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1 第一章物質的狀態及其反應 1-11 物質的狀態變化 1-2 粒子概念 1-3 化學式與化學反應式 1-4 化學反應的類型 1-5 化學反應熱

2 相 (phase) 定義 : 相, 就是 相態 介面 的意思 具有同一密度 ( 或同一範圍 ) 的範圍, 稱之 同一相 物質的三個相 : 固相 (solid) 液相 (liquid) 氣相 (gas)( 又稱物質三態 ) 氣體液體固體

3 三相的比較 固相 (solid) 液相 (liquid) 氣相 (gas) 粒子間距離小中大 粒子間作用力大中小 密度大中小 能否被壓縮否否能 固 > 液 > 氣 ( 同一物質 ): 粒子間作用力 密度 固 < 液 < 氣 : 體積 粒子間距 是否易被壓縮

4 固體粒子排列整齊, 有一定的排列方式, 故固體有一定的體積和形狀 固體又分成晶形固體 ( 簡稱晶體 ) 與非晶形固體 ( 簡稱非晶體 ) 晶體 : 粒子作規則排列, 有一定的堆積方式, 故物理性質一定 ( 如 : 冰之熔點 0, 密度 0.8 / cm 3 ) 非晶體 : 堆積方式漫無規則, 故無一定的物性, 常被視為黏度甚大的過冷液體, 如玻璃即是

5 液體粒子排列稍混亂, 故液體有一定體積卻無一定的體積與形狀 氣體粒子運動非常紊亂, 故氣體無一定的體積與形狀 固相與液相合稱為凝相 ; 液體與氣體合稱為流體, 兩者的形狀隨著容器而變

6 三態變化, 又稱之相的變化, 簡稱相變 昇華 熔化 汽化 固態 凝固 液態 液化 氣態 凝結 凝華

7 影響物質狀態 因素 : 溫度 壓力 特定壓力下, 任何物質在高溫時都能變成氣態 低溫時變成液態, 而氣態和固態之間的溫度差異, 決定於 結合粒子間的作用力強弱 來決定 氧 水 銅在 1atm 時的熔點與沸點的比較物質熔點 ( ) 沸點 ( ) 氧 水 銅

8 液態與氣態之間的變化 汽化 : 凡物體受熱後變成氣體的現象, 稱為汽化 汽化又分成 和緩汽化 與 急劇汽化, 和緩汽化又稱 蒸發, 急劇汽化又稱 沸騰 沸騰 : 當液態物質加熱至特定溫度時, 表面及內部均產生汽化的現象, 即稱為沸騰, 其特徵有大量氣泡產生

9 沸點 (boiling point) 定義 : 液體在開放系統中加熱, 當獲得到足夠的熱量而開始沸騰的溫度 ; 液體的蒸汽壓與液面上氣體壓力相等時的溫度 正常沸點 ( 標準沸點 ): 在 1 atm 時所測得到的沸點 純物質標準沸點只有 1 個, 但是沸點卻有無限多個 與大氣壓力的關係 : 液體的壓力隨外界大氣壓力而改變, 當外界大氣壓力愈大時, 則沸點愈高

10 沸點 (boiling point) 當物質低於 1 atm 加熱時, 則沸點低於標準沸點 ; 因此高山上氣壓較低, 故沸點也較低 沸點與本性的關係 : 不同液體就具有不同的沸點, 其決定因素在於分子之間的作用力, 當分子間作用力較大時, 就會擁有較高的沸點 沸點與汽化熱的關係 : 沸點愈高的液體, 分子間作用力愈大, 因此汽化熱也愈大

11 蒸發 定義 : 當液體表面的某些分子克服了分子間的吸引力而形成氣體的現象 蒸發與溫度的關係 : 任何溫度下, 均會有蒸發的現象產生, 且當溫度愈高, 蒸發愈快 在開口容器中, 液體分子會由表面不斷的進行蒸發, 直至所有液體都變為氣體為止 蒸發時也需要吸收能量 影響蒸發的因素液體的種類溫度的高低 影響蒸發的因素 : 液體的種類 溫度的高低 液體表面積大小

12 蒸發與沸騰之區分 蒸發 和緩汽化 任何溫度均可 發生於任何系統 僅發生於液體表面 沸 劇烈汽 特定之溫 發生於開放 液體表面與內 騰 化 度 系統 部均同時汽化

13 莫耳汽化熱 : 在沸騰時, 使 1 莫耳的液體轉變成同溫度的氣體所吸收的熱量 經實驗測定,1 莫耳的水在 100 沸騰時, 所需要熱量為 40.6 KJ/mol 凝結 : 氣態物質冷凝形成液態物質的現象 莫耳凝結熱 : 使 1 莫耳的氣體轉變成同溫度的液體所放出的熱量 經實驗測定, 在 100 時,1 莫耳的水蒸汽轉變成水的莫耳凝結熱為 KJ/mol 同一物質莫耳汽化熱大小與莫耳凝結熱相同

