化学能是内能中与化学键相关的一部分；而焓是一个包含内能，并考虑到在常压环境下做功便利性的复合能量函数。

一、化学能

化学能是物质内部由于化学键的断裂和形成而储存或释放的能量，本质上是化学键的键能，只有在发生化学反应时才会转化为其他形式的能量(如热能、光能)。

化学能是内能的一部分。

二、内能

内能(通常用符号U表示)指物质系统内部所有微观粒子(分子、原子等)的动能和势能的总和，包括化学能(化学键蕴含的能量)＋分子运动能(与温度相关)＋分子间作用能(与物态、压强相关)＋电子能……等。

简单来说，内能是系统所有微观能量的总和。

内能的定义过于广泛，我们无法直接测量它的绝对值。

其变化量(ΔU)的测量也非常麻烦，因为它同时依赖于热(Q)和功(W)两种传递方式(ΔU＝Q＋W)。

而功(W)可以包含体积功、电功、机械功等多种形式，在复杂过程中很难全部精确计量。

所以“内能”这个概念在生产实践中并不好用，怎么办呢？

焓(H)的创造提供了“优雅解决方案”！

三、焓

在化学中，我们最关心的是“一个反应是吸热还是放热，以及放出/吸收多少热”，即“反应热”。

但在一个体积可能变化的过程中(比如气体反应)，内能的变化(ΔU)并不等于系统释放或吸收的热量(Q)，因为一部分能量会以“功”的形式交换。

焓的定义是H＝U＋pV。这个看似简单的组合，却带来了巨大的便利。

它的核心优势在于：在恒压且只做体积功的条件下，系统的焓变(ΔH)直接等于系统与环境交换的热量(Q)。即：

ΔH＝Q

我们可以从热力学第一定律出发推导一下：

1、热力学第一定律：ΔU＝Q＋W

2、在恒压且只做体积功的条件下：W＝－pΔV

3、代入第一定律：ΔU＝Q－pΔV

4、整理得到：Q＝ΔU＋pΔV

5、将U＋pV 定义为焓(H)，即H＝U＋pV。

焓(H)不是一个“新”的能量，而是内能(U)加上一个“pV”修正项。

6、可得在恒压下：ΔH＝Q

焓(H)是一个极具智慧的发明，它将内能和体积功打包，使得在最常见的实验条件(恒压)下，能量的计算和测量变得非常直接。

这就是为什么在化学中，我们讨论反应热时，几乎总是在讨论“焓变(ΔH)”，而不是“内能变(ΔU)”。

在实验室和工厂里，大部分反应都是在“敞口容器”(常压)下进行的，而“焓”就是为了优雅地处理这种“常压过程”而诞生的完美工具。

焓带来的实际便利

1、直接测量反应热：现在，要得到一个化学反应的“热效应”，我们不需要去费力地测量内能变化和体积功。

我们只需要在一个敞口的杯子(保证恒压)里进行反应，用一个简单的热量计测量它放出或吸收的热量(Q)，这个数值就直接等于焓变(ΔH)。  

ΔH＜0：放热反应，我们直接知道释放了多少热。 

ΔH＞0：吸热反应，我们直接知道吸收了多少热。 

2、简化计算和制表：正因为焓变(ΔH)在恒压下等于可测的热量，我们可以像列目录一样，制作出各种物质的标准摩尔生成焓(ΔHf°)表。

要计算任何反应的反应热，只需要用生成物的总生成焓减去反应物的总生成焓即可。

如果只用内能(U)，我们将无法制作出这样方便实用的数据库。 

3、专注于“化学意义”：焓变(ΔH)让我们可以忽略复杂的机械功(如活塞运动、气体膨胀收缩)，而直接关注于化学反应本身的能量特性——化学键的断裂和形成所导致的净能量流动。

这更符合化学家的思维模式。

四、“反应进程—势能图”的纵坐标表示什么？

“反应进程—势能图”是用来直观描述“系统的势能”在化学反应过程中随化学键重组引起的的变化。

所以图中的纵坐标“能量”最精确的说法是 表示“内能中由化学键构型决定的部分”。

也可以理解为 “系统的内能(U)在反应进程上的投影” 。

在高中阶段，通常把图中纵坐标的变化量(Δ纵坐标)等于反应的焓变(ΔH)。

为了方便理解，在基础化学中将其纵坐标标记为“焓(H)”或“能量”是完全可行且实用的。

在忽略一些微小差异的情况下，这种理解在化学层面是富有成效且基本正确的。  

对于绝大多数化学反应，反应过程中由体积变化引起的pΔV功非常小，与内能变化ΔU和焓变ΔH相比可以忽略不计(通常小于1%)。

因此：ΔH＝ΔU＋pΔV≈ΔU。

而反应进程图纵坐标表示的势能变化，本质上就是系统内能中与化学键相关的部分变化，即Δ(势能)≈ΔU。 

所以，最终Δ(纵坐标)≈ΔH。

实例分析：敞口烧杯中的氢气燃烧

查“标准燃烧焓表”可知：

2H₂(g)＋O₂(g)→2H₂O(l)  ΔH＝-572 kJ/mol

我们假设在室温(298K)和常压(1 atm)下，反应恰好按方程式进行。

反应物：2 mol H₂(g)＋1 mol O₂(g)，总共3 mol气体。

Vm＝24.5 L/mol，则V(气)＝24.5 L/mol×3 mol＝73.5 L＝0.0735 m³

生成物是液态水，其体积与气体相比微不足道，可以近似为 0。

所以，ΔV＝0－0.0735 m³＝－0.0735 m³。

带入公式：pΔV＝(101325 Pa)×(-0.0735 m³)≈-7450 J＝-7.45 kJ。

体积功7.45 kJ与反应放出的热量572 kJ相比，完全可以忽略不计。

因此：ΔH＝ΔU＋pΔV≈ΔU。