基礎化學(一) 課本教學ppt 第3章

(1)

(2)

(3)

鐵的燃燒

鐵的生鏽

激烈的

緩慢的

化學反應

有

快

有

慢

物質中原子必定重新排列。

化學式

化學反應方程式

反應熱

用來描述用來描述

(4)

3-1

化學式

3-2

化學方程式

3-3

化學計量

3-4

化學反應中的能量變化

3-1

化學式

3-2

化學方程式

3-3

化學計量

3-4

化學反應中的能量變化

化學示的種類

項目

實驗式

分子式

結構式

示性式

說明

原子的種類及最簡最簡整數比整數比原子種類及實際含實際含有的數目有的數目將各原子間的鍵結情形鍵結情形表達出來將分子式具有特具有特性結構性結構 (₍ 官能官能基基 ) 的部分標示) 出來

例子

醋酸

CH

2

O

C

2

H

4

O

2

CH

3

COOH

(7)

實驗式

• 實驗式：利用實驗方法

實驗方法

求出物質中各成分原子之

最簡單整數比

的化學式。

式量

(( _克_克 // 莫耳莫耳 )₎

：實驗式中各原子的原子量總和。

化合物 H

₂

O

₂

實驗式

HO

式量

17 C

₆

H

₁₂

O

₆

葡萄糖

C

₂

H

₄

O

₂

醋酸

CH

₂

O

CH

₂

O

30

(8)

按我到實驗式的求法按我到實驗式的求法

非分子結構的物質，

非分子結構的物質，只能以實驗式

只能以實驗式

表示：

1.

1. 金屬

金屬

2.

2. 離子化合物

離子化合物

3.

3. 網狀晶體（

網狀晶體（

_C

、

_、

_Si

、

_、

_SiO

₂₂

、

_、

_SiC

）

4.

(9)

分子式

• 分子式：表示純物質

分子式：表示純物質

一分子中所含

一分子中所含原子種

原子種

類及數目

的化學式。

化合物

實驗式

H

₂

O

₂

_HO

分子量

=34

式量

=17

分子式是實驗式的

整數倍

2 2 倍倍

(10)

結構式

(11)

同分異構物

：分子式相同而結構式不同的化合物。

化學性質不同

(12)

示性式

• 示性式：結構式的簡化，表示分子中所含原子的

示性式：結構式的簡化，表示分子中所含

原子的

種類、數目和官能基

的化學式。

(13)

重量百分比（重量百分組成）

100%

)

(





或式量

分子量

元素個數

元素原子量

元素的重量百分比

48%

100%

100

3

16 %

O

12%

100%

100

1

12 %

C

40%

100%

100

1

40 Ca%

100

3

16

12

40 式量

CaCO

₃





















(14)

同一化合物

不論來源

，

其成分元素的重量百分比

恆為定值

。

實驗式相同

的物質重量百分組成必

相同

。

呼吸作用木炭燃燒 CO₂ CO₂

重量百分比

恆為定值

產生產生根據定比定律根據定比定律

分子式

實驗式

_C%

_H%

C

₂

H

₂

乙炔

_CH

C

₆

H

₆

苯

_CH

% 3 . 92 % 100 1 12 1 12 _ _   % 3 . 92 % 100 1 12 1 12     % 7 . 7 % 100 1 12 1 1 _ _   % 7 . 7 % 100 1 12 1 1    

(15)

例

3-1

例

3-1

• 三聚氰胺

三聚氰胺

為製作美耐皿樹脂的原料，經其製成的

碗盤、器皿，美觀、堅硬又耐磨。該物質曾遭不

肖商人添加至奶製品中，藉提高氮的含量用以證

明奶製品中蛋白質的成分未經稀釋。

• 一般蛋白質中氮的含量約為 16%

，三聚氰胺的分

子式為

C

₃

H

₆

N

₆

，該化合物中氮的重量百分比為何

？（原子量：

H=1,C=12,N=14 ）

67%

100%

126

6

14 N%

126

6

14

6

1

3

12 N

H

C

₃ ₆ ₆



















式量

(16)

實驗式的求法－

燃燒分析法

_{燃燒分析法}

實驗式的求法－

實驗式的求法－燃燒分析法

燃燒分析法

• 燃燒分析法又稱元素分析法

• 由於質量守恆

質量守恆

（化學反應前後物質總質量不變），

可根據生成物的組成及質量來推測反應物。

(17)

H₂O CO₂ C_xH_yO_z C H O O₂ CO_燃燒₂ H₂O

44

12 CO

C

重



₂

重



18 2 O H H_重  ₂ _重 O _{重 =C}_xH_yO_z _{重 C 重} -H 重求實驗式求實驗式 z y x

H

O

C

16 O

重

:

1 H

重

:

12 C

重

z

:

y

:

x





4 2 10 4 Mg(ClO) CaCl O P KOH NaOH

(18)

分子式及結構式的求法流程

(19)

例

3-2

例

3-2

右圖是分析碳氫化合物組成的裝置。將試樣置於純氧中燃燒後，產生水蒸氣及二氧化碳，使之通過甲乙兩管。下列關於甲管的敘述，何者正確？（ A ）甲管可裝含水的過氯酸鎂以吸收產生的水蒸氣（ B ）甲管裝氫氧化鈉以吸收產生的二氧化碳（ C ） CuO 是用來當催化劑（ D ）化合物的含氧量可由所生成的水蒸氣及二氧化碳中的含氧　　　量，相加求得（ E ）由此裝置可以直接求得化合物的分子式

(20)

例

3-2

例

3-2

（ A ）甲為吸水劑可為無水過氯酸鎂 Mg(ClO₄)₂ ，氧化磷 (V) P₄O₁₀ ，濃硫酸 H₂SO₄ ，無水氯化鈣 CaCl₂ 等（ B ）乙裝置的目的在吸收二氧化碳，可為鹼金屬或鹼土金屬的氫氧化物中之強鹼，由於這些強鹼也會吸水，若放置在甲管前面將同時吸收水蒸氣及二氧化碳，導致碳元素分析的重量不準，因此甲乙順序不可顛倒（ C ） CuO 可將燃燒不完全的 CO 氧化成 CO₂ ，其功用為氧化劑（ D ）含氧重 = 化合物試樣重 – 含氫重 – 含碳重（ E ）本裝置只能求出實驗室，須知分子量才能求分子式

(21)

例

3-3

例

3-3

某生利用圖 3-6 的設備進行維生素 C 的燃燒分析實驗，已知維生素 C 內含 C _{、 H 、 O 等元素，若將樣品 1.000 g 放入爐中燃燒後，測量乾} 燥管增加 0.405 g ，第二支 U 型管（內含氫氧化鈉）則增加 1.500 g 。試求出維生素 C 的實驗式，若其分子量為 176 g _{／ mol ，試求其分子} 式。（原子量： H _{＝ 1.008 、 C ＝ 12.01 、 O ＝ 16.00 ）} 3 : 4 : 3 0341 . 0 : 0446 . 0 : 0341 . 0 16 546 . 0 : 1 045 . 0 : 12 409 . 0 : :    z y x H₂O CO₂ 0.409g 44 12 500 . 1 C重    g 045 . 0 18 2 405 . 0 H_重    O 重 =1.000 - 0.409 - 0.045 = 0.546g _實驗式_實驗式 _C_C 3 3HH44OO33 式量＝ 12×3 ＋ 1×4 ＋ 16×3 ＝ 88 g _{／ mol}

分子式為 (C

(C

₃₃

H

₄₄

O

₃₃

)

₂₂

＝

C

_C

₆₆

H

₈₈

O

₆₆ 2 / 88 / 176 _ mol g mol g

(22)

談奶色變－三聚氰胺簡介

三聚氰胺是製造「三聚氰胺甲醛樹脂」的原料，常用於製造日用器皿及裝飾用面板等。三聚氰胺（ 1,3,5-triazine-2,4,6-triamine ，俗稱美耐皿， melamine ），化學式為 CC₃₃HH₆₆NN₆₆ 可由尿素（ CO(NH₂)₂ ）聚合而成，外觀和奶粉十分相似。含氮元素的重量百分比為 67₆₇ ％，與蛋白質（平均％，含氮量 16 ％）相比有更高比例的含氮量，因此常被不肖廠商添加在食品中，以造成蛋白質含量較高的假象。 6 CO(NH₂)_2(s) C₃H₆N_6(s) + 6 NH_3(g) + 3 CO_2(g)

(23)

1. 初步研究認為三聚氰胺三聚氰胺若和結構類似的三聚氰酸三聚氰酸一起進入腎細胞中，兩者以氫鍵互相聯結形成結晶沉積，從而造成腎病變。 2. 歐美國家規定三聚氰胺的食品含量在 2.5 ppm2.5 ppm 以下。 3. 嬰兒由於喝水很少，且腎臟較狹小，因此容易造成結石。三聚氰胺 ( 藍色 ) 和三聚氰酸 ( 紅色 ) 形成的二維空間示意圖回目次

(24)

3 _{- 2 　化學方程式}

當物質發生化學變化時，物質之間的轉換，常引發巨觀現象的變化，例如顏色變化、氣體產生、沉澱出現、能量改變等。根據這些現象，我們可嘗試寫出各類相對應的化學方程式。

只討論最初反應物及最終產物

(25)

