反應熱之測定

(1)

反應熱之測定

 國立臺灣大學化學系，普通化學實驗，國立臺灣大學出版中心：台北，民國 105 年。

 版權所有，若需轉載請先徵得本系同意；疏漏之處，敬請指正。

 臺大化學系普化教學組葉芝嵐助教（2008.10）、林哲仁助教（2011.07）、

張馨云助教（2016.10）。

一、目的：使用自製簡單卡計，測量酸鹼中和、固體溶解及氧化還原反應之反應熱；並應用赫斯定律（Hess´s Law）測定氧化鎂之莫耳生成熱。

二、實驗技能：學習藥品稱量、體積量測及電子數字溫度計之使用等實驗技能。

三、原理：

（一）反應熱之測定

化學反應通常伴隨著能量的變化，如果反應在定壓下進行，則能量的變化稱為反應熱（heat of reaction），以H 表示，H ＝ q

p

。反應若釋出能量則為放熱反應， H 為負值（H < 0）；反應若吸收能量則為吸熱反應， H 為正值（H > 0）。

本實驗，利用日常物品保麗龍杯裝置一個簡單的"卡計"，來測量反應熱。由於在反應過程中，卡計本身亦會吸收反應所產生的熱量，因此，首先必須測量出卡計的熱容量（heat capacity，C）。卡計的熱容量，是指使卡計溫度升高或降低 1

^o

C 所須吸收或放出的熱量。藉著將定量熱水加入卡計內的定量冷水中，由於熱水所釋出的熱量應等於冷水與卡計所吸收的熱量，因此測量其溫度的變化再經由計算，就可測得卡計的熱容量。反應熱

（H），則可由卡計本身的熱容量及卡計所含內容物（如水溶液）溫度的變化（T）計算求得，其中假設所有水溶液之密度及比熱均與水相同，分別為 1.0 g/mL 及 1 cal/g

^o

C：

H ＝ -q

_卡計

＝ -[卡計吸（放）熱＋水溶液吸（放）熱]

＝ -[C．T ＋ m．s．T ] (1)

（二）赫斯定律之應用－氧化鎂之莫耳生成熱

(2)

反應之反應熱，反應方程式如式 2 與 3，再利用水的莫耳生成熱為 -285.8 kJ/mol（-68.4 kcal/mol）及赫斯定律，可計算得氧化鎂的莫耳生成熱（式 5）。

Mg

(s)

+ 2H

⁺(aq)

→ Mg

²⁺(aq)

+ H

2(g)

H

1

(2) MgO

(s)

+ 2H

⁺(aq)

→ Mg

²⁺(aq)

+ H

2

O

(l)

H

2

(3)

H

2(g)

+ 1/2O

2(g)

→ H

2

O

(l)

H

fo

(H

2

O) (4) Mg

(s)

+ 1/2O

2(g)

→ MgO

(s)

H

fo

(MgO) (5)

四、儀器與材料：保麗龍杯（250 mL，2 個）、杯蓋、電子數字型溫度計、燒杯

（400 mL）、量筒（50 mL）、計時器、電子天平。

五、藥品：鎂片（Mg）、硝酸銨（ammonium nitrate，NH

4

NO

3

）、氧化鎂（magnesium oxide，MgO）、1.0 M 氫氧化鈉（sodium hydroxide，NaOH）、1.0 M 鹽酸

（hydrochloric acid，HCl）、1.0 M 醋酸（acetic acid，CH

3

COOH）

六、實驗流程：

測量卡計熱容量  測量 HCl/NaOH 莫耳中和熱 

測量 HOAc/NaOH 莫耳中和熱  測量 NH

4

NO

3

莫耳溶解熱 

測量 HCl/Mg 反應熱  測量 HCl/MgO 反應熱  計算 MgO 莫耳生成熱七、實驗步驟：

步驟示範

（一）卡計熱容量之測定

1. 將兩個保麗龍杯洗淨擦乾後，套疊放在 400 mL 燒杯中，裝置一卡計。

2. 以量筒量取 50 mL 蒸餾水，記錄精確體積後

加入卡計中，靜置約 3 分鐘，使水與卡計達

到溫度平衡，以溫度計測量及記錄水溫，讀

記到小數點下一位。

(3)

