复习笔记：热化学

这份笔记一次处理热化学一章的一条内容标准。热化学计算量大，所以除了定义，我们还列出每一道反应热题目都遵循的标准计算路线。

把这份笔记放在历年题旁边，用它来核对你的定义与计算过程。

11.1 放热与吸热反应

放热反应把热释放给周围环境，所以混合物的温度上升，热变化取负号。例子包括燃烧、中和以及活泼金属与酸的反应。

吸热反应从周围环境吸收热，所以温度下降，热变化取正号。例子包括许多碳酸盐的热分解，以及把氯化铵之类的铵盐溶于水。

键与能量。 断键吸收能量；成键释放能量。若形成新键释放的能量多于断开旧键吸收的能量，反应就是放热的；若释放得较少，则为吸热。这正是考试要你在正负号背后给出的推理。

11.2 能级图

能级图显示反应物与生成物的总能量，两者之差标为热变化 ΔH。对放热反应，生成物比反应物低，ΔH 向下、为负。

对吸热反应，生成物比反应物高，ΔH 向上、为正。两者之间的「隆起」代表活化能，即启动反应所需的最小能量。

画图提示。 始终把纵轴标为「能量」，标出反应物与生成物，并把 ΔH 的箭头从反应物能级画到生成物能级。放热图若画反（生成物更高）即使文字正确也会丢分。

标准热量计算

几乎每一道数值题都遵循同样的两步。

• 第一步，热变化： Q = mcθ，其中 m 是溶液或水的质量（以克计），c 是比热容（水溶液取 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹，即题目给出的值），θ 是温度变化（以 °C 计）。由于溶液密度取 1 g cm⁻³，以 cm³ 计的体积在数值上等于以克计的质量。
• 第二步，每摩尔： 把 Q 除以定义所指的摩尔数，再加上正负号。反应热总是以每摩尔表示，所以 反应热 = Q ÷ 摩尔数，换算成 kJ mol⁻¹。

单位与正负号。 Q 的单位是焦耳；除以 1000 得千焦。温度上升表示放热，答案取负号；温度下降表示吸热，答案取正号。

11.3 中和热

中和热是酸被碱中和生成一摩尔水时所释放的热。你把已知体积的酸与碱混合，记录达到的最高温度，用混合物的总体积求 Q = mcθ，再除以生成的水的摩尔数。

强与弱。 强酸与强碱完全电离，所以它们的中和热较高（较放热）。若是弱酸或弱碱，一部分能量被用来完成该酸或碱的电离，所以测得的中和热较低。这个比较是很常见的结构题。

11.4 置换热与沉淀热

置换热是一摩尔金属被更具电正性的金属从其盐溶液中置换出来时所释放的热，例如锌把铜从硫酸铜(II)溶液中置换出来。沉淀热是一摩尔沉淀由溶液中的离子形成时的热变化。

两者用同一条路线：对溶液求 Q = mcθ，再除以被置换金属或所形成沉淀的摩尔数。

用哪个质量？ 在 Q = mcθ 里用溶液的质量，而不是加入的金属或所形成沉淀的质量。用金属的质量是一个常见又代价高昂的失误。

11.5 燃烧热

燃烧热是一摩尔物质在过量氧气中完全燃烧时所释放的热。在学校实验里，一份已测质量的燃料（常是醇）加热铜罐中已知质量的水。

你用水的质量求 Q = mcθ，再除以燃烧掉的燃料的摩尔数（燃烧质量 ÷ 摩尔质量），得到以 kJ mol⁻¹ 计的燃烧热。

热损失。 实验值通常低于公认值，因为热散失到周围环境与罐子，且燃烧可能不完全。能说出这些原因就是轻松的分数。

如何使用这份笔记

一次复习一条内容标准，把每一条定义大声说出来，确保「每摩尔」这一措辞在场。对 11.1 与 11.2，练习把 ΔH 的正负号与温度变化的方向以及能级图的形状配对。

对 11.3 至 11.5，把这两步计算练到自动：先 Q = mcθ，再除以正确的摩尔数，然后单位与正负号。一对一老师能检查你的计算是否展示了每一步，以及你的最终答案是否始终带着单位与正负号，那正是本章学生最常丢分之处。

因为同一套方法支撑着全部四种反应热，一次掌握它就锁住了一大块可预期的 SPM化学 分数，横跨笔试与实验试卷。最后去做本章的例题与练习题，并按上面的定义与计算路线自我批改。

实验步骤与注意事项

计算的准确度取决于良好的读数，所以考试也考实验的做法。对中和热、置换热与沉淀热，用聚苯乙烯杯作隔热以减慢热散失，轻轻搅拌使温度均匀，并记录最高温度（放热反应）或最低温度（吸热反应）。

对燃烧热，用铜罐，因为铜是良好的热导体，并把灯芯尽量靠近罐子以减少热损失。始终仔细测量初温与末温，因为 θ 的小误差会直接影响 Q 的值。

标准假设。 在多数题目里，溶液的比热容取 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹，溶液密度取 1 g cm⁻³。这些值由题目给出；不要自己编造，但要懂得如何使用它们。