化學反應

只能將反應始末反應始末描述出來，不能描述： 1. 反應速率快慢 2. 反應時起始莫耳數及最終各物種剩餘的莫耳數 3. 反應是否作用完畢

(26)

反應物條件 ( 濃度 ) 不同

產物不同

Cu_(s) + HNO_3(aq)( _{稀 ) Cu(NO}₃)_2(aq) + NO_(g) + H₂O_(l)( 未平衡 ) Cu_(s) + HNO_3(aq)( _{濃 ) Cu(NO}₃)_2(aq) + NO_2(g) + H₂O_(l)( 未平衡 )

(27)

例

3-4

例

3-4

鎂帶在熱水中會發生反應並產生熱量

，如右圖

3-12 。試管中的熱水已加入

酚酞，此時將鎂帶加入水中，會產生

氫氣及氫氧化鎂水溶液。試依此寫出

相對應的化學方程式。

Mg

_(s)

＋ H

₂

O

_(l)

─→ Mg(OH)

_2(aq)

＋ H

_2(g) （未平衡）

(28)

平衡化學方程式

• 由原子說可知化學反應前後，並無新的原子

無新的原子

產生

，只是反應物中原子重新排列組合

原子重新排列組合

。

• 原子不滅：

原子不滅：

反應物與生成物

兩者所含的原子

種類與數目必須相等。

• 平衡化學方程式的方法有很多種，在此僅介

紹觀察法

觀察法

及代數法

代數法

。

C

O

+

O

C

O

(29)

觀察法

實驗室製造氮氣

氮氣

的方法之一：

將橙色的二鉻酸銨（二鉻酸銨（ (NH_(NH₄₄))₂₂CrCr₂₂OO₇₇ ））固體置入試管中加熱，利用排水集氣法收集氮氣，而試管中會遺留綠色的三氧化二鉻（ Cr₂O₃ ）及凝結的水滴。根據上列的事實，可依下列步驟寫出化學方程式寫出化學方程式並加以平衡。氮氣及大量放熱氮氣及大量放熱火山爆發火山爆發直接加熱二鉻酸銨固體直接加熱二鉻酸銨固體

(30)

反應_前_前8 個 H 反應_後_後 8 個 H 檢查 OO 原子原子個數　反應前 = 反應後　 1x7 = 1x3 + 4x1 (1 (1 可省略不可省略不寫寫 )) 寫出未平衡的方程式先平衡兩邊僅出現一次的原子利用原子不滅原理，逐一平衡其他原子利用步驟3 尚未提到的原子，驗算平衡是否正確將所有係數均化為最簡單的整數標示物質的物理狀態及反應條件 1 2 3 4 5 6

(31)

例

3-5

例

3-5

1. 先平衡 CC 　 CC4H10 ＋ O2 ─→ 44 CCO2 ＋ H2O 2. 再平衡 HH 　 C4HH1010 ＋ O2 ─→ 4 CO2 ＋ 55 HH22O 3. 最後平衡 OO 　 C4H10 ＋ 13/2O13/2O22─→ 4 COO22 ＋ 55 H2OO 試寫出丁烷（ C₄H₁₀ ）燃燒生成二氧化碳和水蒸氣的化學方程式，並平衡之。先寫出未平衡的方程式寫出未平衡的方程式 CC₄₄HH₁₀₁₀ ＋＋ O_O₂₂ ─→ CO ─→ CO₂₂ ＋＋ H_H₂₂OO 標示狀態，並將所有係數化為最簡單的整數比最簡單的整數比　 22 C₄H_10(g_g₎ ＋ 1313 O_2(g_g₎ ─→ 88 CO_2(g_g₎ ＋ 1010 H₂O_(g_g₎

(32)

代數法

• 有些化學方程式較複雜，使用觀察法平衡

並不容易，若使用解聯立方程式

解聯立方程式

的代數法

，便能迎刃而解。

• 現以銅片和稀硝酸反應產生一氧化氮、硝

酸銅及水的反應為例，說明代數法。

(33)

將所有係數均化為最簡單的整數標示物質的物理狀態及反應條件 5 6 代入代入寫出未平衡的方程式 1 _{Cu + HNO} 3 Cu(NO3)2 + NO + H2O 2 將反應物和生成_{物的係數設為未} 知數 x Cu + y HNO₃ a Cu(NO₃)₂ + b NO + c H₂O 利用解聯立分程式求出各係數 4 利用原子不滅原理，寫出各係數的聯立方程式 3 銅原子 x = a 氫原子 y = 2c 氮原子 y = 2a – b 氧原子 3y = 6a + b + c if x = 1, a = 1 b = , y = ,c = 3 2 3 8 3 4 Cu + HNO₃ Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O 3 8 3 2 3 4

