物質(zhì)和能量，是研究化學(xué)反應(yīng)的2個(gè)不同視角。有時(shí)候我們利用化學(xué)反應(yīng)制造或消除某些物質(zhì)，如從礦石中提煉金屬、合成有機(jī)高分子材料，除去工業(yè)尾氣中的有害成分、除去廢水中的重金屬離子等。而有時(shí)候則主要是利用化學(xué)反應(yīng)吸收或釋放能量，如研究如何提高光合作用效率、提高煤和汽油的燃燒效率等。

化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化對于人類的生存與發(fā)展具有極其重要的意義，對于化學(xué)反應(yīng)的研究，不可簡單停留在“物質(zhì)變化”單一方面。

舉例來說，綠色植物利用葉綠素的催化作用，吸收太陽光，把CO2和H2O轉(zhuǎn)化為糖類和O2。表面看上去，這個(gè)過程的價(jià)值在于它把“廢物”CO2和H2O轉(zhuǎn)化為“有用的”營養(yǎng)物質(zhì)C6H12O6(葡萄糖)和O2，但進(jìn)一步想，這些C6H12O6(葡萄糖)和O2后來又被某些動(dòng)物(或菌類、植物本身)攝食，轉(zhuǎn)化回了CO2和H2O。那么，這個(gè)物質(zhì)循環(huán)過程的意義何在呢?在于能量的存儲(chǔ)與釋放。自然界中的生命體(動(dòng)物、植物、菌類)，以CO2、H2O、C6H12O6(葡萄糖)、O2等基本化學(xué)物質(zhì)為載體，實(shí)現(xiàn)了太陽能的吸收、轉(zhuǎn)化和利用。

1、化學(xué)反應(yīng)一定會(huì)吸收或放出能量嗎?有沒有正好既不吸收能量，也不放出能量的化學(xué)反應(yīng)?

任何化學(xué)反應(yīng)一定伴隨著能量的變化，要么吸熱，要么放熱，不存在沒有熱效應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)。從化學(xué)反應(yīng)的微觀過程分析：破壞任何微觀作用力(化學(xué)鍵、分子間作用力)的過程一定要消耗能量;反之，形成任何微觀作用力的過程則一定會(huì)釋放能量。由于化學(xué)反應(yīng)過程中，首先要破壞反應(yīng)物中的化學(xué)鍵，形成反應(yīng)的過渡態(tài)(中間體)，這個(gè)過程吸收能量(所需吸收的能量在化學(xué)上稱為“活化能”);而后，那些反應(yīng)中間體之間再相互作用，通過新的化學(xué)鍵結(jié)合形成產(chǎn)物。從哲學(xué)意義上講，反應(yīng)物中的化學(xué)鍵與產(chǎn)物中的化學(xué)鍵必然不同，其鍵能一定有差異，這個(gè)鍵能差就是反應(yīng)所釋放或吸收的能量的主體(另外還包含物質(zhì)狀態(tài)改變所對應(yīng)的分子間作用力之差)。

2、什么情況下可以利用鍵能計(jì)算反應(yīng)的焓變(反應(yīng)熱)?為什么熱化學(xué)方程式里一定要注明物質(zhì)的狀態(tài)?

如前所述，化學(xué)反應(yīng)過程中能量變化的本質(zhì)在于微觀作用力的破壞和形成，而化學(xué)里的微觀作用力包括化學(xué)鍵、分子間作用力2個(gè)方面。所以，要想只根據(jù)鍵能計(jì)算反應(yīng)熱(焓變)，必須是反應(yīng)物、產(chǎn)物中的微觀作用只限于化學(xué)鍵這一單一類型作用力的反應(yīng)體系。比如，H2(g)與O2(g)化合形成H2O(g)的反應(yīng)(氣相反應(yīng))，由于氣體物質(zhì)的分子間作用力極弱，和化學(xué)鍵的強(qiáng)度不在同一量級、可以被忽略，故可以只根據(jù)鍵能計(jì)算反應(yīng)的焓變(E是鍵能的表示符號)：

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)ΔH1

ΔH1=2E(H-H)+E(O=O)-2×2E(O-H)=2×435kJ·mol-1+498kJ·mol-1-2×2×463kJ·mol-1=-484kJ·mol-1。

但是，若產(chǎn)物為液態(tài)水而非水蒸氣，則還要考慮水分子間結(jié)合形成氫鍵過程中釋放出的能量(數(shù)值上等于水的汽化熱)：

H2O(g)=H2O(l)ΔH2=-44kJ·mol-1。

于是，反應(yīng)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH3的焓變計(jì)算如下：

ΔH3=ΔH1+2×ΔH2=-484kJ·mol-1+2×(-44kJ·mol-1)=-572kJ·mol-1。

通過以上計(jì)算，我們也可看到，物質(zhì)的狀態(tài)對于化學(xué)反應(yīng)過程中的焓變是有很大影響的。所以，寫熱化學(xué)方程式時(shí)，必須注明所有物質(zhì)的狀態(tài)。

3、化學(xué)反應(yīng)過程中，反應(yīng)物中的所有化學(xué)鍵都會(huì)斷裂嗎?如果不是，那么還能用反應(yīng)物鍵能總和減去產(chǎn)物鍵能總和的辦法計(jì)算反應(yīng)的焓變嗎?

反應(yīng)過程中，反應(yīng)物中的化學(xué)鍵未必都斷裂。比如：

Na2SO4(aq)+BaCl2(aq)=BaSO4(s)+2NaCl(aq)。

這是一個(gè)復(fù)分解反應(yīng)，在反應(yīng)過程中，SO42-作為1個(gè)原子團(tuán)整體不會(huì)被破壞。

但是，即使反應(yīng)物中有的化學(xué)鍵不會(huì)斷裂，也不影響我們運(yùn)用“反應(yīng)物鍵能總和減去產(chǎn)物鍵能總和”的辦法計(jì)算(估算)反應(yīng)的焓變。這是因?yàn)椋琒O42-內(nèi)部各鍵的鍵能，在“反應(yīng)物鍵能總和”和“產(chǎn)物鍵能總和”兩項(xiàng)中都含有，計(jì)算過程中自然相互抵消。

4、“化合反應(yīng)是放熱的，分解反應(yīng)是吸熱的”，這個(gè)說法是否正確?

這類說法是完全錯(cuò)誤的，我們可以列舉出特殊的反應(yīng)。比如化合反應(yīng)CO2(g)+C(s)=2CO(g)是吸熱的(ΔH=+172.kJ·mol-1)，而NH4NO3、TNT、(NH4)2Cr2O7等物質(zhì)的分解反應(yīng)都是大量放熱的。

那么，“化合反應(yīng)放熱、分解反應(yīng)吸熱”的說法是怎樣產(chǎn)生的呢?估計(jì)是想當(dāng)然的結(jié)果。有的人從“破壞化學(xué)鍵要吸收能量，而形成化學(xué)鍵則釋放能量”出發(fā)，機(jī)械地認(rèn)為“化合反應(yīng)主要形成化學(xué)鍵”或“化合反應(yīng)過程中形成的鍵一定多于破壞的鍵”，“分解反應(yīng)主要破壞化學(xué)鍵”或“分解反應(yīng)過程中破壞的鍵一定多于形成的鍵”，而忽視了化學(xué)反應(yīng)過程中所斷的舊鍵與所形成的新鍵在性質(zhì)上(鍵能)可能存在巨大差異，于是得出了上述并不科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)論。