___ _ 第三章化學方程式與化學計量 3-1 化學式

(1)

基化一第三章化學方程式與化學計量

3-1

第三章化學方程式與化學計量

3-1 化學式

3-1.1 化學式的種類 一、實驗式

1. 定義：表示物質組成的

_____

化學式(又稱______)，

能表明物質中所含的原子種類和原子個數的

_______

2. 實驗式中各組成原子的原子量總和稱為_______，

例如葡萄糖分子中碳、氫、氧的原子數比為 1：2：1，實驗式為_______，式量為_____

3. 須以實驗式而不能以分子式表達之物質(高二會有更清楚說明)

類別物質 舉例

(1) ________ Al、Fe、Cu、Au、Na、Hg……

(2) ____________(____+_____) NaCl、KNO3、CuSO4……

(3) ____________ C（石墨、金剛石）、Si、SiO2（石英）、SiC、B (可記)

以上三類物質為由極大數目之原子或離子堆積而成的巨大結構，其組成無固定原子或離子個數，但 可確定原子或離子的個數比，因此只能以簡式表達。

(2)

3-2 二、分子式

1. 意義：能表明一個分子中所含的原子種類和原子的

﹍﹍﹍﹍﹍

^{之化學式。}

2. 以分子式表示之物質：一般為 ______+______ 的化合物或元素（_________除外）。

三、結構式

1. 將原子和原子間聯結以化學鍵「—」表示出來的化學式，稱為結構式，

例如水和甲烷(CH4)的結構式：

2. 結構式可否真實呈現分子的形狀？

3. 同分異構物：_________________________________________

例如：

名稱 分子式 結構式

二甲醚

乙醇

用分子式表達的物質，可稱分子。

1 個分子中的原子個數是可以被數得完的，不像金屬、離子化合 物或網狀固體這類物質可連續地連結原子。

H2O 是分子式?還是簡式?

H2O2是分子式?還是簡式?

C60是分子式?還是簡式?

什麼是化學鍵？

範例 1 辨認分子式或簡式【課堂講義】

下列哪些為簡式而非分子式？

(A) Cu (B) NaCl (C) SiO2 (D) HNO3 (E) C2H5OH

範例 2 辨認分子式或簡式【課堂講義】

下列各組物質的化學式，均以分子式表示的是：

(A) O2、HCl、CH4 (B) SiO2、CO、H2O2 (C) H2SO4、HBr、C2H5OH

(D) NaCl、NO、SO2 (E) He、Zn、C

(3)

3-3 四、示性式

1. 示性式：將結構式適當的簡化，把較具化學特性的原子或原子團表示出來，如：

－OH(稱為羥基 )、－COOH(稱為羧基 )、－NH2(稱為胺基 )… …等(高二基礎化學二第三章會 再詳提)，以此強調其化學性質之化學式稱為示性式。

2. 以乙醇及乙酸為例：

名稱 結構式 示性式

乙醇

乙酸

範例 3 辨認示性式【課堂講義】

下列何項物質的化學式是以示性式表示的？

(A)三聚氰胺 C3H6N6 (B)甲醛 HCHO (C)乙酸 CH3COOH (D)丙三醇 C3H8O3 (E)乙酸甲酯 CH3COOCH3

(4)

3-4 五、元素重量百分組成：

某元素在化合物中的重量百分組成 = =

例如葡萄糖中 C 的重量百分組成=

範例 4 元素重量百分組成【98 學測】

食品中的蛋白質含量，可由測定其氮元素的含量來間接推算。臺灣在 97 年 9 月間發生的「毒奶」

風波，係不肖廠商在奶粉中添加三聚氰胺（分子式：C3H6N6，分子量：126 g／mol），以造成蛋 白質含量較高的假象。假設正常奶粉中的蛋白質，其平均含氮量約 16.6％，則三聚氰胺的含氮量 約為正常奶粉中蛋白質平均含氮量的幾倍？

