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化学反应是反应物转化为生成物的过程，涉及化学键的断裂和重新形成。以氢气和氧气反应生成水为例，两个氢分子和一个氧分子结合，形成两个水分子。这个过程中，原有的化学键被打破，新的化学键形成，物质的性质发生根本改变。
化学键是原子间的相互作用力，键能是断裂化学键所需的能量。在化学反应中，断裂化学键需要吸收能量，而形成新的化学键会释放能量。例如，断裂氢-氢键需要吸收436千焦每摩尔的能量。反应的总能量变化取决于断键吸收的能量与成键释放能量的差值。
反应热，也称为焓变，是化学反应中释放或吸收的热量。当反应释放热量时，称为放热反应，焓变小于零；当反应吸收热量时，称为吸热反应，焓变大于零。能量坐标图显示了反应过程中的能量变化，包括活化能的概念，即反应物达到过渡态所需的最低能量。
热化学方程式是表示化学反应中热效应的化学方程式。书写时需要注明物质状态、标注反应热数值和指明反应条件。标准状态通常指298开尔文、101.3千帕。例如甲烷燃烧是放热反应，每摩尔甲烷燃烧释放890.3千焦热量；而水的电解是吸热反应，需要吸收571.6千焦热量。
盖斯定律指出反应热只与反应的始态和终态有关，与反应路径无关。这意味着我们可以利用已知反应热通过加减运算来计算未知反应的反应热。例如，要计算碳生成一氧化碳的反应热，可以利用碳完全燃烧和一氧化碳燃烧的已知数据，通过盖斯定律计算得出结果为负110.5千焦每摩尔。