一、化學反應與能量
1. 化學反應除了遵守「質量守恆」，亦遵守「能量守恆」定律。
2. 能量守恆定律：化學反應時，會伴隨能量變化，能量的形式可以轉換，但其總量維持一定。
第 3 章 化學反應 -25-
如：
(1) 燃燒反應：化學能轉換為熱能。
(2) 光合作用：光能轉換為化學能。
二、熱含量（焓）
1. 定義：定溫定壓下，一物質生成時，儲存於其中的能量稱為「熱含量」或「焓」，以 H 表示 之。
2. 特性：
(1) 熱含量無絕對值，僅有相對值：化學反應時，僅能測其變化量，稱為H，可以透過卡計 求得。
(2) 公式：H = m×s×T
H：熱含量變化量
m：物質質量 s：物質比熱 T：溫度變化
(3) 熱含量高低比較：
a. 溫度愈高，熱含量愈高。如：同物質的熱含量：高溫 > 低溫。
b. 狀態不同，熱含量亦不同。
如：同一物質的熱含量：氣態 > 液態 > 固態。
c. 標準熱含量：在 25℃、1 atm 下，物質生成時所儲存的能量，稱為「標準熱含量」。 3. 單位：
(1) 焦耳（J）或千焦（kJ）。 (2) 卡（cal）或千卡（kcal）。
(3) 1 卡 = 4.18 焦耳；1 千卡 = 4.18 千焦。
三、反應熱
定義：定溫定壓下，化學反應前、後物質熱含量的變化值，稱為反應熱，以ΔH 表示之。
⇒ ΔH＝（生成物的總熱含量）－（反應物的總熱含量）。
若ΔH＜0，為放熱反應，如下圖(一)；反之，ΔH＞0，為吸熱反應，如下圖(二)。
▲ 圖(一)；放熱反應 ▲ 圖(二)；吸熱反應
註：熱含量：定壓下物質生成時，儲存於其中的熱量，稱為熱含量或簡稱焓，以 H 表示之。
焓無法從實驗中測得其絕對值，僅可推算出它的相對值。
2. 測定：
依據能量守恆原理可知進出反應物系之熱量與卡計系統之熱含量變化相 等。
(1) 使用儀器：卡計（如右圖之彈卡計）
卡計系統包含裝置、水及產物三部分 (2) 卡計的熱容量（heat capacity，C）：
卡計本身在反應過程中，溫度變化 1 ℃時，所造成的熱量變化。
(3) 卡計的熱容量測量方法：
將定量的熱水，加入卡計內的冷水中，熱水所釋放的熱量等於冷水與卡計所吸收的熱量。
實例：卡計的熱容量測定
項 目 溫度（℃）
50.0 mL 冷水的溫度（T1） 25.6 50.0 mL 熱水的溫度（T2） 34.2 冷熱水混合的溫度（T3） 29.5
熱水所釋放的熱量＝冷水所吸收的熱量＋卡計所吸收的熱量 m1 × s ×（T2－T3）＝ m2 × s ×（T3－T1）＋C ×（T3－T1）
熱容量（C）＝〔50.0 × 4.18 ×（T2 － T3）－50.0 × 4.18 ×（T3 － T1）〕
（T3 － T1） ＝ 42.9 J/℃
(4) 反應熱的測定：
反應熱＝卡計的熱量變化＋水溶液的熱量變化 卡計的熱量變化＝C × ΔT
水溶液的熱量變化＝ m × s × ΔT
公式：ΔH＝m×s×（T2－T1）＋ C‧ΔT ΔH：系統吸收或放出的熱量（cal）
m：物質的質量（g）
s：物質的比熱（cal／g‧℃）
T1：初溫（℃）
T2：末溫（℃）
C：熱容量（cal／℃）
【科學知識家】
⊙不論物理變化或化學變化均伴隨能量進出。
⊙物理變化的反應熱（H）較小，通常不超過 102 kJ/mol
⊙化學變化的反應熱（H）則大約介於 102～103 kJ/mol
⊙吸熱與放熱反應示意圖
例題50 ―87.推甄―
