化学变化的特征

化学变化也叫化学反应，参与化学反应的反应物性质和状态可以千差万别，控制化学反应的外界条件（如温度、压力等）也可以是各种各样，但所有的化学反应都具有以下两个特点：

  1. 化学反应遵守质量守恒定律 化学变化是反应物的原子，通过旧化学键破坏和新化学键形成而重新组合的过程。以氢气在氯气中燃烧生成氯化氢气体的反应为例，在燃烧过程中氢分子的 H－H 键和氯分子的 Cl－Cl 键断裂，氢原子和氯原子通过形成新的 H－Cl 键而重新组合生成氯化氢分子。在化学反应过程中，原子核不发生变化，电子总数也不改变，因此，在化学反应前后，反应体系中物质的总质量不会改变，即遵守质量守恒定律。这条定律是组成化学反应方程式和进行化学计算时的依据。上面讲到的氢气在氯气中的燃烧反应，可用下列方程式表示：

H2+Cl2=2HCl

在日常生活中物质的质量单位通常采用千克（kg）或克（g）表示。由于化学中所涉及的原子、分子等微粒，质量大都在 10-26kg 数量级，即使是蛋白质、核酸等大分子，一个分子的质量也大都在 10-20kg 以下，目前还不能直接进行称量。为此，在化学中采用大量微粒的集合体为基本量的方法来解决这个问题，“物质的量”就是化学中常用的一个这类的物理量。国际单位制

（SI）中规定物质的量的基本单位为摩尔，其符号为 mol，它的定义是：

摩尔是一系统的物质的量，该系统中所包含的微粒数目与12g碳（12C）

的原子数目相等，则这个系统物质的量为 1 摩尔（lmol）。根据实验测定 12g 碳中含有原子数目是 6.022×1023 个，这个数称为阿伏加德罗常数（NA）。

摩尔（mol）是物质的量的单位，而不是质量单位。物质的量、物质的质量与摩尔质量之间的关系可用下式表示：

物质的质量 = 物质的量摩尔质量

摩尔这个单位的应用为化学计算带来了很大方便。化学反应方程式中， 反应物和生成物之间质量关系比较复杂，而从摩尔单位看则很简单。例如通过下列化学反应方程式和有关化合物的摩尔质量就很容易看到 1 吨碳酸钙在

完全分解时应得到 0.56 吨氧化钙和 0.44 吨二氧化碳：

CaCO3 化学变化的特征 - 图1CaO+CO2

摩 尔 质 量 /kg·mol-1 100 56 44

1 吨 0.56 吨 0.44 吨

在生产和科学实验中经常用这类方法计算原料配比和理论产量。有不少化学反应是在溶液中进行的，要定量计算反应物和生成物之间的质量关系， 就必须了解溶液及溶液浓度的表示法。一种物质以分子或离子状态分散于另一种物质中所构成的均匀而稳定的体系叫溶液。把蔗糖放入水中，固态的糖粒消失形成糖水溶液。（通常把蔗糖称为溶质，水称为溶剂）。溶液是一种混合物，在溶液中溶质和溶剂的相对含量可以在一定范围内变化，为了定量地描述溶液中各组分的相对含量，采用了一些表示浓度的方法，常用的浓度表示方法是物质的量浓度，即：单位体积溶液中所含溶质的物质的量，其单位是 mol·L-1：

浓度 = 溶质的物质的量

溶液的体积

利用化学反应方程式：2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O 可以计算出完全中和20mL浓度为 1.0mol·L-1NaOH 溶液需要浓度为 2.0 mol·L-1 的 H2SO4 溶液 10.0mL。上述计量关系，若用质量单位进行计算，就显得麻烦了。凡涉及溶液的计量问题，都要用浓度进行计算。

  1. 化学变化都伴随着能量变化 在化学反应中，拆散化学键需要吸收能量，形成化学键则放出能量，由于各种化学键的键能不同，所以当化学键改组时，必然伴随有能量变化。在化学反应中，如果放出的能量大于吸收的能量，则此反应为放热反应，反之则为吸热反应。我们以下列方式表示化学反应的能量变化，也叫热化学方程式。例如：

1

H 2 (g) + 2 O2 (g) → H 2 O(l) + 286kJ

(1)

或 H 2

  1. + 1 O

2

2 (g) → H 2 O(l)

△H = −286kJ • mol−1

(2)

式中（g）和（l）分别代表物质处于气态和液态，若是固态，则用（s） 代表。第①式在右边写+286kJ，表示在生成 1molH2O（l）时有 286kJ 热产生， 这是放热反应。这种写法直观，容易理解，中学化学课本就是这样的写法。但化学专业书刊中都按第②式书写，因为化学反应方程式的着眼点是质量守恒，把原子结合的变化和热量变化用加号连在一起欠妥，此外在化学热力学问题中对一个化学反应而言还有熵变（△S）、自由焓变（△G）等需要注明， 而△H 的数值又随温度压力的不同而不同，因此用第②式表示为宜。请注意， 这两式的+、－号恰相反，△H 代表生成物的 H 值与反应物的 H 值之差，△H 为负值，即生成物的 H 值小于反应物，那末体系就是放热；反之△H 为正值， 表示生成物的 H 值大于反应物，所以体系要吸热。还有△H 的单位不是 kJ， 而是 kJ·mol-1，在此 mol-1 是代表“每摩尔这样的反应”而不是指每摩尔 H2O 或每摩尔 H2 或每摩尔 O2，所以若有 2molH2 和 1molO2 起反应，其△H 值则为－ 572kJ·mol-1：

2H2（g）+O2（g）→2H2O(l) △H=－572kJ·mol-1

类似情况，下列三式都表示 N2 和 O2 起反应所伴随的热量变化。

1

2 N 2 (g) + O2 (g) → NO 2 (g) − 34kJ

1 N (g) + O (g) → NO

(g)

△H = +34kJ • mol−1

2 2 2 2

−1

N 2 (g) + 2O 2 (g) → 2NO 2 (g) △H = +68kJ • mol

化学反应是否能进行？进行的程度和速率如何？选择什么温度和压力最为适宜？这些问题都与该反应的热效应有关。工农业生产和人民生活所需要的能量，主要来自煤、煤气、石油气或天然气等的燃烧过程，这些化学变化过程的热效应作为能量的来源，或简称为“能源”。

本书以当今社会各界共同关心的环境、能源、材料、生命等热门话题为经线，以化学基本概念为纬线进行编写。最基本的概念如原子结构、化学键、化学计算等，以中学化学和物理为基础，作必要的复习，然后适当提高，以便深化对化学知识的理解。希望读者能通过化学事例了解自然科学在社会发展中的作用和地位，自然科学和社会科学的相互依存，以利于科学文化素质

的提高。