實驗四 反應熱的測定–計算[範例]

105 海大普化

實驗四 反應熱的測定–計算[範例]

1/共 4 頁

一、 說明

1. 正課課本[Brown]請參考 p.220-232 2. 計算原則：

A. 能量守恆：q 系統+ q 環境 = 0

B. 公式： q = m × S × ∆T m：質量 S：比熱

∆T：平衡後的溫度 – 初溫 3. 注意單位 卡與焦耳間的關係： 1 cal = 4.18 j

4. 以下範例皆未考慮到有效數字，請同學寫報告時再修正有效數字的問題。

二、 卡計的熱容量 heat capacity [實驗進行 3 重複，求平均值]

試驗 1 2 3

冷水體積 50

冷水溫度 19.2

熱水體積 50

熱水溫度 30

平衡溫度 24.3

卡計熱容量

卡計熱容量平均值

觀念 1：q 熱水 + q 冷水 + q 卡計 = 0 [能量守恆概念]

觀念 2：q = m × S × ∆T

計算

50(mL) x 1(g/mL) x 1 (cal/g‧℃)x (24.3-30)(℃) + 50 x 1 x 1 x (24.3-19.2) + Hc x (24.3-19.2) = 0

(-285) + (255) + Hc x 5.1 = 0 Hc = 5.88 cal/℃

q 熱水 q 冷水 q 卡計

105 海大普化

實驗四 反應熱的測定–計算[範例]

2/共 4 頁

三、 HCl-NaOH 中和熱 – 文獻值 -56.8 kJ/mol

HCl(aq) 濃度 1 M NaOH(aq) 濃度 1 M HCl(aq) 體積 50 mL NaOH (aq) 體積 50 mL HCl(aq) 初溫 20.6 ℃ NaOH (aq) 初溫 19.9 ℃

反應後平衡溫度 26.3 ℃ 熱量變化

莫耳中和熱

觀念 1：q 系統+ q 環境 = 0 中和熱HCl-NaOH + qHCl + qNaOH + q^卡計 = 0

觀念 2：1M HCl 與 1M NaOH 密度及比熱都假設為 1

觀念 3：莫耳中和熱 = 熱量變化 / 產物莫耳數 [ 請考慮限量試劑問題 ]

觀念 4：單位換算 q = msΔT 此時 q 單位是 cal 再計算到莫耳中和熱時，請換算成kJ 計算

1. 熱量變化

中和熱HCl-NaOH + 50x1x1x(26.3-20.6) + 50x1x1x(26.3-19.9) + 5.88x(26.3-20.6) = 0 中和熱 HCl-NaOH=-638.52cal

2. 莫耳中和熱 = _{1𝑀×(50×10}^−638.52_{−3 𝐿)} = -12770.4 cal/mol = -12.77 kcal/mol = -53.38 kJ/mol

3. 誤差率：^{|exp.−文獻值|}_文獻值 × 100%

四、 CH3COOH-NaOH 中和熱 – 文獻值 -56.47 kJ/mol 此部分計算同上。

q 系統 q 環境

105 海大普化

實驗四 反應熱的測定–計算[範例]

3/共 4 頁

五、 硝酸銨的溶解熱 – 文獻值 +27.17 kJ/mol

NH4NO3(s) 重量 4.01 g 水的體積 50 mL NH4NO3(s) 莫耳數 ^4.01

80 = 0.0501 水的初溫 21.0 ℃

反應後平衡溫度 15.3 ℃ 熱量變化

莫耳溶解熱

觀念 1：q 系統+ q 環境 = 0 q^溶解熱 + qNH4NO3 + q^水 + q^卡計 = 0

觀念 2：NH4NO3(s) 遇水後已溶解，所以沒有溫度變化。

觀念 3：莫耳中和熱 = 熱量變化 / 產物莫耳數

觀念 4：單位換算 q = msΔT 此時 q 單位是 cal 計算到莫耳中和熱時，請換算成kJ

計算

1. 熱量變化

溶解熱NH4NO3(s) + 0 + 50x1x1x(15.3-21.0) + 5.88x(15.3-21.0) = 0 溶解熱NH4NO3(s) = 318.52 cal

2. 莫耳溶解熱 = ^318.52_0.0501 = 6357.68 cal/mol = 6.358 kcal/mol = 26.58 kJ/mol

3. 誤差率：^{|exp.−文獻值|}_文獻值 × 100%

六、 CuSO4 – Zn 氧化還原反應 – 文獻值 -216.5 kJ/mol

試驗 1 2 3 4

Zn(s) 重量 0.2g 0.4g 0.8g 1.6g

Zn(s) 莫耳數

0.20M CuSO4(aq)體積 Cu²⁺ 莫耳數

CuSO4(aq) 初溫 反應後平衡溫度 溫度變化(ΔT) 熱量變化 莫耳反應熱

[ CuSO4、HCl 密度與比熱皆假設為 1 ]

觀念及計算方式同上，計算莫耳反應熱時，請特別注意限量試劑的莫耳數

q 系統 q 環境

105 海大普化

實驗四 反應熱的測定–計算[範例]

4/共 4 頁

七、 氧化鎂莫耳生成熱 – 文獻值 -601.5 kJ/mol

Mg(s) 重量 MgO(s) 重量

Mg(s) 莫耳數 MgO(s) 莫耳數

1.0 M HCl(aq) 初溫 1.0 M HCl(aq) 初溫

H⁺ 莫耳數 H⁺ 莫耳數

反應後平衡溫度 反應後平衡溫度

熱量變化 熱量變化

莫耳反應熱 ΔH1 莫耳反應熱 ΔH2

觀念：黑斯定律 Hess’s Law - 反應熱具有加成性

∆𝐻_𝑓⁰(𝑀𝑔𝑂) = ∆𝐻1 − ∆𝐻2 + ∆𝐻_𝑓⁰(𝐻₂𝑂)

∆𝐻_𝑓⁰(𝐻₂𝑂) = -285.8 kJ/mol

觀念及計算方式同上。[ HCl 密度與比熱皆假設為 1 ]

Mg(s) + 2H⁺(aq)  Mg²⁺(aq) + H2(g) △H1

MgO(s) + 2H⁺(aq)  Mg²⁺(aq) + H2O(l) △H2

H2(g) + 1/2O2(g)  H2O(l) △Hf0(H2O)

Mg(s) + 1/2O2(g)  MgO(s) △Hf0(MgO)