14 1atm 下, 一些物質的沸點與莫耳汽化熱 物質沸點 ( ) 莫耳汽化熱 (KJ/mol) 氖 (Ne) 氯 (Cl 2 ) 水 (H 2 O) 鈉 (Na) 氯化鈉 (NaCl) 銅 (Cu) 沸點愈高, 莫耳汽化熱愈大

15 熔化 定義 : 當固體受熱後變成液體的現象, 稱為熔化 ; 熔化的現象必定是一吸熱反應 熔點 (melting point): 固體受熱熔化時的溫度 莫耳熔化熱 : 使 1 莫耳的固體轉變成同溫度的液體所吸收的熱量 經實驗測定, 在 0 時,11 莫耳的冰轉變成水的莫耳熔化熱為 6.02 KJ/mol

16 凝固 定義 : 當液體冷卻後變成固體的現象, 稱為凝固 ; 凝固的現象必定是一放熱反應 凝固點 (freezing point): 液體凝固時的溫度 莫耳凝固熱 : 使 1 莫耳的液體轉變成同溫度的固體所放出的熱量 經實驗測定, 在 0 時, 1 莫耳的水轉變成冰的莫耳凝固熱為 KJ/mol 同一物質的莫耳凝固熱大小與莫耳熔化熱相同

17 1atm 時, 一些物質的熔點與莫耳熔化熱 物質 沸點 ( ) 莫耳汽化熱 (KJ/mol) 氖 (Ne) 氯 (Cl 2 ) 水 (H 2 O) 鈉 (Na) 氯化鈉 (NaCl) 銅 (Cu) 熔點愈高, 莫耳熔化熱愈大 物質的莫耳熔化熱比莫耳汽化熱要小得多

18 固體受熱時的溫度變化圖

19 昇華 定義 : 當晶體表面的分子不經過液化直接汽化的現象稱為昇華 ; 昇華現象必定是一吸熱反應 莫耳昇華熱 :1 莫耳固體分子直接汽化形成同溫度的氣體分子, 所吸收的熱量稱為莫耳昇華熱

20 凝華 ( 沈積 ) 定義 : 氣態物質直接變成固體的現象 ; 凝華現象必定是一放熱反應 莫耳凝華熱 :1 莫耳氣體分子直接凝華形成同溫度的固體分子, 所放出的熱量稱為莫耳凝華熱 同一物質的莫耳凝華熱大小與莫耳昇華熱相同

21 三相圖 [ 補充 ] 定義把某物質之固液氣三態和溫度 定義 : 把某物質之固 液 氣三態和溫度 壓力之關係以座標圖表示之即得

22 粒子的運動模型 除了 0 o K 外, 一物質在任何狀態下, 都是由持續運動的粒子所組成 任何運動 ( 移動 motion 轉動 rotation 振動 vibration) 中的粒子都具有動能 動能大小決定於 : 物質質量及運動速度 當一物質的溫度愈高時, 運動速度愈快, 則其所具有的動能愈大

23 粒子與物質三態 固態物質中的每個粒子均被其他粒子所吸引, 因此幾乎不能移動 將固態物質加熱, 在溫度增加時, 粒子所具有的動能亦會增加, 最後就會有部分具有較大動能的粒子掙脫其他分子的吸引而離開原本的位置, 並且更能自由地移動, 這樣的現象就是固體熔化成液體的現象 如果持續加熱增加粒子的動能時, 某些具有足夠能量的快速運動粒子, 開始與鄰近粒子分開, 脫離而進入空氣中, 這樣的現象就是液體汽化成氣體的現象

24 莫耳 (mol) 粒子是極微小, 無法單一計算, 因此為了方便計算, 以莫耳 (mol) 為單位, 來代表構成物質的粒子數 定義 : 以 12 克的 12 C 所具有的粒子數稱為 1 莫耳 (mol) 莫耳的定義是根據重量, 而非根據粒子數 莫耳的重要性是在於粒子數, 而非重量 任何物質 1 莫耳所含的粒子數 = 個 ( 又稱為亞佛加厥數 )

25 氣體莫耳體積 定義 :1 莫耳氣體所佔的體積 莫耳體積 Vm= m D 物質的莫耳體積, 常隨著狀態而有所改變, 且溫度及壓力也會影響莫耳體積, 特別是在於氣體影響更大, 因此氣體的莫耳體積必須在一定溫度及壓力下測定

26 標準狀態 (Standard Temperature and Pressure) 定義 : 在溫度為 0, 壓力為 1 atm 在 STP 下,11 莫耳 (mol) 任何氣體的體積均為 22.4 升 (L), 且所含的分子數均為 個