3. 取部分熱水於 100 mL 燒杯中，加入適量冷水，調整成水溫大約比冷水高約 10~15

^o

C 之溫水後，再以量筒量取此溫水 50 mL，讓溫水在量筒中靜置約 3 分鐘，使水與量筒達到溫度平衡，再測量記錄水溫與體積，然後迅速將溫水全部倒入盛裝冷水的卡計中。

註：溫度計的測溫棒在每次測溫前，均應以自來水沖洗使回復室溫，並且測溫棒的前端必須置於溶液中央位置不貼靠器壁。

4. 迅速蓋好杯蓋並插回溫度計，以手搖動杯子的方式使冷熱水混合並達溫度平衡，記錄此溫度。

（二）鹽酸－氫氧化鈉中和反應熱之測定

5. 將溫度計與保麗龍杯洗淨擦乾。

註：每次更換溶液均需將兩個保麗龍杯沖洗並擦乾，以免前次實驗殘留於杯中的熱量影響下一次的測定。

6. 以量筒量取 50 mL 之 1.0 M HCl 溶液，記錄精確體積後置於卡計中，待水溶液與卡計達溫度平衡後，再測量記錄溫度。

7. 以量筒量取 50 mL 之 1.0 M NaOH 溶液，記

錄精確體積；待水溶液與量筒達溫度平衡後

測量記錄溫度，然後倒入內盛裝 HCl

(aq)

的卡

計中。

(4)

8. 迅速蓋好杯蓋並插回溫度計後，以手搖動杯子的方式，使二者均勻混合；混合反應期間持續觀察溫度變化，若為放熱反應則以最高溫，若為吸熱反應則以最低溫為反應平衡溫度。

註：酸鹼中和反應之速率很快，溫度很快即達到平衡。

（三）醋酸－氫氧化鈉中和反應熱的測定

9. 重覆步驟 5～8，但改為 1.0 M CH

3

COOH 與 1.0 M 之 NaOH 反應。

（四）硝酸銨溶解熱的測定

10. 將溫度計與保麗龍杯洗淨擦乾。量取 50 mL 蒸餾水，記錄精確體積後加入卡計中，靜置約 3 分鐘使水與卡計達溫度平衡，測量記錄水溫。

11. 稱取約 4 g 的 NH

4

NO

3

固體，記錄精確重量，然後全部加入於卡計中。

註：電子天平之使用，參考實驗技能與示範影片。

12. 重覆步驟 8，決定溶解反應的平衡溫度。

註：硝酸銨固體溶解之速率較慢，需充分搖動卡計讓反應完全。

（五）氧化鎂莫耳生成熱之測定

(5)

反應熱之測定

反應熱之測定

 國立臺灣大學化學系，普通化學實驗，國立臺灣大學出版中心：台北，民國 105 年。

 版權所有，若需轉載請先徵得本系同意；疏漏之處，敬請指正。

 臺大化學系普化教學組葉芝嵐助教（2008.10）、林哲仁助教（2011.07）、

張馨云助教（2016.10）。

一、 目的：使用自製簡單卡計，測量酸鹼中和、固體溶解及氧化還原反應之反 應熱；並應用赫斯定律（Hess´s Law）測定氧化鎂之莫耳生成熱。

二、 實驗技能：學習藥品稱量、體積量測及電子數字溫度計之使用等實驗技能。

三、 原理：

（一）反應熱之測定

化學反應通常伴隨著能量的變化，如果反應在定壓下進行，則能量的 變化稱為反應熱（heat of reaction），以H 表示，H ＝ q

。反應若釋出能 量則為放熱反應， H 為負值（H < 0） ；反應若吸收能量則為吸熱反應， H 為正值（H > 0）。

C 所須吸收或放出的熱量。藉著將定量熱水加入卡計 內的定量冷水中，由於熱水所釋出的熱量應等於冷水與卡計所吸收的熱 量，因此測量其溫度的變化再經由計算，就可測得卡計的熱容量。反應熱