(34)

代數法結合觀察法

觀察法觀察法代數法代數法 O O 數目不變數目不變 H H 數目不變數目不變代入代入化簡化簡 Cu + HNO₃ Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O 1 Cu + HNO₃ 1 Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O 1 Cu + x HNO₃ 1 Cu(NO₃)₂ + (x-2) NO + ( ) Hx₂ ₂O 3 8 1 Cu + HNO₃ 1 Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O 3 2 3 4

3 Cu + 8 HNO₃ ₍_aq)( _{稀 ) 3 Cu(NO}₃)_{2 (}_aq) + 2 NO₍_g) + H₂O₍_l) 3x = 6 + (x – 2) + ( ) x = 2 x 3 8 回目次

(35)

3 _{- 3 　化學計量}

可以利用方程式中的係數比來計算

係數比來計算

反應物及生成物間的質量關係

質量關係

，此

(36)

化學方程式與量的關係

• 係數比

係數比

為反應物消耗和生成物生成的分子數比

為反應物消耗和生成物生成的

分子數比

或莫耳數比

或同溫同壓下氣體變化體積比

或

同溫同壓下氣體變化體積比

。

• 例如：高溫高壓下利用哈柏法（ Haber proces

s ）製氨的反應式如下：

係數比　＝　１　　：　　３　　　　：　　　２

表示消耗 1mole1mole _的_的 NN₂₂ _{及 3mole}3mole _的_的 HH₂₂ 才能生成 2mole2mole

的

(37)

(38)

利用已知物的莫耳數及方程式的係數比，推算出欲求物的莫耳數 3 將已知物的測量值換算成莫耳數 2

處理化學計量的步驟

寫出正確的化學方程式並平衡之 1 將欲求物的莫耳數換算成欲求的單位 4

(39)

例

3-6

例

3-6

最多生成氫氣＝ 2.02 g _{／ mol × 0.100 mol ＝ 0.202 g} 鎂帶 2.43 克與 200 mL _{、 2.00 M 的鹽酸完全作用產生氫氣} ，試問最多可生成氫氣多少克？（ Mg _{＝ 24.3 、 H ＝ 1.0} 1 ）寫出平衡方程式

_Mg

( (ss))

＋

2 HCl

((aqaq))

→ MgCl

2(2(aqaq))

＋

H

₂₍₂₍_g_g₎₎ 算已知物莫耳數 mole g 1 . 0 3 . 24 43 . 2  mole L 4 . 0 2 . 0 L mole 2   0 mole 0 mole 原有原有 mole_mole 變化

變化 mole_mole -0.1 mole-0.1 mole -0.2 mole-0.2 mole +0.1 mole+0.1 mole +0.1 mole+0.1 mole

反應後的莫耳數

(40)

例

3-7

例

3-7

赤鐵礦（ Fe₂O₃ ）是煉鐵的重要原料，當赤鐵礦在鼓風爐中和焦炭一起加熱時，會產生一系列的反應，其中最主要的步驟是赤鐵礦與一氧化碳反應生成鐵及二氧化碳的反應。試問 31.94 g 的赤鐵礦，最多可以生成多少克的鐵？（ Fe₂O₃ _＝ 159.7 _{、 Fe ＝ 55.85 ）} Fe₂O_3(s) ＋ 3 CO_(g)─→ 2 Fe_(l) ＋ 3 CO_2(g) Fe 重＝ 55.85 g _{／ mol × 0.4000 mol ＝ 22.34 g} 算已知物莫耳數 mole g 2 . 0 7 . 159 94 . 31  假設假設 X mole X mole 係數比係數比 =mole_=mole 寫出平衡方程式

1 : 2 = 0.2 mole :

1 : 2 = 0.2 mole : X

X

mole

所以

(41)

限量試劑

• 在化學反應中，完全被用盡的反應物將限

在化學反應中，完全被用盡的反應物將限

制生成物的產量。

寫出平衡方程式

_Mg

( (ss))

＋

2 HCl

((aqaq))

→ MgCl

2(2(aqaq))

＋

H

₂₍₂₍_g_g₎₎ 算已知物莫耳數 mole g 1 . 0 3 . 24 43 . 2  mole L 4 . 0 2 . 0 L mole 2   0 mole 0 mole 原有原有 mole_mole 變化

變化 mole_mole -0.1 mole-0.1 mole -0.2 mole-0.2 mole +0.1 mole+0.1 mole +0.1 mole+0.1 mole

反應後的莫耳數

反應後的莫耳數 0 mole0 mole 0.2 mole0.2 mole 0.1 mole0.1 mole 0.1 mole0.1 mole

先被反應完畢，限量試劑

(42)

