眾所周知，物質(zhì)的變化是在化學(xué)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(xué)反應(yīng)的規(guī)律以及反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化研究是化學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)。因此，深
刻認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)中的能量關(guān)系及其轉(zhuǎn)化規(guī)律對于化學(xué)知識的學(xué)習(xí)具有重要意義。
本章內(nèi)容包括化學(xué)反應(yīng)的基本概念，化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系和能量關(guān)系。重
點介紹熱化學(xué)方程式的應(yīng)用以及由物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)
焓變。
第一節(jié)　化學(xué)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(xué)性
質(zhì)的最小微粒，原子是物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的基本微粒。在化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)，并以此標(biāo)
準(zhǔn)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(xué)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(tuán)、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(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(xué)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(jìn)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(jī)化合物的命名
（一） 無機(jī)化合物命名的一般規(guī)則
無機(jī)化合物的名稱是由各基本組成部分的名稱通過化學(xué)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(tuán)。當(dāng)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(jìn)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(jìn)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(tuán)，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(jī)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(xué)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(jī)化學(xué)中常用的化學(xué)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(jī)化合物的命名
由兩種元素組成的無機(jī)化合物稱為二元無機(jī)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(fù)性較強(qiáng)的元素名稱在前，電負(fù)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(fù)性較弱元素的氧化數(shù)
來表示；另一種是用化學(xué)組成來表示。
（1）用電負(fù)性較弱元素的氧化數(shù)來表示
用“正”字表示化合物中電負(fù)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(dāng)電負(fù)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(biāo)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(xué)組成來表示
當(dāng)電負(fù)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(dāng)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(jī)化合物的命名
對于三元、四元無機(jī)化合物，應(yīng)盡可能采用二元化合物的命名方法進(jìn)行命名。
命名時，各元素的順序為：電負(fù)性較強(qiáng)的元素放在前面，電負(fù)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(biāo)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(dāng)人們進(jìn)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(jìn)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(dāng)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(dāng)瓶子敞開時，系
統(tǒng)為敞開體系；當(dāng)蓋上蓋子時，系統(tǒng)為封閉系統(tǒng)；當(dāng)瓶壁為密封、絕熱時，系統(tǒng)為孤
立系統(tǒng)。