(A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 5 (E) 6

範例 5 元素重量百分組成【課堂講義類題 5】

在 C2H2 及 C6H6 兩種化合物中，下列各項敘述何者錯誤？

(A)重量百分組成相同 (B)分子式相同

(C)等重量時，兩者所含原子的總數相同

(D)等莫耳時，兩者重量比為 C2H2：C6H6＝1：3 (E)等莫耳時，分子數相等

(5)

3-5 3-1.2 實驗式求法★

一、燃燒分析法：適用於含_________的有機化合物。

實驗裝置圖：

求試樣實驗式

4. 由化合物的實驗式和分子量可求得該化合物的分子式。

步驟 舉例說明

(1) 先求出未知物的實驗式及式量 例如由燃燒分析法求出實驗式為 CH2 式量=14 (2) 求未知物的分子量 又另由一實驗求出該物質分子量為 84

(3) 分子量為式量的整數倍。

分子量 = 式量n

(4) 將實驗式乘以n即得分子式。

分子式 = （實驗式）n

分子式 = ________

(_________) 吸收______

增重 W1克

________

(_________) 吸收______

增重 W2克

→ →

→

功用：使未完全燃燒 的_________轉換 為_________

1. 求 C、H、O 質量：

C 重 W_C= H 重 W_H= O 重 W_O=

2. 求 C、H、O 莫耳數：

C mol

n

C= H mol

n

H= O mol

n

O=

3. 將 C、H、O 莫耳數化 為最簡整數比

n

^C：

n

^H^：

n

^O^{= a：b：c}

簡式=CaHbOc

W 克

範例 6 燃燒分析法【新化高中】

燃燒維生素C試樣2.2 mg，得到3.3 mg的CO2及0.9 mg的水，則：

(1)維生素C的實驗式為何？ C3H4O3

(2)已知維生素C的分子量為176，則維生素C的分子 式為何？ C6H8O6

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3-6 範例 7 求實驗式【中二中】

某有機化合物含C、H、N三元素，其中C、H重量比為4：1，又知其含氮之重量百分率為24％，則其實驗式 為。C3H9N

範例 8 燃燒分析法 + 亞佛加厥定律求分子量(蒸氣密度法) 【南一學習講義練習題】

已知某含有碳、氫等元素的化合物 0.78 克，完全燃燒得 2.64 克的 CO2及 0.54 克水。已知此化合 物的蒸氣密度為同狀況下氧氣密度之 2.44 倍。試求其實驗式及分子式各為何？

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3-7

3-2 化學方程式

平衡化學反應式★★★

1. 化學反應式應遵守_____________和_____________（補充）

2. 平衡係數的方法：①觀察法 ②觀察 x 代數法

①觀察法：以加熱二鉻酸銨反應產生氮氣、三氧化二鉻和水為例 步驟 1 列出反應物和產物

步驟 2 將組成較複雜的物質之係數定為 1 (NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + H2O 步驟 3 利用原子不滅，先平衡「箭號兩邊

只出現一次」的元素。

若有離子，用電荷守恆平衡電荷。

出現「元素態」的原子最後平衡。

1(NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + H2O 先平衡__、__

最後平衡__

(有出現元素態)

步驟 4 化為最簡整數比 (NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + H2O

步驟 5 標上物理狀態和反應條件 (NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + H2O 常被遺忘！

化學反應前後，各種原子的個 數前後相等

化學反應前後，___________ = ____________

EX. ___Cu + ___Ag⁺ → ___Cu²⁺ + ___Ag

範例 1 觀察法平衡係數

(1) K2Cr2O7＋ HCl ─→ Cl2＋ CrCl2＋ KCl＋ H2O

(2) CuFeS2＋ O2 ─→ Cu2S＋ Fe2O3＋ SO2 4 9 2 2 6

(3) C2H8N_2()＋ N2O_4() ─→ N2(g)＋ CO2(g)＋ H2O_()1 2 3 2 4

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3-8

②觀察 x 代數法：適用時機為：①觀察法看很久還解不出 ②較複雜的反應式且有出現電荷時 以 Al 遇強鹼產生氫氣、四氫氧化鋁為例： Al OH H O → Al OH H