27 常溫常壓 (Normal Temperature and Pressure) 定義 : 在溫度為 25, 壓力為 1 atm 在 NTP 下,11 莫耳 (mol) 任何氣體的體積均為 24.5 升 (L), 且所含的分子數均為 個

28 原子量 定義 : 以 12 C 一個原子質量之 12 為原子質量單位, 指的是一個原子的質量 例如 :C=12, 為 1 個 C 的原子量為 12amu 1

29 克原子量 定義 : 以克為單位的原子量, 稱為克原子量 即為 1 莫耳 (mol) 原子的質量, 也就是 個原子的質量 例如 :C=12, 為 1 莫耳 (mol)c 的原子量為 12 克 原子量若以 amu 為單位時, 表示 1 個原子的質量 ; 若是以克為單位時, 表示 1 莫耳 (mol) 的原子的質量, 而且兩者的數值相同, 但是單位不同

30 分子量 定義 : 指的是一個分子的質量 例如 :H 2 O=18, 為 1 個 H 2 O 的分子量為 18 amu

31 克原子量 定義 : 以克為單位的分子量, 稱為克分子量 即為 1 莫耳 (mol) 分子的質量, 也就是 個分子的質量 例如 :H 2 O=18, 為 1 莫耳 (mol) H 2 O 的分子量為 18 克 分子量若以 amu 為單位時, 表示 1 個分子的質量 ; 若是以克為單位時, 表示 1 莫耳 (mol) 的分子的質量, 而且兩者的數值相同, 但是單位不同

32 計算 莫耳數 = 物質的質量物質的原子量或分子量 = 粒子數 = 體積 ( L) 22. 4L / mol (STP 即 1 atm,0 C) 體積 (L) 24.5L / mol = (NTP 即 1atm,25 C)

33 化學反應中的粒子概念 物質的性質與其組成原子的種類 結構及排列方式有關 在發生化學反應時, 原子會進行重新排列, 而產生新的化合物 ; 但是反應前後各原子的種類 數目均為改變, 僅僅只有排列方式改變 大部分的化學反應, 必定遵守質量守恆定理及電荷守恆定理, 而質量守恆定理為各化學計量的基礎

34 碰撞學說 定義 : 在氣相反應中參與反應的粒子, 必須要互相碰撞才有機會發生化學反應 有效碰撞 : 能夠引起化學反應的碰撞 發生碰撞的條件足夠的能量正確的位 發生碰撞的條件 : 足夠的能量 正確的位相

35 能量 以 CO (g) + NO 2(g) CO 2(g) + NO (g) 為例

36 位相 以 NH 3(g) + HCl (g) NH 4 Cl (s) 為例

37 有關原子量的敘述, 下列何者錯誤? (A) 某元素的原子量為 w, 則此元素 1 原子的質量為 w amu (B)1 個 12 C= amu 0000amu, 故碳的原子量為 amu (C) 某元素的原子量為 x, 則此元素與 12 C 之質量比為 x/12 (D) 某元素 1 原子的質量為 amu, 則 個原子質量為 克

38 下列敘述何者正確? (A) 在 25 1atm 下,1 mol H 2 O (l) 有 24.5L (B) 同溫同壓力, 相同體積的理想氣體都含有相同數目的分子 (C) 一個硫酸分子質量為 98/( ) amu (D) 將 克氫氧化鈉溶於水, 配成 500mL, 形成的溶液濃度為 0.2 mol/l (E) 週期表中的原子量為平均原子量

39 化學式 定義 : 以元素符號來表示物質組成的式子稱為化學式 化學式種類 實驗式 ( 簡式 ) 分子式 (molecular formula) 示性式 (rational formula) 結構式 電子式

40 實驗式 ( 簡式 ) 定義 : 可顯示出一分子中, 各組成元素之種類與其簡單整數比的化學式 舉例 : 醋酸 (C 2 H 4 O 2, 即 CH 2 O) 與葡萄糖 C 6 H 12 O 6 之簡式均為 CH 2 O 苯 (C 6 H 6 ) 簡式 CH: 乙炔 (C 2 H 2 ) 簡式亦為 CH 乙烷 C 2 H 6, 簡式 CH 3 烯類 (C n H 2n ) 之共同簡式 CH 2

41 實驗式 ( 簡式 ) 常實驗式代表的物質 : 當一化合物之構造十分巨大且可由一 簡單組成 重複排列時, 即用此簡單組成之分子 ( 簡式 ) 代表其龐大之結構 ( 分子式 ), 如 : 離子化合物 : 如 NaCl( 簡式 ) 代表 (NaCl) n ( 分子式 ) 網狀化合物, 如石英 ( 簡式 ) 代表 (SiO 2 ) n ( 分子式 ) 金屬原子, 如 Cu,Fe( 簡式 ) 代表其晶體 (Cu) x,(fe) x, n 或 x 值均為無窮大 實驗式中各元素原子量的總和稱為式量

