化学能储存在物质分子的化学键中。当化学反应发生时，键的断裂与形成释放或吸收能量。本页面通过交互动画展示化学能如何转化为我们日常生活中的热能与动能，用千卡（kcal）作为计量单位。
食物消化：化学能 → 热能 + 动能
食物中的碳氢键蕴藏化学能。在体内氧化过程中，化学能释放并分配为两条路径：约50%以上直接转化为热能（维持体温），其余不足50%转化为ATP（驱动肌肉运动）。
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 能量 (≈ 686 kcal/mol)
1分子葡萄糖通过细胞呼吸产生约30-32分子ATP。人体每天合成约等于自身体重的ATP。
选择食物类型（可多选）
🍚
米饭 (100g)
130 kcal
🥚
鸡蛋 (100g)
140 kcal
🥩
牛肉 (100g)
250 kcal
🫒
食用油 (100g)
900 kcal
🍞
面包 (100g)
260 kcal
🍫
巧克力 (100g)
546 kcal
已选 2 种食物 · 合计 270 kcal/100g
消化过程动画
能量分配
ATP产出
14.4 mol
体温贡献
+0.12°C
可支撑慢跑
16 min
基础代谢占比
1.9 hr
热能（维持体温）
ATP（驱动运动）
三大营养素的化学能含量
不同营养素所含化学能不同（Atwater系数），脂肪的化学能密度最高。
1 kcal = 4.184 kJ
碳水化合物
4.0 kcal/g
蛋白质
4.0 kcal/g
脂肪
9.0 kcal/g
酒精
7.0 kcal/g
日常活动能量消耗
不同活动强度下，ATP中的化学能转化为动能的速率不同。MET（代谢当量）是衡量活动强度的单位。
消耗(kcal) = MET × 体重(kg) × 时间(h)
轻度 (MET 1.5-3)
中度 (MET 3-6)
高强度 (MET 6+)
燃烧反应：化学能 → 热能 + 光能
燃烧是最直接的化学能→热能转化方式。燃料与氧气反应生成CO₂和H₂O，释放大量热能。
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + 890 kJ/mol (ΔH = -890 kJ/mol)
分子碰撞动画
CH₄ (甲烷)
O₂ (氧气)
CO₂ + H₂O + 热能
反应数据
反应类型放热反应
活化能≈ 0.21 kcal/mol
释放热量890 kJ/mol
折合千卡212.7 kcal/mol
火焰温度约 1950°C
能量转化效率接近100% (→热)
1mol甲烷质量
16 g
每克释放
13.3 kcal/g
1m³天然气
~8600 kcal
燃烧1kg木材
~3500 kcal
内燃机：化学能 → 热能 → 动能
汽油发动机通过燃烧引发气体膨胀产生运动。化学能先转化为热能（高温高压气体），再转化为机械动能驱动活塞。
2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O + 热能 → 活塞运动 → 车轮转动
四冲程循环动画
进气
压缩
做功（燃烧）
排气
能量流向
汽油化学能100%
→ 动能（车轮）~25%
→ 热能（散热）~40%
→ 排气热损失~35%
1L汽油化学能~7720 kcal
实际驱动能量~1930 kcal
暖手宝：化学能 → 热能
一次性暖贴利用铁粉氧化反应持续放热。铁与空气中的氧气反应生成氧化铁，化学能缓慢释放为热能。
4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ + 热能 (ΔH ≈ -824 kJ/mol)
氧化反应动画
温度变化曲线
最高温度约 57°C
总放热量约 81 kJ
折合千卡19.4 kcal
持续时间5-10 小时
主要成分铁粉·盐·水·活性炭
铁粉质量
~11 g
反应类型
缓慢氧化
催化剂
食盐 (NaCl)
能量来源
Fe化学键
不同系统的化学能转化效率
不同系统将化学能转化为目标能量的效率差异巨大。人体、内燃机、电池、火箭各有优劣。
| 系统 | 转化路径 | 效率 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| 锂电池 | 化学能→电能 | ~90% | 手机·电动车 |
| 柴油机 | 化学能→动能 | 45-50% | 卡车·船舶 |
| 火箭发动机 | 化学能→动能 | ~50-60% | 航天发射 |
| 人体(ATP合成) | 化学能→化学能 | ~40% | 消化·代谢 |
| 汽油内燃机 | 化学能→动能 | 25-36% | 汽车·摩托 |
| 人体(肌肉做功) | 化学能→机械能 | ~25-30% | 运动·劳动 |
| 暖手宝 | 化学能→热能 | 接近100% | 取暖 |
千卡能量换算工具
千焦 (kJ)
418.4
焦耳 (J)
418400
瓦时
116.3
米饭等效
77 g
脂肪等效
11 g
可支撑慢跑
12.5 min
可支撑BMR
1.4 hr
汽油等效
13 mL