（H），則可由卡計本身的熱容量及卡計所含內容物（如水溶液）溫度的 變化（T）計算求得，其中假設所有水溶液之密度及比熱均與水相同，分 別為 1.0 g/mL 及 1 cal/g

C：

H ＝ -q

＝ -[卡計吸（放）熱 ＋ 水溶液吸（放）熱]

＝ -[C．T ＋ m．s．T ] (1)

（二）赫斯定律之應用－氧化鎂之莫耳生成熱

反應之反應熱，反應方程式如式 2 與 3，再利用水的莫耳生成熱為 -285.8 kJ/mol（-68.4 kcal/mol）及赫斯定律，可計算得氧化鎂的莫耳生成熱（式 5） 。

Mg

+ 2H

→ Mg

+ H

H

(2) MgO

+ 2H

→ Mg

+ H

O

H

(3)

H

+ 1/2O

→ H

O

H

(H

O) (4) Mg

+ 1/2O

→ MgO

H

(MgO) (5)

四、儀器與材料：保麗龍杯（250 mL，2 個）、杯蓋、電子數字型溫度計、燒杯

（400 mL）、量筒（50 mL）、計時器、電子天平。

五、 藥品：鎂片（Mg） 、硝酸銨（ammonium nitrate，NH

NO

） 、氧化鎂（magnesium oxide，MgO）、1.0 M 氫氧化鈉（sodium hydroxide，NaOH）、1.0 M 鹽酸

（hydrochloric acid，HCl）、1.0 M 醋酸（acetic acid，CH

COOH）

六、實驗流程：

測量卡計熱容量  測量 HCl/NaOH 莫耳中和熱 

測量 HOAc/NaOH 莫耳中和熱  測量 NH

NO

莫耳溶解熱 

測量 HCl/Mg 反應熱  測量 HCl/MgO 反應熱  計算 MgO 莫耳生成熱 七、實驗步驟：

步驟 示範

（一）卡計熱容量之測定

1. 將兩個保麗龍杯洗淨擦乾後，套疊放在 400 mL 燒杯中，裝置一卡計。

2.

以量筒量取 50 mL 蒸餾水，記錄精確體積後

加入卡計中，靜置約 3 分鐘，使水與卡計達

到溫度平衡，以溫度計測量及記錄水溫，讀

記到小數點下一位。

3.

取部分熱水於 100 mL 燒杯中，加入適量冷 水，調整成水溫大約比冷水高約 10~15

C 之 溫水後，再以量筒量取此溫水 50 mL，讓溫 水在量筒中靜置約 3 分鐘，使水與量筒達到 溫度平衡，再測量記錄水溫與體積，然後迅 速將溫水全部倒入盛裝冷水的卡計中。

註：溫度計的測溫棒在每次測溫前，均應以 自來水沖洗使回復室溫，並且測溫棒的前端 必須置於溶液中央位置不貼靠器壁。

4.

迅速蓋好杯蓋並插回溫度計，以手搖動杯子 的方式使冷熱水混合並達溫度平衡，記錄此 溫度。

（二）鹽酸－氫氧化鈉中和反應熱之測定

5.

將溫度計與保麗龍杯洗淨擦乾。

註：每次更換溶液均需將兩個保麗龍杯沖洗 並擦乾，以免前次實驗殘留於杯中的熱量影 響下一次的測定。

6.

以量筒量取 50 mL 之 1.0 M HCl 溶液，記錄 精確體積後置於卡計中，待水溶液與卡計達 溫度平衡後，再測量記錄溫度。

7.

