第6章 熱化學
化學
任課教師：顏明賢
第六章 熱化學
崑山科大材料工程系
本章內容
6.1 能量的本質與形態
6.2 化學反應的能量變化
6.3 熱力學簡介
6.4 反應焓
6.5 卡計法
6.6 標準生成焓與標準反應焓
6.7 溶解熱與稀釋熱崑山科大材料工程系 3
6.1 能量的本質與形態
能量看不到、摸不到且沒有重量，能量有許多種 不同的形式 ，敍述如下：
功在化學上的定義為可使受體改變位置的能量 傳遞方式。
輻射能為電磁輻射的能量。
熱能為原子或分子無規運動的能量與溫度有關，原子或 分子運動愈劇烈，則物質的溫度愈高熱 能愈大。
化學能為物質貯存在化學結構上的能量 。
位能 是物質在不同位置上所具有的能量 。能量守恆
所有形式的能量都可以 互相轉換，但總量維持 不變，能量不能創造亦 不能毀滅，此為能量守 恆定律，即宇宙的總能 量守恆。崑山科大材料工程系 5
6.2 化學反應的能量變化
熱為使受體改變溫度的能量傳遞形式。
熱化學 是研究化學反應之反應熱的領域 。
系統 為化學反應中所要探討的特定部分，通常是指反應涉及的物質。外界是指系統以 外的部分。
系統有三種。
開放系統 可與外界交換質量及能量。
密閉系統 系統與外界只交換能量不能交換質量。
孤立系統 系統與外界的質量及能量均不能交換。
放熱程序 系統將熱能傳遞給外界 。
吸熱程序 由外界供應熱給系統 。崑山科大材料工程系 7
熱量傳遞
容器中水的三種系統
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氫氣飛船爆炸
放熱與吸熱
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6.3 熱力學簡介
熱力學(thermodynamics)是研究熱與各種能 量形式間轉換的一門科學。
能量、壓力、體積及溫度等性質為狀態函數。狀態函數是指變化量只跟初態和終態有關而 與進行的路徑無關。
熱力學第一定律
熱力學第一定律是基於能量守恆定律，其敘 述為能量可從一種形式轉變成另一種形式，但既不能創造亦不能毀滅。
ΔE ＝ E
f
－ Ei
ΔE
sys
+ ΔEsurr
= 0 ΔE ＝ q + wq：外界與系統的熱傳遞’＋’表吸熱, ’ －’表放 熱 w：外界對系統作功為正值，反之為負值。
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登山者重力位能的變化
功w ＝ F × d = – P × ΔV (功的單位為 L．atm )
氣體膨脹時， ΔV＞0, w＞0;
氣體壓縮時， ΔV＜0, w＜0。
熱內能的另一成份 q，和 w 一樣都不是狀態函 數。
功與熱
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符號的涵義
外界壓力與体積變化
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6.4 反應焓
Enthalpy
熱力學第一定律在定容及定壓下的應用 焓 定壓下的熱含量以H表示，定義為H = E＋PV
焓為外延性質，與數量有關，焓的絕對值 無法得到，只能得到焓變化，即ΔH。
反應焓為生成物的焓與反應物的焓之差：ΔH＝H(生成物)－H(反應物) ΔH＞0 吸熱程序；ΔH＜0 放熱程序。
系統的焓可定義為：H＝E＋PV (6.6)
E、P及V均為狀態函數，故H亦為狀態函數。任何程序焓變化可寫成 ：
ΔH ＝ ΔE ＋Δ(PV) (6.7) 在定壓下：
ΔH ＝ ΔE ＋ PΔV (6.8) 比較式(6.5)與(6.8) q
P
： qp
＝ΔH崑山科大材料工程系 21
熱化學方程式為在化學方程式中加上焓變 化表示，熱化學方程式的寫法規則如下：1.
化學計量係數相當於物質的莫耳數。2.
當反應以逆方向書寫，則須異號。3.
若將熱化學方程式乘以n倍，則 ΔH亦須同乘n 倍。4.
在書寫熱化學方程式時，必須指明物質的物理 狀態。熱化學方程式
吸熱及放熱
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鈉與水的反應
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氣體對外作功
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6.5 卡計法
物理或化學程序的熱變化可使用卡計測量，卡計法calorimetry為測量熱變化的方法。
比熱
使1 g的物質上升1℃所需的熱，單位是 J/g．℃
卡計法（續）
熱容量
使特定物質上升1℃所需的熱，單位是 J/℃。比 熱為內涵性質，熱容量為外延性質，兩者的關 係為C＝ms
熱變化
q ＝m s Δt ，q為正值，表示吸熱；若q為負值，表示放熱。
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常見物質的比熱
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定容卡計法
定容是指容器體積固定
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定壓卡計法
定壓卡計的裝置比定容卡計簡單，可測量非 燃燒反應的熱變化。
由於壓力維持固定，此程序的熱變化(q)等 於焓變化(ΔH) 。崑山科大材料工程系 35
定壓卡計
定壓下的典型反應熱
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6.6
標準生成焓與標準反應焓
習慣上以標準狀態下的元素之焓值為參考零 點。標準生成焓則定義為從1 atm下的組成 元素結合形成1 mol化合物的焓變化。
標準狀態是指1 atm，因此稱為標準焓，符 號的上標“o”
表示標準狀態，下標“f”
表示 生成反應。雖然標準狀態沒有指定溫度，但 通常是在25℃下的測量值 ，本書的 ΔHf o
都 是指25℃。崑山科大材料工程系 41
碳的同素異性體
第6章 熱化學
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標準反應焓ΔH的定義為在1 atm下進行的反應之焓變化
寫成通式：ΔH
o f
＝Σn(生成物)－Σm(反應物)m及n分別表示反應物與生成物的莫耳數，符號“Σ”表示總 和之意。 ΔH
o f
可從直接法或間接法獲得。
當化合物無法從組成元素合成時，使用間接 法計算ΔH。黑斯定律基於H為狀態函數，表示當反應物轉變成生成物時，不論是經單 一步驟或是多重步驟，其焓變化均相同 。
白磷在空氣中燃燒
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黑斯定律的應用
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6.7 溶解熱與稀釋熱
溶解熱或溶解焓ΔHsoln
為定量溶質溶於定量溶劑所 產生或吸收的熱量。ΔH
soln
= Hsoln
– Hcomponents
晶格能：將1 mol 固態離子化合物完全解離 氣態離子所需的能量。
水合熱：水合程序的焓變化。
稀釋熱：溶液加入更多的溶劑時，會釋出或 吸收熱量，此稀釋過程伴隨的熱變化
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NaCl溶解過程