42 分子式 (molecular formula) 定義 : 表示分子內, 各原子之種類及數目, 也可表示出分子量 舉例 : 酒精,C 2 H 6 O; 苯 C 6 H 6 ; 葡萄糖 C 6 H 12 O 6 等

43 常以分子式代表之物質 分子化台物 : 如 C 6 H 12 O 6 ( 葡萄糖 ), H 2 SO 4 ( 硫酸 ),CO 2 氣態元素單質 :O 2,O 3,N 2 非金屬元素單質 :P 4 S 8 聚合物 : 聚乙烯 (C 2 H 4 ) n, 澱粉 (C 6 H 10 O 5 ) n 聚合物聚乙烯 (C 2 4 ) n 澱粉 (C 6 10 O 5 ) n 分子式中各元素原子量之和稱之分子量

44 示性式 (rational formula) 定義 : 將分子式中之原子依性質不同再分開於不同位置之化學式 官能基 (functional group): 在化學式中表示具有特殊性質的原子團 羥基 : -OH 羧基 : -COOH 胺基 : -NH 2

45 舉例 若為酒精, 宜再寫成 (5 個 H 與另ㄧH 性質不同 ), 若為甲醚則為 乙酸 ( 即醋酸 ):CH 3 COOH 等 大多數的有機化合物都是以示性式表示之

46 結構式 定義 : 用化學鍵 ("-") 連接各原子以表示分子內部各原子結合的方式或空間排列 結構式可以表示分子內原子排列方式, 但是不能表示分子真正的形狀 同分異構物 : 具有相同的分子式, 但是結構式卻不相同的化合物

47 舉例 C 2 H 6 O H H H C C O H H H

48 C 2 H 6 O H H H C O C H H H

49 電子式 定義 : 根據八隅體個概念, 將分子中原子間的鍵結以電子點表示出來 八隅體 (Octet rule): 不論共價鍵或離子鍵在形成穩定粒子時, 各組成原子的最外層電子數都等於鄰近的惰性氣體原子的價電子數 ( 除 He 以外, 每個惰性氣體元素之價電子數均為 8 個 ), 亦即最為層以 8 個價電子為全滿, 故呈安定的狀態

50 C2H6 C2H4 C2H2

51 重量百分組成 定義 : 利用化學式和原子量, 可以計算出化合物中各元素的重量百分組成 重量百分組成 = = 原子量 原子數 100% 分子量某元素重 100% 化合物重 例如 : 中 H 及 O 之重量百分組成 : 2 18 H 為 =11.1% 1%, O 為 =88.9%

52 重量百分組成 實驗式相同, 則重量百分組成必相同 由化合物分析, 獲得化合物中各元素的重量或重量百分組成時, 可推算出該化合物的實驗式

53 求法 由元素的重量或重量百分組成, 除以各原子之原子量, 求得原子的莫耳數比, 在將其化為最簡單整數比即為實驗式 由元素的重量求之 : W M A A W : M B B = m : n A m B n 由元素的重量百分組成求之 : PA PB A : B = : = m : n M M A B A m B n

54 利用化合物的實驗式與分子量, 可以進一步推算出化合物的分子式

55 已知某式樣內含 C H O 的化合物, 今取 100 克完全燃燒後, 可生成 149 克的二氧化碳與 45.5 克的水, 則該式樣的實驗是為何? 若分子量為 118 時, 該分子式為何?

56 若化合物 A 2 B 的重量百分組成為 60%A 與 40%B, 則化合物 AB 2的重量百分組成, 與下列何組重量百分組成最接近? 88 日大 (A)27%A 與 73%B (B)33%A 與 67%B (C)40%A 與 60%B (D)50%A 與 50%B

57 化學反應式 定義 : 以化學式來描述物質之間的變化稱為化學反應式

58 反應式的寫法 須知道反應中的反應物 生成物 ( 產物 ) 及其化學式, 並在化學右下方寫上該物質狀態 將反應物寫在左方 產物寫在右方, 中間以 連接, 箭頭方向代表 反應進行方向, 反應時所需要的條件, 寫於箭頭的上方或下方 若有多種反應物或生成物時, 則以 + 連接 必定遵守 :(a) 質量守恆 (b) 原子不滅 (c) 電荷數不滅 (d) 能量守恆

59 反應式的寫法 常用符號 : 加熱 氣體 沈澱 s 固體 l 液體 g 氣體 aq 水溶液 ppt 沈澱 conc. 濃縮 dil. 稀釋

60 哈柏法製氨 N 2(g) + 3H 2(g) Fe 200 atm 2NH 3(g) KJ

61 化學反應式中的係數比可表明各物質之間 化學反應式中的係數比可表明各物質之間的莫耳數比 分子數比 氣體體積比但不等於重量比

62 目視法 先以左右兩邊只出現一次的原子開始觀察, 將原子最多的分子訂其係數為 1, 再依原子不滅使左右兩邊原子數相等 KMnO + HCl MnCl +KCl KMnO 4(aq) + HCl (aq) MnCl 2(aq) + KCl (aq) + Cl 2(g) + H 2 O (l)