下列 a ～ f 為測定無機鹽的莫耳溶解熱所需的步驟：a. 加此鹽於盛水的燒杯，攪拌使其完全溶解；
b. 計算莫耳溶解熱；c. 決定溫度的變化；d. 測量水的溫度；e. 記錄溶液的溫度；f. 稱鹽的重量，計 算其莫耳數。下列哪一項是正確的實驗順序？
(A) f，d，a，e，c，b (B) d，e，f，a，c，b (C) b，f，a，d，e，c (D) f，a，d，e，c，b (E) a，d，e，c，f，b。
答案：(A)
解析：(1)莫耳溶解熱：1 莫耳鹽溶解於水中的能量變化。
(2)鹽的莫耳數由鹽的重量決定。
(3)水的量（體積或質量）及溫度變化（△t）測得時，可求出能量變化。
∴順序為：稱鹽重 → 水重或體積 → 水溫度 → 將已稱重的鹽加入水中使溶解 → 溶液溫 度 → 決定△t → 計算△H。
例題51 ―91.指考―
有一暖暖包內含 100 毫升的水，暖暖包中另有一塑膠袋子，內裝有 40 克氯化鈣。使用時稍微用力 敲打暖暖包，使其中之塑膠袋破裂，讓水與氯化鈣混合。已知氯化鈣的溶解熱為－82.8 kJ/mol，而 水的比熱為 4.20 J g－1 K－1。假設氯化鈣的比熱甚小可以忽略，而氯化鈣溶解所釋出的熱量，完全 由 100 毫升的水所吸收。若在阿里山上，取出一個 5 ℃的暖暖包打開使用，試問該暖暖包的溫度最 高可升到幾 ℃？（原子量：Cl＝35.5，Ca＝40）
(A) 36 (B) 51 (C) 76 (D) 91。
答案：(C)
解析：CaCl2＝40＋35.5 × 2＝111 由△H（J）＝m × s × △T
→ 40
111× 82.8 × 103＝（100 × 1）× 4.20 ×（t－5） → t＝76（ ℃）
例題52 ―95.學測―
人體內每一莫耳葡萄糖（C6H12O6；分子量＝180）經代謝後，可以產生熱量 670 千卡。某人手術後 僅能依靠注射 5％（重量百分率濃度）葡萄糖水溶液補充能量。假使維持身體的能量每小時是 100 千
卡，則至少需要每小時注射葡萄糖水溶液多少克？
(A) 33.8 (B) 67.5 (C) 135 (D) 270 (E) 540。
答案：(E)
解析：假設需 5％ 葡萄糖水溶液 x 克 則𝑥×5%×670
180 ＝100，解得 x＝537
例題53 ―100.學測―
化學反應的反應熱（H）與產物及反應物的熱含量有關，而物理變化也常伴隨著熱量的變化。下 列有關物理變化的熱量改變或反應熱的敘述，哪些正確？
(A)水的蒸發是吸熱過程 (B)汽油的燃燒是放熱反應
(C)化學反應的 H 為正值時，為一放熱反應 (D)反應熱的大小與反應物及產物的狀態無關
(E)化學反應的 H 為負值時，反應進行時系統的溫度會上升。
答案：(A)(B)(E)
解析：(C)ΔH 為正值時，是吸熱反應。
(D)反應熱和物質的狀態有關。
例題54 ―101.學測―
圖 1 及圖 2 分別代表 H2O(g)和 NO(g) 的生成反應過程中，反應物與生成物的能量變化，則下列敘述 何者正確？
(A) H2O(g)的生成反應為吸熱反應 (B) NO(g)的生成反應為吸熱反應 (C) H2(g)燃燒產生水蒸氣的反應為吸熱反應
(D) NO(g)分解為氮氣和氧氣的反應為吸熱反應 (E) H2O(g)分解為氫氣與氧氣的反應為放熱反應。
解析：(B)。
由位能圖知 H2O 的生成為放熱反應，NO 的生成為吸熱反應，當方程式逆向時則水的分解為吸熱反 應，NO 的分解為放熱反應。