以量筒量取 50 mL 之 1.0 M NaOH 溶液，記

錄精確體積；待水溶液與量筒達溫度平衡後

測量記錄溫度，然後倒入內盛裝 HCl

一、目的：使用自製簡單卡計，測量酸鹼中和、固體溶解及氧化還原反應之反應熱；並應用赫斯定律（Hess´s Law）測定氧化鎂之莫耳生成熱。

二、實驗技能：學習藥品稱量、體積量測及電子數字溫度計之使用等實驗技能。

三、原理：

化學反應通常伴隨著能量的變化，如果反應在定壓下進行，則能量的變化稱為反應熱（heat of reaction），以H 表示，H ＝ q

。反應若釋出能量則為放熱反應， H 為負值（H < 0）；反應若吸收能量則為吸熱反應， H 為正值（H > 0）。

C 所須吸收或放出的熱量。藉著將定量熱水加入卡計內的定量冷水中，由於熱水所釋出的熱量應等於冷水與卡計所吸收的熱量，因此測量其溫度的變化再經由計算，就可測得卡計的熱容量。反應熱

（H），則可由卡計本身的熱容量及卡計所含內容物（如水溶液）溫度的變化（T）計算求得，其中假設所有水溶液之密度及比熱均與水相同，分別為 1.0 g/mL 及 1 cal/g

＝ -[卡計吸（放）熱＋水溶液吸（放）熱]

反應之反應熱，反應方程式如式 2 與 3，再利用水的莫耳生成熱為 -285.8 kJ/mol（-68.4 kcal/mol）及赫斯定律，可計算得氧化鎂的莫耳生成熱（式 5）。

五、藥品：鎂片（Mg）、硝酸銨（ammonium nitrate，NH

）、氧化鎂（magnesium oxide，MgO）、1.0 M 氫氧化鈉（sodium hydroxide，NaOH）、1.0 M 鹽酸

測量 HCl/Mg 反應熱  測量 HCl/MgO 反應熱  計算 MgO 莫耳生成熱七、實驗步驟：

步驟示範

取部分熱水於 100 mL 燒杯中，加入適量冷水，調整成水溫大約比冷水高約 10~15

C 之溫水後，再以量筒量取此溫水 50 mL，讓溫水在量筒中靜置約 3 分鐘，使水與量筒達到溫度平衡，再測量記錄水溫與體積，然後迅速將溫水全部倒入盛裝冷水的卡計中。

註：溫度計的測溫棒在每次測溫前，均應以自來水沖洗使回復室溫，並且測溫棒的前端必須置於溶液中央位置不貼靠器壁。

迅速蓋好杯蓋並插回溫度計，以手搖動杯子的方式使冷熱水混合並達溫度平衡，記錄此溫度。

註：每次更換溶液均需將兩個保麗龍杯沖洗並擦乾，以免前次實驗殘留於杯中的熱量影響下一次的測定。

以量筒量取 50 mL 之 1.0 M HCl 溶液，記錄精確體積後置於卡計中，待水溶液與卡計達溫度平衡後，再測量記錄溫度。

迅速蓋好杯蓋並插回溫度計後，以手搖動杯子的方式，使二者均勻混合；混合反應期間持續觀察溫度變化，若為放熱反應則以最高溫，若為吸熱反應則以最低溫為反應平衡溫度。

註：酸鹼中和反應之速率很快，溫度很快即達到平衡。

將溫度計與保麗龍杯洗淨擦乾。量取 50 mL 蒸餾水，記錄精確體積後加入卡計中，靜置約 3 分鐘使水與卡計達溫度平衡，測量記錄水溫。

固體，記錄精確重量，然後全部加入於卡計中。

註：電子天平之使用，參考實驗技能與示範影片。

註：硝酸銨固體溶解之速率較慢，需充分搖動卡計讓反應完全。

（五）氧化鎂莫耳生成熱之測定

將溫度計與保麗龍杯洗淨擦乾。量取 100 mL 之 1.0 M HCl 溶液置於卡計中，靜置約 3 分鐘使溶液與卡計達到溫度平衡後測量記錄其溫度。

14. 稱取約 0.2 g 鎂片，記錄其精確重量後，加入於卡計中。

反應完全後，將溫度計與保麗龍杯洗淨擦乾，重新再量取 100 mL 之 1.0 M HCl 溶液置於卡計中，精確稱取約 0.7 g 氧化鎂與其反應，並決定反應的平衡溫度。

計算上述所有反應之莫耳反應熱及氧化鎂莫耳生成熱。