63 代數法 將各反應物 產物的係數以未知數表示之 依原子不滅列出方程式 依電荷不滅列出方程式 解聯立方程式, 求出各未知數的最簡單整數比

64 限量試劑 定義 : 在化學反應中先完全用盡的試劑 判斷 : 若反應物以 mol 為量時, 則由方程式判斷之 若反應物以非為量時則需先改為莫耳數 若反應物以非 mol 為量時, 則需先改為莫耳數後, 再由方程式判斷之

65 解題技巧 寫出平衡反應式 尋找限量試劑 限量試劑 A c a 利用 : 係數比 = 莫耳數比, 由已知量換算成要求的量

66 限量試劑 A g L atm M 所求的量 C g L atm M 換算成莫耳數 換算成所求的量 莫耳數 ( 係數比 ) 莫耳數

67 鐵在空氣中燃燒生成 Fe 2 O 3, 今在一含有 0.12 mol 的 O 2容器中放入 11.2 g 的鐵, 則 :(1) 何者為限量試劑?(2) 生成 Fe 2 O 3 多少克?

68 從鐵礦煉製鐵的過程中涉及 2C (s) +O 2(g) 2CO (g) 與 Fe 2 O 3(s) +3CO (g) 2Fe (s) +3CO 2(g) 二個化學反應, 若第一個反應方程式中所產生的一氧化碳全部用於第二個反應方程式, 則欲產生 100 公斤的鐵, 須氧若干公斤? 聯考題 ( 原子量 :Fe=56,C=12,O=16)

69 化學反應的類型 化合 (combination) 分解 (decomposition) 取代 (substitution) 複分解 (double decomposition) 燃燒 (combustion)

70 化合 (combination) 定義 : 兩種以上的化合物, 進行反應只形成一種化合物的過程, 稱為化合反應 通式 :A + B C Ex. Zn + I 2 ZnI 2 ;4Na + O 2 2Na 2 O;P4 + 5O 2 P 4 O 10 ;HCl + NH 3 NH4Cl

71 分解 (decomposition) 定義 : 一種物質, 在進行化學反應後生成兩種或兩種以上的化合物或元素的過程, 稱為分解反應 通式 :A B+C Ex. CaCO 3 CaO + CO 2 ;2NaHCO Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 ;2H 2 O 2 2H 2 O + O 2

72 取代 (substitution) 定義 : 化合物在進行化學反應中, 化合物中的某種元素或原子團, 被其他元素或原子團所取代的過程稱為取代反應 通式 :A +BC AB + C Ex. CaCO 3 CaO + CO 2 ;2NaHCO 3 2Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 ;2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 取代反應由反應物的活性來決定, 極性較大的元素才會取代活性較小的元素

73 複分解 (double decomposition) 定義 : 將兩化合物重新組合, 反應生成新的另兩種化合的過程 通式 :AB + CD AC + BD Ex. HCl + NaOH NaCl + H 2 O;BaCl 2 + Na 2 SO 4 BaSO 4 + 2NaCl 大多數的複分解, 多發生在水溶液中

74 燃燒 (combustion) 氧化反應可分為劇烈的氧化及和緩的氧化 燃燒反應是一種物質與氧的反應, 為一種劇烈的氧化反應, 通常伴隨著光及熱的一種化學反應 Ex. 2Mg + O 2 2MgO;S + O 2 SO 2 ; 2Mg + CO 2MgO + C;2C 8 H O 2 16CO H 2 O

75 熱含量 (H), 簡稱為焓 (enthalpy) 定義 : 一物質於生成時, 貯存於其中的能量, 即物質內部所有動能 位能 鍵能等能量之總和 ; 其值隨溫度 壓力與物質狀態而變 熱含量為一物理性質, 其大小值無法由實驗偵測得到 但若物質之熱含量若有吸放, 會影響外界之溫度改變, 即其 ΔH( 熱含量變化 ) 是可經由適當測熱變化之儀器, 再用計算式 ΔH=ms Δt ( 熱含量 = 物質質量 物質比熱 周遭之溫度變化 ) 得到

76 熱含量 (H), 簡稱為焓 (enthalpy) 標準熱含量在下物質生 標準熱含量 (Δ): 在 25,1 atm 下, 物質生成時所具有的能量

77 反應熱 (ΔH) 定義 : 在定溫定壓下, 在化學反應中, 熱含量發生變化的值, 成為熱含量 (ΔH) 公式 :ΔH=ms Δt= 生成物的熱含量 - 反應物的熱含量 比熱 (s): 物質 1 克升高 1 所吸收的熱量, 如水之比熱為 1 卡 / 克, 但亦可表示成 焦耳 /g.k H 之大小關係 ( 同一物 ),(1) 高溫時 > 低溫時 :(2) 氣 > 液 > 固 含有熱量變化及物質狀態的方程式, 稱之 熱化學方程式 可表示為 aa(s)+ bb(l) cc(aq) + dd(aq) + Q KJ