產率

• 實際產量

實際產量

：實驗

所得的產物數量

。

• 理論產量

理論產量

：假設

反應完全進行，

以化學計量所估

計的產物數量。

% 100   理論產量實際產量產率 Fe₂O₃₍_s) ＋ 3 CO₍_g)─→ 2 Fe₍_l) ＋ 3 CO₂₍_g) 若 0.2mole 的 Fe₂O₃ 完全反應可產生 0.4mole 的 Fe ，經鍋爐中反應僅可產生 0.3 mole _{的 Fe ，請問 Fe} 的產率為多少？ 75% % 100 4 . 0 3 . 0 % 100      理論產量實際產量產率

(43)

綠色化學

致力於設計較安全的化學產品或盡量使用低危險的

物質，或是盡可能

物質，或是盡可能減少與消除這些危險物質對環境

減少與消除這些危險物質對環境

的衝擊

。

目前，綠色化學已成為新興的領域，也有專屬的期

刊。

• 綠色化學強調化學製程中原子的使用效率

原子的使用效率

。

100% (%)   所有產物的質量目標產物的質量原子使用效率

(44)

例

3-8

例

3-8

甲基丙烯酸甲酯（甲基丙烯酸甲酯（ CH_CH₂₂_＝_＝C(CHC(CH₃₃)CO)CO₂₂CHCH₃₃，分子量＝，分子量＝ 100₁₀₀）是製造壓克力的主）是製造壓克力的主要原料，以往的製程可用下式表示：要原料，以往的製程可用下式表示： CH

CH33COCHCOCH33＋＋HCNHCN ＋＋CHCH33OHOH＋＋HH22SOSO44 →CH →CH22＝＝C(CHC(CH33)CO)CO22CHCH33＋＋NHNH44HSOHSO44

但是由於原子使用效率太低，不符合綠色化學的精神，因此，目前使用新的製但是由於原子使用效率太低，不符合綠色化學的精神，因此，目前使用新的製程如下：程如下： CH CH3₃C≡CH C≡CH ＋＋ CHCH33OH OH ＋＋ CO ─→ CHCO ─→ CH22＝＝C(CHC(CH33)CO)CO22CHCH33 新的製程沒有製造任何廢棄物，原子使用效率為新的製程沒有製造任何廢棄物，原子使用效率為 100₁₀₀％。％。試問使用第一種製程試問使用第一種製程原子的使用效率原子的使用效率為多少？（為多少？（NH_NH4₄HSOHSO44＝＝115115））

46.5%

100%

115

100

100 







原子使用率

(45)

例

3-9

例

3-9

若將若將 25.0 mL_{25.0 mL} _、_、 0.400 M0.400 M 的硝酸銀溶液，加入的硝酸銀溶液，加入 50.0 mL_{50.0 mL} _、_、 1.00 1.00 M M 的氯化鈉溶液中，試計算：的氯化鈉溶液中，試計算： (1) (1) 最多能生成氯化銀的沉澱多少克？最多能生成氯化銀的沉澱多少克？ (2)

(2) 反應後溶液中的硝酸根反應後溶液中的硝酸根 (NO_(NO₃₃ －－ ₎₎ _{濃度為多少}_{濃度為多少} _M?(AgCl_M?(AgCl ＝_＝

143.5) 143.5) 1. 1. 計算硝酸銀及氯計算硝酸銀及氯化鈉的莫耳數化鈉的莫耳數

　　　　 AgNOAgNO₃₍₃₍_aq_aq₎₎ ＋＋ NaClNaCl₍₍_aq_aq₎₎ → AgCl → AgCl₍₍_s_s₎₎ ＋＋

NaNO NaNO₃₍₃₍_aq_aq₎₎ 原有莫耳數原有莫耳數　 0.0100 0.0500 　　 0 　 0 變化的莫耳數變化的莫耳數　－ 0.0100 　－ 0.0100 　＋ 0.0100 　＋ 0.0100 反應後莫耳數反應後莫耳數　 0 　　　 0.0400 　 0.0100 　 0.0100 生成氯化銀

生成氯化銀 =143.5 g_{=143.5 g} _／_／ mol × 0.0100 mol mol × 0.0100 mol ＝＝ 1.44 g_{1.44 g}

AgNO

AgNO₃₃ 之莫耳數＝之莫耳數＝ 0.400 mol_{0.400 mol} _／_／L × 0.0250 L L × 0.0250 L ＝＝ 0.0100 _0.0100

mol

NaCl

NaCl 之莫耳數＝之莫耳數＝ 1.00 mol1.00 mol_／_／L × 0.0500 L L × 0.0500 L ＝＝ 0.0500 mol0.0500 mol

硝酸根的濃度＝

硝酸根的濃度＝ 0.0100 mol _{0.0100 mol} ／（／（ 0.0250 _0.0250 ＋＋ 0.0500_0.0500 _）_） L L ＝＝ 0.133 M_{0.133 M}

2.