步驟 1 列出反應物和產物 Al OH H O → Al OH H

步驟 2 先將組成較複雜物質之係數定為 1，並 先平衡可推得的係數。

Al OH H O → Al OH H

步驟 3 剩下未能推出的係數可開始設未知數 Al OH H O → Al OH H

步驟 4

利用原子不滅，列出方程式，

若有電荷，則亦須使用電荷守恆，

列出最後的方程式 最後解聯立方程式

(N 個未知數就需 N 個方程式才有解)

___原子不滅：

電荷守恆：

解得 a=___，b=___，c=___

步驟 5 將 a、b、c…代回，再化為最簡整數比 Al OH H O → Al OH H

範例 2 代數法平衡係數

(1) ClO3－＋ OH^－＋ MnO2 ─→ Cl^－＋ MnO42－＋ H2O

(2) Cu＋ HNO3 ─→ Cu(NO3)2＋ NO＋ H2O 3 8 3 2 4

(3) Cr2O72－＋ Fe^2＋＋ H^＋ ─→ Cr^3＋＋ Fe^3＋＋ H2O 1 6 14 2 6 7

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3-9

3-3 化學計量★★★

何謂化學計量？利用化學反應式的係數計算反應物和產物的數量

應用：利用化學計量，預估反應後產物可產生的最大量或是反應前初估至少需要多少反應物 3-3.1 化學方程式與量的關係

1. 係數比的意義

例如：16 克甲烷完全燃燒需多少 O2？產出多少 CO2、H2O？(25℃, 1 大氣壓)

係數比

CH

4( )

+ O

2( )

→ CO

2( )

+ H

2

O

( )

=_____________

=__________________

≠____________

3-3.2 限量試劑：

1. 限量試劑

(1) 定義：有兩種以上反應物時，__________的反應物。

(2) 限量試劑完全反應完後，所產出的產物(最大量)稱_________

(3) 找限量試劑：

化學計量這小節很重要！往後會一直用到，學測也必考。

多做題目一定可以幫助自己理解題意，並熟悉解題流程~

化學計量很像做菜，要 考慮，要做幾人份，準 備多少食材，最後食材 剩下多少等等。

例如要做一份蜂蜜捲捲需要一張捲捲皮、一片法式和 2 匙蜂蜜，若現有 5 張捲捲皮、4 片法 式和 10 匙蜂蜜，則那一食材會先被用完（即那一食材是限量）？最多可做出幾份捲捲（即理 論產量）？

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3-10 3. 化學計量的流程：★★★

例：葡萄糖 18 克和氧氣 96 克完全燃燒可產生多少升 CO2？多少克 H2O？(NTP 下) 步驟一：列出並平衡反應方程式和已知量

並分成三階段反應前、變化、反應後 步驟二：將已知物皆轉為莫耳數

步驟三：找出限量試劑(見前頁)

步驟四：根據係數比推算各物質莫耳數 (或氣體體積變化量比(同溫壓)) 步驟五：將莫耳數轉為題目欲求的單位

範例 1 化學計量【課本例題 3-6】

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）

範例 2 化學計量【課本例題 3-8】

若將 25.0 mL、0.400 M 的硝酸銀溶液，加入 50.0 mL、1.00 M 的氯化鈉溶液中，試計算：

(1) 最多能生成氯化銀的沉澱多少克？

(2) 反應後溶液中的硝酸根（NO3－）濃度為多少 M？（AgCl＝143.5）

化學計量【雄女】

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3-11 3. 產量百分率(或產率)：計算實際產量(需透過實驗)與理論產量的比例。