78 反應熱與熱含量的關係

79 反應熱與熱含量的關係 單位 : 仟焦或仟卡 測量器 : 卡計

80 影響 ΔH 因素 物質狀態 溫度 壓力 反應物之量 反應之方向

81 物質狀態 H 2(g) O 2(g) H 2 O (g) ΔΗ = 241.6kJ H 2(g) O 2(g) H 2 O (l) ΔΗ = 285.8kJ 對同一物質, 其熱含量大小為 :g>l>s

82 下列各反應方程式 : C 2 H 5 OH +3O ( l ) 2 (g) 2CO 2 (g) +3H 2 O ( l ) +Q 1 C 2 H 5 OH ( l ) +3O 2 (g) 2CO 2 (g) +3H 2 O (g) +Q 2 C 2 H 5 OH +3O (g) 2 (g) 2CO 2 (g) +3H 2 O ( l ) +Q 3 C 2 H 5 OH +3O (g) 2 (g) 2CO 2 (g) +3H 2 O (g) +Q 4 其中 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 為熱量, 試問 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 大小關係為何?

83 參考解答 乙醇的汽化熱及莫耳數 C2H5OH (g)+3o 2 Q 3 >Q 1 >Q 4 >Q 2 (g) 2 均比水小, 故 Q 1 > Q 4 C2H5OH (l)+3o 2 3H2O (g)+2co 2 Q1 Q2 Q3 Q4 3H2O (l) +2CO 2

84 溫度 ΔH= H 生成物 - H 反應物, 若溫, 則生成物與反應物之熱含量均會增加,( 增加量 =mst),x= msδt,s 1 s 2, x y ( 不同物質具不同比熱 ), ΔH =(H 生成物 +x)-(h 反應物 ),x y, ΔH ΔH, 降溫亦有類似情況

85 壓力 對氣相反應較有影響, 如反應過程中突然加大外壓時, 則氣體分子間距離驟減會放出位能, 故真正之 ΔH+ 放出之位能 = 測得的反應熱 (ΔH ),ΔH ΔH

86 反應物之量 ΔH 與反應物之量 ( 常用於莫耳數代表 ) 成正比 ΔH α n H 2(g) O 2(g) H 2 O (l) ΔΗ = 285.8kJ H 2(g) O 2(g) H 2 O (g) ΔΗ = 241.6kJ 2H 2(g) + O 2H O ΔΗ = 483.2kJ 2(g) 2 (g)

87 反應之方向 若 aa+bb cc+dd 之 ΔH =xkj 而 cc+ dd aa+bb 之 ΔH=ykJ y 時, 則 y=-x H 2(g) 1 + O 2(g) H 2O (g) 2 ΔΗ = 241.6kJ 2H 2 O(g) 2H 2(g) + O2(g) ΔΗ = kJ

88 不影響反應熱之因素 祇要反應物與產物之狀態與數量一定, 其 ΔH 會一定, 而與如何由反應物至產物的途徑無關, 設 :A D, 有 A B C D 與 A X Y N B D 兩種途徑, 雖各步驟之 ΔH 可能不同, 但相加後之二個總 ΔH 是相等的 由此知能量是可加成性的 由上知, 中途的改變並不會影響全反應的 ΔH, 故催化劑 ( 用以改變中途的變化 ) 亦不會影響 ΔH

89 反應熱種類 莫耳生成熱 (molar heat of formation) 莫耳燃燒熱 (molar heat of combustion) 莫耳分解熱 (molar heat of decomposition) 溶解熱 (molar heat of solution)

90 莫耳生成熱 (molar heat of formation) 定義 :1 莫耳化合物於 25,latm 下, 由其成分元素化合而成的熱量變化 如 : H 2(g) O 2(g) H 2 O (l) ΔΗ = 285.8kJ

91 特性 莫耳生成熱由於可能吸熱或放熱, 因此其值可能大於零或小於零 各元素的標準莫耳生成熱均為零 如 :H 2(g), N 2(g),Cl 2(g),F 2(g),Br 2(l),Hg (l),i 2(s) 等之 ΔH f =0 一元素於自然界若有數個同素異形體, 則取存量最多者 ( 在自然界較穩定 ), 訂其 ΔH f =0

92 同位素 C 的同位素有石墨及金鋼石, 其中以石墨莫耳生成熱為零 P 的同位素有黃磷及紅磷及黑磷, 其中以黃磷莫耳生成熱為零 S 的同位素有單斜硫 斜方硫及彈性硫, 其中以斜方硫莫耳生成熱為零 O 的同位素有氧氣及金臭氧, 其中以氧氣莫耳生成熱為零

