第 9 章 · 化学反应中的能量变化

断键与成键：用键能估算反应焓

甲烷燃烧会放出大量热。可用“断开反应物全部键，再形成产物全部键”的假想路径记账；这不是实际反应机理。把每一笔能量账算清楚，反应焓的正负就不再靠记忆。

CH₄(g) + 2O₂(g) 反应物：需要断开的键
4 × C—H2 × O=O
CO₂(g) + 2H₂O(g) 产物：新形成的键
2 × C=O4 × O—H

先别急着背公式。断开稳定的化学键必须吸收能量；形成新键会释放能量。所以我们把“断键账”减去“成键账”：ΔrH ≈ ΣE断 − ΣE成。如果结果是负数，说明形成键时放出的能量更多，反应就是放热。

把每一条键记到账本上

请按上方固定反应式填写键数。键数正确后可调整平均键能作教学敏感性分析；修改数据不是改变真实甲烷的燃烧焓。键能单位为每摩尔该键的 kJ，本项能量按每摩尔所写反应计。

平均键能表（本例的估算数据）
阶段键条数平均键能本项能量
断开C—H kJ/mol 1652 kJ·mol⁻¹
断开O=O kJ/mol 996 kJ·mol⁻¹
形成C=O（CO₂） kJ/mol 1598 kJ·mol⁻¹
形成O—H kJ/mol 1852 kJ·mol⁻¹
断键吸收 2648 − 成键释放 3450 = ？ kJ·mol−1
断键：需要输入2648 kJ·mol⁻¹
成键：向外释放3450 kJ·mol⁻¹

注意，这是“平均键能”的估算，不是精确反应焓

这里把键能当作不同分子中同类键的平均值来使用；真实键能会受分子环境影响。本例的产物特意写成 H₂O(g)，采用默认数据得到约 −802 kJ·mol⁻¹。若把产物改为液态水，水蒸气凝结还会额外放热，数值就不能直接照搬。负号只告诉你：这一反应按所写状态放热。

教学计算，非实测。计算对象：CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g)。所有结果均按 1 mol 该化学计量反应计。