(1) 定義：

4. 原子使用效率：在方程式上，探討反應物有多少比例的質量可被轉換成目標產物上，

經濟考量上會希望原子使用效率越____越好，代表此製造方式越節省資源，較少浪費，符合「綠 色化學」的精神。

(1)定義：

例：以製造乙烯 C2H4為例:

產率和原子使用效率的類比：

蘋果派的食譜：1 個 0.5 公斤蘋果+0.5 公斤麵粉，可做 0.8 公斤蘋果派。在實際製作中，小天取了 5 公斤蘋果，10 公斤 麵粉，結果做出 6 公斤蘋果派，

其限量原料為蘋果，理論產量=8 公斤蘋果派，產率= 100% 75%

食譜上(理論上)，全部的食材為 1 公斤，但理論上只能做出蘋果派 0.8 公斤，則食材使用效率= _. ^. _. 100% 80%

範例 3 產率【南一課堂講義例題】

某生想製造一種酯類，並將 12 克的乙酸及 44 克的戊醇與少量的濃硫酸，置入燒瓶中共熱。實驗 完成後，得到具有香蕉油味道的乙酸戊酯 13.0 克，則產率為多少？

（原子量：C＝12，O＝16，H＝1.0）

(A) 20％ (B) 50％ (C) 33％ (D) 42％ (E) 60％

產率例題

【師大附中】

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3-12

範例4 原子使用效率【95指考】

甲基丙烯酸甲酯（CH2＝C(CH3)CO2CH3，分子量＝100）是製造壓克力的主要原料，以往的製程可 用下式表示：

CH3COCH3 ＋ HCN ＋ CH3OH ＋ H2SO4 ─→ CH2＝C(CH3)CO2CH3 ＋ NH4HSO4

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：

CH3C≡CH ＋ CH3OH ＋ CO ─→ CH2＝C(CH3)CO2CH3

新的製程沒有製造任何廢棄物，原子使用效率為100％。

試問使用第一種製程原子的使用效率為多少？（NH4HSO4 ＝ 115）

範例5 化學計量【南一課堂講義】

鎂銅合金 100 克，將其與足量的鹽酸作用，於 S.T.P. 下可收集得氫氣 11.2 升，則此合 金中含銅的百分率為多少％？（原子量：Mg＝24，Cu＝64）

(A) 88 (B) 64 (C) 32 (D) 24 (E) 12

範例6 化學計量【南一課堂講義】

某礦石中含有碳酸鈣與硫酸鈣，取礦石 5.6 g加熱，碳酸鈣會因熱分解（CaCO3(s) → CaO(s)

＋CO2(g)），硫酸鈣加熱不分解，若其中 CaCO3(s) 完全分解後，試樣固體剩重 3.4 g，則原 來礦石中 CaCO3(s)的重量百分率約為多少？

(A) 25％ (B) 57％ (C) 72％ (D) 89％ (E) 92％

(13)

3-13

3-4 化學反應中的能量變化

3-4.1 放熱反應與吸熱反應 1. 放熱與吸熱反應比較

放熱反應 吸熱反應

物質能量變化 __能量反應物 → __能量產物 __能量反應物 → __能量產物

熱能的流向 熱能從_______流向_______ 熱能從_______流向_______

例子 2 Mg(s)＋O2(g) →

2 MgO(s)＋1204 kJ

Ba(OH)2．8 H2O(s) ＋ 2 NH4Cl(s) ＋ 80.3 kJ

→ BaCl2(aq) ＋ 2 NH3(aq) ＋ 10 H2O(l)

3-4.2 熱化學方程式

1. 熱含量 = 焓 ( H )

(1) 定義：定溫定壓下，物質本身儲存的能量。

(2) 熱含量難直接實驗測得，但可以測得物質變化時的熱含量變化量，即反應熱(ΔH)。

2. 反應熱(ΔH)