93 莫耳燃燒熱 (molar heat of combustion) 定義 :1 莫耳物質於 25,latm 下. 與氧完全燃燒所放出的熱量 ( 必放熱 ) 例如 :C (s) +O 2(g) CO 2(g),ΔH=-393.9kJ( 即是碳之莫耳燃燒熱, 也是 CO 2 之莫耳生成熱 ) C(s)+1/2O 2(g) CO (g),δh= kj( 並非碳之莫耳燃燒熱, 因並未完全燃燒, 僅可視為 CO 之莫耳生成熱 ) 莫耳燃燒熱可用 Δ 或 Δ (O 表氧 ) 表示之,Δ 中之 C 乃 Combustion ( 燃燒 ) 之意

94 莫耳分解熱 (molar heat of decomposition) 定義 :1 莫耳物質於 25,latm 下, 分解成其成分元素時熱量變化, 如 : 1 3 NH3( g) N2( g)+ H,ΔH =+46.0 KJ 2( g ) 2 2 ( 不同化合物其莫耳分解熱可能為負值 )

95 同一種化合物的莫耳分解熱與莫耳 生成熱互為等值異號 2H 2O (g) 2H 2(g) + O 2(g) ΔΗ = kJ 2H + O 2H O ΔΗ = 483.2kJ 2(g) 2(g) 2 (g)

96 溶解熱 (molar heat of solution) 定義 : 一物質於 25,1atm 下, 溶入大量 ( 或適當 ) 溶劑中的熱量變化

97 吸熱反應 定義 : 若一化學反應, 產物的總生成熱比反應物的總生成熱大, 則反應的淨結果為吸熱 即 ΔH = 產物的生成熱和 - 反應物的生成熱和 >0 ΔH = ΣH 產物 -ΣH 反應物 >0 熱化學方程式表示法 : 吸熱反應時, 反應熱 ΔH 為正值 ; 亦可將熱量當成反應物, 故可寫在反應物的一方 例如 :2NH 3(g) N 2(g) + 3H 2(g) ΔH =+92 KJ >0 2NH +92KJ N +3H 2NH 3(g) + 92 KJ N 2(g) + 3H 2(g)

98 放熱反應 定義 : 若一化學反應, 產物的總生成熱比反應物的總生成熱小, 則反應的淨結果為放熱 即 ΔH = 產物的生成熱和 - 反應物的生成熱和 < 0 ΔH = ΣH 產物 -ΣH 反應物 < 0 熱化學方程式表示法 : 放熱反應時, 反應熱 ΔH 為負值 ; 亦可將熱量當成產物, 故可寫在產物的一方 例如 : 2C 8 H 18(l) + 25O 2(g) 16CO 2(g) + 18H 2 O (g) ΔH =-5074 KJ 2C 8 H 18(l) + 25O 2(g) 16CO 2(g) + 18H 2 O (g) KJ

99 反應熱加成定律 反應熱與反應物的莫耳數成正比, 莫耳數愈多反應熱愈大 若反應式乘以 n, 則反應熱也變成 n 倍 反應以反方向進行時, 反應熱大小不變, 但符號相反 ; 即方程式逆寫, 反應熱為等值異號

100 反應熱加成性定律 提出 : 由赫士 ( 俄人 ) 提出, 故又稱 赫士定律 (Hess Law) 定義 : 若一反應能以兩個 ( 或多個 ) 其他反應的代數和表示時, 其反應熱亦為此兩個 ( 或多個 ) 反應之反應的相同代數和表示之 如下列 :

101 Sn (s) + Cl 2(g) SnCl 2(s) ΔH = kJ SnCl 2(s) + Cl 2(g) SnCl 4(l) ΔH = kJ 將此二式相加得 SnCl 4(l) 的生成反應, 其反應熱也是二反應熱的和 Sn (s) + 2 Cl 2(g) SnCl 4(l) ΔH = kJ + ( kJ) = kJ

102 範例 : +) C CO (s) (g) C + + (s) O O 2(g) 2(g) 2(g) CO CO (g) 2(g) 2(g) ΔΗ = 110.5kJ ΔΗ = 283.0kJ + O CO ΔΗ = 393.5kJ 範例 : 已知 CO (g) 與 CO 2(g) 的燃燒熱, 求 CO (g) 的生成熱 +) C(s) + O2(g) CO ΔΗ = 393.5kJ CO CO + ΔΗ = kj 2(g) C (s) () 1 2 (g) 2(g) 2(g) 1 2 O2(g) + O CO ΔΗ = 110.5kJ (g)

103 反應熱大小與反應物及產物的初狀態與末狀態有關, 與反應途徑無關 如 :C 與 O 完全反應有下列兩種情況 ; 碳直接燒生成 CO2 其莫耳燃燒熱為 C(s)+ O2(g) CO2(g) ΔH = kj

