化学自习室移动版

《普通高中化学课程标准(实验)》(以下简称化学课程标准)在内容标准中要求高中生能“通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化”，“举例说明化学能与电能的转化关系及其应用”，“体验化学能与电能相互转化的 探究过程”。天津大学杨宏秀教授在谈到普通高中化学课程新体系遐想时也要求：在化学和能源专题中，要把握好探讨问题的视角，先讲清什么是化学能。 但在多数高等院校和中学化学教材中，并没有明确给出化学能的定义，这给中学化学教学带来了一定的困难。

1、中学化学教材中对化学能的描述

在现使用的中学化学教材中，许多模块都讲到化学能。人民教育出版社 出版的高中化学教材《化学2(必修)》中对化学能给出了这样的描述各种物 质都储存有化学能。不同的物质不仅组成不同、结构不同，所包含的化学能也 不同”，“化学能是能量的一种形式，它同样可以转化为其他形式的能量，如热 能和电能等”。江苏教育出版社出版的高中化学教材《化学2(必修)》中并没有 给出化学能的明确定义，仅指出“在化学反应中反应物转化为生成物时，必然 发生能量的变化”，“有些反应需要吸收能量，反应中热能、光能、电能等转化为 化学能”，“有些反应能够放出能量，反应中化学能转化为热能、光能、电能等”。 并用图示方式表示了化学变化中的能量变化(见图1-1)。

中学化学教材中对化学能的描述是比较含糊的，我们很难据此对化学能有一个清晰的理解。在中学化学教学中也会产生下列困惑：

困惑1：如果说所有物质都储存有化学能，不同的物质化学能不同。那么 一种物质究竟含有多少化学能呢？例如，Fe₂O₃可发生下列反应，如何确定 1 mol Fe₂O₃所包含的化学能？

困惑2：如果说化学能像热能、电能、光能一样是一种能量形式，不同形式 的能量只有在体系变化过程中才能表现出来，那么，化学能是否也只有在化学变化中才表现出来？

困惑3：化学反应可以按不同的途径进行，例如在298 K、1. 01×10⁵ Pa 条件下，1 mol O₂(g)与2 mol H₂(g)完全反应，既可以是氢气在氧气中燃烧又可以在燃料电池中进行，前者化学能转化为热能，后者化学能转化为电能。按不同反应途径所进行的同一化学反应，所转化的化学能相同吗？

为了方便中学生理解化学能的含义，有必要对“化学能”的概念进行界定。

2、化学能的定义

物质的内能（U）是化学物质的最基本能量属性。内能是物质所含分子层次实物粒子的动能、势能、核能、电子能等能量的总和。当物质发生物理变化 时，实物粒子的动能和势能发生变化，当物质发生化学变化时，由于存在旧化 学键的断裂和新化学键的形成，因此，除实物粒子的动能和势能发生变化外， 实物粒子的电子结合能也发生了变化。也就是说，化学变化前后，物质内能中动能、势能和电子能发生了改变，化学变化伴随着的能量变化是物质内能的改变。

我们都知道，光能、热能、电能等是不同的能量形式，当体系从一种状态改变到另一种状态时，体系内能的改变可以以光能、热能、电能等中的一种或数种形式表现出来，但光能、热能、电能等不是物质的基本能量属性，我们不能说物质含有一定的热能或电能。化学能是物质发生化学变化时的内能改变，其形式也可以是光能、热能、电能等。因此，离开了化学变化，就无从讨论化学 能。例如，我们无法确定1 mol H₂O(g)含有多少化学能，但我们可以确定 1 mol H₂O(g)分解成氧气和氢气或分解成氢原子和氧原子的过程中改变了多少能量(合成氨过程中的能量变化见图1-2)。

根据物质内能的定义和化学变化中能量变化的本质分析，我们可以这样来定义化学能：化学能是化学反应前后生成物的内能与反应物的内能的差。 在恒温恒压条件下，化学能就是该反应的焓变(ΔH)。根据上述化学能的界定，在使用化学能概念时我们应注意：(1)化学能是物质在化学变化前后的内能改变；(2)化学能不是物质的基本能量属性，也不是一种具体的能量形式； (3)化学能与化学变化相关，化学能是化学变化中伴随着的能量变化。