(1) 定義：反應前後的熱含量變化ΔH = ________________________________

→ 在 25℃、1atm(熱力學的標準狀態)，稱為標準反應熱，以表示。

(現已改成 298.15 K，1 bar 下為標準狀態，但實際上還是會把25℃、1atm 稱為標準狀態) (K 為絕對溫標，1 atm=1.013 bar →可先不用記)

(2) 放熱與吸熱圖示比較

小心：氣體的標準狀態：___℃，___atm，和反應熱的標準狀態不同！

能量單位：J(焦耳)、kJ(千焦)、cal(卡)、kcal(千卡或大卡) 1 cal = 4.18 J

範例1 反應熱【南一課堂講義】

已知 A、B、C 及 D 等物質的莫耳熱含量分 別為 10 kJ、20 kJ、15 kJ 及 40 kJ。試問：2 A＋B ─→ 3 C＋D 之反應熱為何？

(14)

3-14 3. 熱化學反應式：標示出反應熱的化學反應式(係數即________)

吸熱反應(EX.電解 1mol 水需要 285.8kJ) 放熱反應(EX. 1 mol 氫氣燃燒) 表示法 1

表示法 2

4. 反應熱的相對大小：

相變化(~100 kJ/mol) < 化學變化(100~1000 kJ/mol) < 核反應(10⁶ kJ/mol 以上)

5. 測定反應熱：利用絕熱良好的_________進行測定。

反應室中所放(或吸)的熱 = 水所吸收(或放出)的熱 (+ _____________) 較精準的測定需考慮此項 水的吸、放熱可透過公式______________計算

範例3 反應熱比較【南一課堂講義】

下列各反應中，其釋放能量的大小順序

(甲) ²1 H＋³1 H → ⁴2 He＋¹0 n (乙) C2H5OH(g)＋3 O2(g) → 2 CO2(g)＋3 H2O(l)

(丙) H2O(l) → H2O(s) (丁) NaOH(aq)＋HCl(aq) → NaCl(aq)＋H2O(l)。

範例4 H=msΔT 【南一課堂講義】

有一暖暖包內含 100 毫升的水，暖暖包中另有一塑膠袋，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－82.8千焦／莫耳，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℃？（Ca 原子量＝40，Cl 原子量＝35.5）

(A) 36 (B) 51 (C) 76 (D) 91 範例2 熱含量變化圖【南一課堂講義】

有 X、Y、Z 三種化合物，其變化過程的熱化學反應式為：X → Y＋85 kJ；Y＋37 kJ → Z。

則 X、Y、Z 三者的能量與反應橫軸的關係圖，下列何項正確？

(A) (B) (C) (D)

(15)

3-15 5. 影響ΔH 的因素

(1) 莫耳數(即係數！) H2O(l) → H2(g) + 1/2 O2(g) ΔH= 285.8 kJ 2 H2O(l) → 2 H2(g) + 1 O2(g) ΔH=_________ kJ

(2) 狀態：____ > ____ > _____ (可用做圖比較不同物質狀態下的反應熱大小)

(3) 溫度和壓力

(4) 反應熱和催化劑或反應途徑無關！ 詳細見高二下化學 範例5 狀態與反應熱的大小【南一課堂講義】

C2H5OH(l)＋3 O2(g) → 2 CO2(g)＋3 H2O(l)＋Q1

C2H5OH(l)＋3 O2(g) → 2 CO2(g)＋3 H2O(g)＋Q2

C2H5OH(g)＋3 O2(g) → 2 CO2(g)＋3 H2O(l)＋Q3

C2H5OH(g)＋3 O2(g) → 2 CO2(g)＋3 H2O(g)＋Q4

其中 Q1、Q2、Q3、Q4 為熱量，則四者由大而小排列為何？

(16)