(46)

例

3-10

例

3-10

汽車的安全氣囊中置有疊氮化鈉（ NaN₃ ），當發生猛烈撞擊時，該化合物會因感應器產生的高溫而分解，迅速產生氮氣充滿 氣囊（ 2NaN2NaN₃₍₃₍_s)_s₎ → 2Na → 2Na₍₍_s)_s₎ _＋_＋ 3N3N₂₍₂₍_g)_g₎ ），以達到保護駕駛的目的

，若在常溫常壓下要產生 14.7 升的氮氣，試問： 1) 最少需要疊氮化鈉多少克？ 2) 若此反應的產率為 50.0 ％，若要產生相同數量的氮氣至少需要疊氮化鈉多少克？（在常溫常壓下， 1 莫耳理想氣體的體積為 24.5 L _{， NaN}₃ _{＝ 65.0 ）} N2的莫耳數 =14.7/24.5=0.600 mol ; 設 NaN3反應完的莫耳數為 x 反應式的係數比係數比 =₌ 莫耳數比莫耳數比 _{, 2 : 3 = x : 0.6}2 : 3 = x : 0.6 , x , x _＝_＝ 0.400 mol0.400 mol

(1) NaN3 ＝ 65.0 g ／ mol × 0.400 mol ＝ 26.0 g

(2) 產率為 50.0% ，則所需 NaN3 ＝ 26.0 g ／ 50.0 ％＝ 52.0 g

回目次

(47)

3 _{- 4 　化學反應中的能量變化}

化學反應中除了反應物發生變化產生

不同的物質外，還會有熱量的變化

熱量的變化

。

(48)

熱

在化學反應中與反應物及產物同等重要

，不同的是熱是能量。

熱

在化學反應中與反應物及產物同等重要

，不同的是熱是能量。

• 有些化學反應需要吸收熱吸收熱量量才能發生反應。 • 有些反應在反應過程中放放出熱量出熱量。暖暖包即為利用鐵粉氧化放出熱量，以供人取暖。

能量的形態可以

能量的形態可以相互轉換

相互轉換

，

不會消失

(49)

放熱反應與吸熱反應

放熱反應

：高能量物質

轉變成低能量物質

吸熱反應

：低能量物質轉變

成高能量物質，

2 Mg_(s) + O_2(g) 2 MgO_(s) + 1204 kJ Ba(OH)₂ • 8H₂O_(s) + 2 NH₄Cl_(s) + 80.3 kJ BaCl_2(aq) + 2 NH_3(aq) + 10 H₂O_(l)

(50)

反應熱

• 熱含量

熱含量

：定溫定壓下，物質生成時，儲存

於其中的能量，無法直接測得。

• 反應熱

反應熱

：產生化學變化時，各反應物的總

總

熱含量

和產物之間有所差別

差別

，便出現熱量

的釋出或吸收的現象。

ΔH = 生成物的總熱含量 - 反應物的總熱含量

(51)

反應熱與熱含量

(52)

熱化學方程式表示方式

• 熱化學方程式

熱化學方程式

：描述一化學反應，反應物

反應物

及產物關係

，與該反應熱含量變化

熱含量變化

。 Ex:

2 Mg

_(s)

+ O

_2(g)

2 MgO

_(s)

+ 1204 kJ

• 另一表現方式：

2 Mg

_(s)

+ O

_2(g)

2 MgO

_(s)

ΔH = -

1204 kJ

(53)

反應熱的種類

莫耳燃

燒熱

1 莫耳純物質與氧氣

與氧氣

作用，完全燃燒

完全燃燒

釋出

的熱量。必為放熱

放熱

。

Mg_(s) + ½ O_2(g) MgO(s) ΔH = - 602 kJ

莫耳生

成熱

1 莫耳化合物由其成

分元素化合

元素化合

時所吸收

或放出的熱量。

常見的莫耳生成熱

莫耳中

和熱

酸鹼中和

後產生鹽類

和 1 莫耳水所放出的

熱量。

HCl_(aq) + NaOH_(aq)

NaCl_(aq) + H₂O_(l) ΔH = -56.7 kJ

(54)

常見純物質的莫耳生成熱

（

25

25 ℃

℃

,1atm

）

常見純物質的莫耳生成熱

（

25

25 ℃

℃

,1atm

）

元素的生成熱＝０元素的生成熱＝０同素異形體同素異形體狀態不同狀態不同

(55)

