ｓ4Ｏ6稱為連四硫酸。
2．簡單含氧酸鹽的命名
含氧酸中能電離的氫全部被其他陽離子取代而成的鹽被稱為某酸某，如
ＺｎＳＯ4可稱為硫酸鋅。對于單一氧化數(shù)的金屬元素，其在含氧酸鹽中的氧化數(shù)不
必標明，如ＢAＳＯ4可稱為硫酸鋇。若金屬元素氧化數(shù)較多，則用“正”、“亞”、“高”等
字來區(qū)別其氧化數(shù)，使用規(guī)則與二元化合物命名規(guī)則相同，例如，ＦｅＳＯ4可稱為硫酸亞鐵，Ｆｅ2（ＳＯ4）3可稱為硫酸鐵。
　　五、系統(tǒng)與環(huán)境
當人們進行研究時，常需要把所關(guān)注的一部分物質(zhì)和空間作為研究對象與其
余的物質(zhì)和空間分開，這部分被人為劃分出來的物質(zhì)和空間被稱為系統(tǒng)。系統(tǒng)之
外的物質(zhì)和空間被稱為環(huán)境。系統(tǒng)和環(huán)境是根據(jù)研究的需要來進行劃分的。它們
之間可以有實際的界面，如水和盛水的容器；也可以用一想象的界面加以區(qū)分，例
如，當研究空氣中的氮氣時，氮氣是系統(tǒng)，氧氣等其余氣體則為環(huán)境，它們之間可以
設(shè)計一個想象的界面加以隔開。
系統(tǒng)和環(huán)境之間存在著密切的聯(lián)系，并通過界面相互作用。其中包括兩者之
間的物質(zhì)交換和能量交換。根據(jù)系統(tǒng)和環(huán)境之間物質(zhì)、能量交換情況的不同，可將
系統(tǒng)分為三類：如系統(tǒng)和環(huán)境之間存在著能量的交換，但沒有物質(zhì)的交換，則該系
統(tǒng)稱為封閉系統(tǒng)；如系統(tǒng)和環(huán)境之間不僅存在著能量的交換還有物質(zhì)的交換，則該
系統(tǒng)稱為敞開系統(tǒng)；如系統(tǒng)和環(huán)境之間既無物質(zhì)的交換也無能量的交換，則該系統(tǒng)
稱為孤立系統(tǒng)。如圖1 1所示，將瓶子和其所盛的水作為系統(tǒng)，當瓶子敞開時，系
統(tǒng)為敞開體系；當蓋上蓋子時，系統(tǒng)為封閉系統(tǒng)；當瓶壁為密封、絕熱時，系統(tǒng)為孤
立系統(tǒng)。