3-16 範例 6 生成熱的反應式【南一課本】

2015 年諾貝爾生理或醫學獎頒給三位對治療寄生蟲疾病有卓越貢獻的學者，其中中國的屠呦呦女 士從中國醫學古籍中獲得靈感，將青蒿植物在低溫條件下，以乙醚萃取出青蒿素（C15H22O5），如 圖 3-19，對瘧疾原蟲有很高的抑制率，拯救了無數感染瘧疾的患者。青蒿素為無色針狀晶體，其 莫耳生成熱為－7846 kJ，試寫出其莫耳生成熱的熱化學方程式

3-4.3 反應熱的分類★★★

1. 莫耳生成熱(Heat of formation, ΔHf)

① 定義：由____________________________時的能量變化。★

(若在 1 大氣壓，25℃下，又稱標準莫耳生成熱 ∆H^° 。)

例：1 莫耳 CO2的生成反應式：______________________ΔH= –393.5 kJ 1 莫耳 H2O 的生成反應式：______________________ΔH= –285.8 kJ

1 莫耳 C6H12O6的生成反應式：____________________________ΔH= –1260 kJ

② A. 在 1 大氣壓，25℃下_________的莫耳生成熱定為 0 ★ 例：1 大氣壓，25℃下，氮氣 N2(g)、氫氣 H2(g)、Cl2(g)等生成熱= 0

B. 若有同素異形體，則定存量最多或最穩定的同素異形體之莫耳生成熱為 0。

氧：O2 氧氣碳：鑽石硫：單斜硫磷：紅磷 O3 臭氧石墨斜方硫白磷 彈性硫

定義非常非常重要，要會自己念得出來！

Fe(l)的生成熱為零嗎？

元素化合生成 1 莫耳物質

範例 7 生成熱的反應式【南一課本】

已知 CS2(l)及 CS2(g) 的莫耳生成熱分別為 88 和 117 kJ／mol，試問 CS2(l) 的莫耳汽化熱（即 1 莫耳液 態的二氧化硫蒸發成氣體時所需要的熱量）為多少 kJ？請寫出其熱化學方程式。

(17)

3-17 2. 莫耳燃燒熱(Heat of combustion, ΔHc)

① 定義：___________________________________→ 燃燒熱必_______ ★

例 C + O2 → CO2 ΔH= –393.5 kJ → 碳的莫耳燃燒熱(亦是 CO2的_________) H2 + 1/2O2 → H2O ΔH= –285.8 kJ → 氫氣的莫耳燃燒熱(亦是 H2O 的_________) C + 1/2O2 → CO ΔH= –110 kJ → 非碳的莫耳燃燒熱，因為_____________！

但為 CO 的___________。

② 不能燃燒的物質，其燃燒熱定為_____

∴ ______、______、______的莫耳燃燒熱為 0。

(3) 莫耳中和熱定義：酸鹼中和後產生鹽類和 1 莫耳水所放出的熱量 例：HCl(aq)＋NaOH(aq) → NaCl(aq) ＋H2O(ll) ΔH＝－56.7 kJ

(4) 莫耳溶解熱定義：1 莫耳溶質完全溶解於溶劑中的能量變化 大部分固體溶解為___熱，少部分硫酸鹽類溶於水時___熱。

例 KNO3(S) H²O

──→ KNO³⁽^aq⁾ ΔH ＝ 34.8 kJ

N2(g) ＋ O2(g) ─→ 2 NO(g) ΔH=180.6 kJ/mol → 此為氮氣的莫耳燃燒熱嗎？

範例 10 燃燒熱與化學計量【南一課本】

人類喜歡甜食，賣家為了業績也投其所好，常添加 過多的醣類，因此稍為不慎即食入超過身體的負荷 量，有害健康，以可樂為例，一小罐可樂的糖含量 約等於10顆方糖。方糖成分為蔗糖（C12H22O11＝ 342），每莫耳的燃燒熱為－5646 kJ。假設每顆方 糖為5.00克，試問喝完一罐可樂，若單就蔗糖完全 燃燒形成二氧化碳和水，身體將吸收多少熱量？