反應熱的種類

莫耳溶

解熱

1 莫耳溶質完全溶

_解

_{於溶劑中的能量}

完全溶

變化。

KNO_3(s)

KNO_3(aq) ΔH = 34.8kJ

莫耳分

解熱

（補充）（補充）

1 莫耳化合物分解

分解

為其成分元素

元素

時的

反應熱。

CO

2(2(gg) )

→ C

((ss) )

+ O

2(2(gg)) ΔH = 393.5 kJ/mole

莫耳解

離能

（補充）（補充）

1 莫耳化合物解離

解離

為其成分原子

原子

時的

反應熱。必為吸熱

。

NH

_3(g)

→ N

_(g)

+ 3H

_(g) ΔH =1172kJ 分解熱與生成熱互為逆反應。分解熱與生成熱互為逆反應。







H2O

(56)

• 反應物或生成物的狀態不同

狀態不同

，反應熱有差異

有差異

。

反應熱間的關係

• 正逆反應

正逆反應

的反應熱同值異號

同值異號

。

– 光合作用：

– 呼吸作用：

6 CO_2(g) + 6 H₂O_(l) C_日光_{ }_ ₆H₁₂O_6(g) + 6 O_2(g) ΔH = 2815.8 kJ C₆H₁₂O_6(s)+ 6 O_2(g) 6 CO_2(g) + 6 H₂O_(l) ΔH = -2815.8 kJ H₂+ O_2(g) H₂O_(l) ΔH = -285.8 kJ H₂+ O_2(g) H₂O_(g) ΔH = -241.8 kJ 2 1 2 1 H₂O_(g) H₂O_(l) ΔH = - 44.0 kJ

(57)

影響反應熱的因素

1.

1. 反應物的量

反應物的

量

H

₂₍₂₍_g_g₎₎

+ ½ O

₂₍₂₍_g_g₎₎

→ H

₂₂

O

₍₍_g_g₎₎

ΔH= - 241.8 kJ

2H

₂₍₂₍_g_g₎₎

+ 1 O

₂₍₂₍_g_g₎₎

→ 2 H

₂₂

O

₍₍_g_g₎₎

ΔH= - 241.8 x2

ΔH= - 241.8

x2

kJ

2.

2. 物質的狀態

物質的

狀態

H

₂₍₂₍_g_g₎₎

+ ½ O

₂₍₂₍_g_g₎₎

→ H

₂₂

O

₍₍_l_l₎₎

ΔH= - 285.8 kJ

H

₂₍₂₍_g_g₎₎

+ ½ O

₂₍₂₍_g_g₎₎

→ H

₂₂

O

₍₍_g_g₎₎

ΔH= - 241.8 kJ

3. 3. 溫度與壓力

溫度與壓力

：熱含量變

化與溫度及壓力均有關

。

4.

4. 與催化劑

與

催化劑

和反應途徑無

和

反應途徑無

關

。

(58)

葡萄糖在

_25℃

_{、 1atm 時的莫耳生成熱為 -1260 kJ}

，試寫出其相對應的熱化學方程式。又若生成

360g

的葡萄糖，需要吸收或放出多少熱量？

_{（ C}₆H₁₂O₆ _{＝ 18} 0 ）

例

3-11

例

3-11

試依課本

103 頁表 3-2 寫出代表乙醇（ C

2

H

5

OH ）

莫耳生成熱之熱化學方程式。

2C

₍₍_s_s₎₎

＋

3H

_3H

₂₍₂₍_g_g₎₎

_＋

O

₂₍₂₍_g_g₎₎

→ C

₂₂

H

₅₅

OH

₍₍_l_l₎₎ ΔΔ

H = -277.7 kJ

例

3-12

例

3-12

6C

₍₍_s_s₎₎

＋

6H

_6H

₂₍₂₍_g_g₎₎

＋

3O

_3O

₂₍₂₍_g_g₎₎

→ C

₆₆

H

₁₂₁₂

O

₆₍₆₍_s_s₎₎

ΔH = -1260 kJ

葡萄糖的莫耳數＝ 360/180 ＝ 2.00 mol 生成 2.00 mol 時放熱 1260 kJ × 2.00 ＝ 2520 kJ

(59)

赫斯定律

• 若反應的起始

若反應的

起始

狀態和最終狀態相同

狀態和

最終狀態相同

，不管反應經

過的途徑是否相同，其

過的途徑是否相同，其熱含量的改變均相同

熱含量的改變均相同

。

kJ kJ (g) (g) (g) (g) (g) (g) (g) s 525.0) ( ΔH O H CO O H CO .5 93 3 ΔH CO O C 2 2 2 2 2 3 2 2 ) (             131.5kJ ΔH H CO O H C_(s)  ₂ _(g)  _(g)  ₂_(g) ₁  kJ (g) (g) (g) (s) 131.5 (525.0) 393.5) ( ) ΔH ( ΔH ΔH H CO O H C 2 3 1 2 2           反應熱反應熱相同相同反應途徑１反應途徑２