104 可將紅熱的碳通過水蒸氣生成水煤氣, 再燃燒水煤氣生成 CO 2及 H 2O, 其各反應的反應熱為 C (s) + H 2 O (l) CO (g) + H 2(g) ΔH = kj H 2(g) +1/2O 2(g) H 2 O (g) ΔH =-2416kJ CO (g) + 1/2O 2(g) CO 2(g) ΔH = kj 淨反應 :C (s) +O 2(g) CO 2(g) ΔH = kj

105 +) (3) + ΔΗ 1 = kJ (1) C () (s) + H 2 O() (g) CO() (g) + H 2(g) ) H + O H O ΔΗ 2 = 241.6kJ 1 + O2(g) CO ΔΗ3 = kJ (2) 2(g) 1 2 2(g) 2 (g) CO (3) (g) 2 2(g) C + O CO 393.6kJ (4) () (s) () 2(g) 2(g) ΔΗ 4 = ΔΗ 1 + ΔΗ 2 + ΔΗ = 3 CO (g) + H 2(g) 131.4kJ C + H (s) 2 O (g) (1) (2) CO + H (g) 2 O (g) 241.6kJ 393.6kJ (4) (3) 283.4kJ CO + H 2(g) 2 O (g)

106 用生成熱求 ΔH 例已知乙醇的莫耳燃燒熱為 kJ 3kJ, 而碳與氫的莫耳燃燒熱分別為 kJ 與 kJ, 求乙醇的莫耳生成熱 題 解 * 由於碳燃燒產生 CO 2, 故 CO 2 的生成熱為 kJ C (s) + O CO ΔΗ = 393.6kJ 2(g) 2(g) * 由於氫燃燒產生 H 2 O, 故 H 2 O 的生成熱為 kJ H 2(g) O 2(g) H 2 O ( l ) C H5OH(l) + 3O2( g ) 2CO2(g) + 3H 2O( l ) ΔΗ = 285.8kJ 2 ΔΗ = * 設乙醇的莫耳生成熱為 χ, 則 ΔΗ = [( 393.6) 2 + ( 285.8) 3] = kJ [ x + (0) 3]

107 乙醇 C 2 H 5 OH (l), 二氧化碳 CO 2(g), 水 H 2 O (l) 的莫耳生成熱分別為 -278 kj -394 kj 及 -286 kj, 試求乙醇的莫耳燃燒熱為多少 kj? C 2 H 5 OH (l) +3O 2(g) 2CO 2(g) +3H 2 O (l) H=?

108 參考解答 1 (1) 已知 2C (s) +3H 2(g) + 2 O 2(g) C 2H 5 OH (l) H=-278 kj C (s) +O 2(g) CO 2(g) H=-394 kj H 1 2 (g) + O 2 (g) HH 2 O (l) H=-286 kj 2 (2) 調整 (1)C 2 H 5 OH (l) 2C (s) +3H 2(g) + 1 O 2(g) H=+278kJ 2 (2)2C (s) +2O 2 (g) 2CO 2 (g) H=(-394 kj) 2=-788 kj (3)3H 2(g) + 3 O 2(g) 3H 2 O (l) H=(-286kJ ) 3=-858 kj 2 (3) 相加 (1)+(2)+(3) 三式得 C 2 H 5 OH (l) +3O 2(g) 2CO 2(g) +3H 2 O (l) H=-1368 kj

109 反應熱 (ΔH) 的各種求法 aa+bb cc+dd,δheq 可由各種反應熱求得 ΣH( 產物 )-ΣH( 反應物 ) (H: 物質的熱含量或焓 ) ΣΔH f ( 產物 )-ΣΔH f ( 反應物 )(ΔH f : 物質的生成熱 ) ΣΔH BE ( 反應物 )-ΣΔH BE ( 產物 )(ΔH BE : 鍵能 解離能 ) ΣΔH C ( 反應物 )-ΣΔH C ( 產物 ) (ΔH C : 物質的燃燒熱 ) Ea( 正反應 )-E a( 逆反應 ) (Ea: 活化能 )

110 已知 : 2NH 3(g) + 3N 2 O (g) 4N 2(g) + 3H 2 O (l) ΔH = kcal N 2 O (g) + 3H 2(g) N 2 H 4(l) + H 2 O (l) ΔH =-75.7kcal NH 3(g) + 1/2 O 2(g) N 2 H 4(l) +H 2 O (l) ΔH =-34.2kcal H 2(g) + 1/2O 2(g) H 2 O (l) ΔH =-68.3kcal 試求 1 莫耳 N 2 H 4(l) 燃燒生成 N 2(g) 及 H 2 O (l) 之燃燒熱之 ΔH 若 干 kcal?(a) (B)-63.2 (C) (D)-297.4

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