範例 9 生成熱與燃燒熱的反應式【南一課本】

試寫出氫的莫耳燃燒熱及水的莫耳生成熱的相對應 熱化學方程式。

範例 8 生成熱與燃燒熱的反應式【南一課本】

試寫出C2H6的莫耳燃燒熱及莫耳生成熱的相對應熱 化學方程式。

1 莫耳物質與氧氣完全燃燒所放出的熱量。

(18)

3-18 3-4.3 赫斯定律與能量的關係

1. 反應熱的計算★★★

反應式 ΔH 例

係數 n 倍 C(s)+O2(g)→CO2(g) ΔH=－394 kJ

2C(s)+2O2(g)→2CO2(g) ΔH=________ kJ 逆寫(逆反應) CO2(g)→C(s)+O2(g) ΔH=_______ kJ

相加 (赫斯定律)

A → B ΔH1 = x kJ +) B → C ΔH2 = y kJ

2. 赫斯定律（或稱反應熱加成性定律）★★★

(1)內容：若一反應能以數個反應之代數和表示，則其反應熱亦為此數個反應熱之和，

即反應熱具有_____性。

(2)性質：反應熱與反應途徑無關！只與最初和最終狀態有關。

(3)應用：可用來推測不能或不易直接測得的反應熱。

實際實驗上，欲求碳燒成一氧化碳的反應熱並不容易，因為產生的一氧化碳很容易又和氧氣繼續 燃燒，直接變為二氧化碳。但我們可以利用 C(s)+O2(g)→CO2(g)和 CO(g)+1/2O2(g)→CO2(g) 兩個已知 的反應熱，透過赫斯定律求出 C(s)+1/2O2(g)→CO(g)的反應熱。

3. 反應熱的計算方式★★★

概念類似物理中的位移 x=1 → x=3

Δx1=2

x=1 → x=100 → x=3 Δx2=2

範例 11 赫斯定律

已知右圖中各反應之反應熱（ΔH），下列關係何者錯誤？

(A) A → D，ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3

(B) C → D，ΔH＝ΔH3

(C)ΔH1＋ΔH2 ＝ ΔH3＋ΔH4

(D) ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＝0

(19)

3-19 3. 求解反應熱的方法

法一：赫斯定律

法二：生成物生成熱和－反應物生成熱和 (____________) 法三：反應物燃燒熱和－生成物燃燒熱和 (____________) 以下將用赫斯定律推導出法二(情況一)和法三(情況三)

求葡萄糖經發酵變為酒精及二氧化碳的ΔH 為例 步驟 1 先列出目標反應式如右

步驟 2 [情況 1] 若給葡萄糖、乙醇和二氧化碳的莫耳生成熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3， 則先在他處列出其對應的已知生成熱反應式如下：

步驟 3 調整已知方程式的方向和係數，將方程式相加便可得目標反應式，而ΔH 也一起相加得目標

反應式及其目標反應熱。 _{調整方式：}

目標反應式中乙醇在產 物方(右方)且係數為 2。而乙醇的生成反應式

②中，乙醇卻在左方且 係數為 1。因此需將② 式逆寫，將乙醇換到右 方(ΔH2則要加負號)，

並將係數乘 2(ΔH2跟著 兩倍)。如此即完成調 整。

C6H12O6莫耳生成熱 ______________________________________①式 C2H5OH 莫耳生成熱 ______________________________________②式

CO2 莫耳生成熱 ______________________________________③式

範例 11 赫斯定律南一課本例題 3-13 已知 CH4(g)、CO2(g) 和 H2O(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 CH4(g) 燃燒生成 CO2(g) 和 H2O(l) 的 熱化學方程式並求出莫耳燃燒熱。