(60)

熱含量改變示意圖

(61)

赫斯

（

1802~1850,

俄國）

赫斯

（

_（

1802~1850,

俄國）

4. 1840 年，礦物的研究亦有涉獵，包括碲化銀碲化銀（ Ag₂Te ） 的分析，該化合物就以他的名字命名為 HessiteHessite 。他也發現糖氧化生成醣二酸（ saccharic acid ）的反應。 1. 生於瑞士的俄羅斯化學家，也是醫生，對於赫斯定律及早期的熱力學原理貢獻頗多。 2. 最有名的研究成果 ─ 赫斯定律赫斯定律，又稱為「反應熱加成性定律反應熱加成性定律」。 3. 化學教科書的作者，他的著作數十年來均為俄國學生奉為經典。

(62)

由莫耳生成熱求反應熱

82.4kJ

-

1]

[(-1260)

-2]

(-393.5)

2 [(-277.7)

)

(

)

(

























該反應物的係數

反應物的莫耳生成熱

該生成物的係數

生成物的莫耳生成熱

H

由查表得各純物質的生成熱：

計算下式的反應熱：

6 C_(s) + 6 H_2(g)+ 3 O_2(g) C₆H₁₂O_6(s) ΔH = -1260 kJ 4 C_(s) + 6 H_2(g)+ O_2(g) 2 C₂H₅OH_(l) ΔH = -277.7 kJ x 2 2 C_(s) + 2 O_2(g) 2 CO_2(g) ΔH = -393.5 kJ x 2 C₆H₁₂O_6(s) 2 C₂H₅OH_(l) + 2 CO_2(g)

(63)

已知 CH_4(g) _{、 CO}_2(g) _{和 H}₂O_(l) 之標準莫耳生成熱分別為 -74.8 kJ _{、 -393.5 kJ 及 -285.8 kJ ，試寫出 CH}_4(g) 燃燒生成 CO_2(g) _{和 H}₂O_(l) 的熱化學方程式？

例

3-13

例

3-13

kJ (l) (g) (g) (g) 3 . 890 ) 8 . 74 ( ] 2 ) 8 . 285 ( ) 5 . 393 [( ΔH 2] H Δ H [Δ ΔH O 2H CO 2O CH 1 3 2 2 2 2 4                 C_(s) + 2 H_2(g) CH_4(g) ΔH₁ = -74.8 kJ --- (1) C_(s) + O_2(g) CO_2(g) ΔH₂ = -393.5 kJ ---(2) H_2(g) + 1/2 O_2(g) H₂O_(l) ΔH₃ = -285.8 kJ ---(3)

(64)

練習

_{8 :}

由莫耳燃燒熱求反應

_{由莫耳燃燒熱求反應}

熱

練習

_{8 :}

由莫耳燃燒熱求反應

_{由莫耳燃燒熱求反應}

熱

110.5kJ - (-283.0) -(-393.5) ) ( ) (          該生成物的係數生成物的莫耳燃燒熱該反應物的係數反應物的莫耳燃燒熱 H

基礎化學(一) 課本教學ppt 第3章

鐵的燃燒

鐵的燃燒

鐵的生鏽

鐵的生鏽

激烈的

激烈的

緩慢的

緩慢的

化學反應

化學反應

有

快

有

慢

物質中原子必定重新排列。

物質中原子必定重新排列。

化學式

化學式

化學反應方程式

化學反應方程式

反應熱

反應熱

3-1

3-1

化學式

化學式

3-2

3-2

化學方程式

化學方程式

3-3

3-3

化學計量

化學計量

3-4

3-4

化學反應中的能量變化

化學反應中的能量變化

3-1

3-1

化學式

化學式

3-2

3-2

化學方程式

化學方程式

3-3

3-3

化學計量

化學計量

3-4

3-4

化學反應中的能量變化

化學反應中的能量變化

目次

3 - 1 化學式

3 - 1 化學式

1. 實驗式

2. 分子式

3. 結構式

4. 示性式

化學示的種類

化學示的種類

化學示的種類

化學示的種類

項目

實驗式

實驗式

分子式

分子式

結構式

結構式

示性式

示性式

說明

例子

醋酸

醋酸

CH

3 - 1 　化學式

3 - 1 　化學式

_C

_C

_、

_Si

_Si

_、

_SiO

_SiO

_、

_SiC

_SiC