+) 預留一些空白 C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 ΔH=

調整方式調整後的熱化學反應式

①式_____

②式_____

+) ③式_____

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 ΔH =

ΔH = ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍

歸納：反應熱= ﹍﹍﹍﹍ _

ANS：－890.3 kJ

(20)

3-20 步驟 2 [情況 2] 若給葡萄糖和乙醇的莫耳燃燒熱分別為ΔH4、ΔH5

則先在他處列出其對應的燃燒反應式如下：

步驟 3 調整已知方程式的方向和係數，再相加，ΔH 也一起相加得目標反應式及其目標反應熱。

C6H12O6莫耳燃燒熱____________________________________④ C2H5OH 莫耳燃燒熱____________________________________⑤

範例 12 赫斯定律南一課本習題

鋁和二氧化錳反應可以製備錳金屬，其反應方程式如下：

4 Al(s)＋3 MnO2(s) ─→ 2 Al2O3(s) ＋3 Mn(s)

試根據下列二式求出上列反應的 ΔH 2 Al(s)＋ 3

2 O2(g) ─→ Al2O3(s) ΔH＝－1676 kJ Mn(s)＋O2(g) ─→ MnO2(s) ΔH＝－521 kJ

為何不列 CO2的燃燒熱？

範例 13 赫斯定律南一學習講義

在 25 ℃、1 atm 下，已知下列各熱化學方程式：

2 H2(g)＋O2(g) ─→ 2 H2O(l) ΔH＝－500 kJ C(s)＋2 H2(g) ─→ CH4(g) ΔH＝－100 kJ C(s)＋O2(g) ─→ CO2(g) ΔH＝－400 kJ 試求 CH4(g)＋2 O2(g) ─→ 2 H2O(l)＋CO2(g) 之反應熱？

調整方式調整後的熱化學反應式

④式_____

+) ⑤式_____

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 ΔH=

ΔH = ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍

歸納：反應熱= ﹍﹍﹍﹍ _

範例 12 赫斯定律 104 學測

一氧化碳和 Fe2O3的化學反應式如下：

3 CO(g)＋Fe2O3(s) ──→ 2 Fe(s)＋3 CO2(g)

試由下列三個反應式與赫斯定律，計算上述反應的 ΔH°（kJ）。

Ⅰ、3 Fe2O3(s)＋CO(g) ──→ 2 Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH˚＝－48.5 kJ

Ⅱ、Fe(s)＋CO2(g) －──→ FeO(s)＋CO(g) ΔH˚＝－11.0 kJ

Ⅲ、Fe3O4(s)＋CO(g) ──→ 3 FeO(s)＋CO2(g) ΔH˚＝22.0 kJ 下列哪一數值最接近計算的結果？

(A)10 (B)21 (C)42 (D)63 (E)84 ANS：B ANS：－800 kJ ANS：－1789 kJ

(21)

3-21 反應熱練習題

範例 12 赫斯定律 93 指考

在標準狀況下，已知 CO2之標準莫耳生成熱為－393.6 kJ，且已知：

3 C(s)＋2 Fe2O3(s) → 4 Fe(s)＋3 CO2(g)，ΔH＝463.6 kJ 試問：Fe2O3之標準莫耳生成熱應為多少？

(A) 70 kJ (B)－70 kJ (C)－822.2 kJ (D)－857.2 kJ (E)－1644.4 kJ ANS：C

範例 13 赫斯定律建國中學

在 1 atm、25℃時，H2(g) 及 C(s) 的莫耳燃燒熱分別為－285.5 kJ 及－393.3 kJ，而 C2H2(g) 的莫耳 分解熱為－226.7 kJ，則反應 2C2H2(g)＋5O2(g) → 4CO2(g)＋2H2O(g) 的反應熱為：

(A)－453.4 (B)－906.1 (C)2314.5 (D)－2597.6 kJ ANS：D

_______ _____ 第三章 化學方程式與化學計量 3-1 化學式