Chapter 1 物質的變化與化學反應式

本章目錄 1-1 構成物質的基石－原子及分子 1-2 化學反應式與化學計量 1-3 物質的狀態變化 1-1A 定比定律與道耳吞原子說 1-1B 分子及亞佛加厥定律 1-2 化學反應式與化學計量 1-2A 化學式 1-2B 化學反應式與化學計量 1-2C 化學反應與能量的關係 1-3 物質的狀態變化 1-3A 物質的三態變化 1-3B 相圖 1-3C 粒子的運動模型

1-1A 定比定律與道耳吞原子說 原子概念的演進 古代化學 近代化學 距今400多年前： 1785年： 德謨克利特(希臘哲學家)  提出原子(atom)概念 1785年： 拉瓦節(法國科學家)  質量守恆定律 1799年： 普勞斯特(法國科學家)  定比定律 1803年： 道耳吞(英國科學家)  倍比定律  原子說

1-1B 分子及亞佛加厥定律 分子概念的演進 1803年： 道耳吞(英國科學家) 1811年： 亞佛加厥(義大利科學家) 1808年：  原子說 1811年： 亞佛加厥(義大利科學家)  亞佛加厥定律(分子說) 矛盾 合理 1808年： 給呂薩克(法國科學家)  氣體化合體積定律

1-2 化學反應式與化學計量 純物質 寫法與平衡 化學式 化學反應式 化學計量 熱化學反應式 實驗式 分子式 結構式 示性式 元素重量百分比 元素 符號 反應物&生成物 化學式 化學反應式 化學計量 熱化學反應式 實驗式 分子式 結構式 示性式 元素重量百分比 燃燒分析法 定義、化學式求法

1-3 物質的狀態變化 溫度-時間 圖 加熱曲線圖 物質的狀態 三態變化 常見 溫度-壓力 圖 三 相 圖 模型 粒子運動模型

參考資料 http://library.hwai.edu.tw/science/content/1987/00120216/0003.htm，高溫超導體的基本性質，科學月刊(1987)

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質量守恆定律 定義： 物質發生化學變化時，反應前後的總質量相等 ＋ Na：0.46 g Cl2：0.71 g NaCl：1.17 g

例題1-1 依據質量守恆定律，計算理想狀況下，鈉(Na)與氯氣(Cl2)生成氯化鈉(NaCl)的質量，完成下列表格： (原子量 Na = 23，Cl = 35.5) 實驗 Na質量 Cl2質量 NaCl質量 殘留反應物&質量 1 0.230 g 0.355 g （a） （b） 2 0.455 g （c） （d） 3 0.510 g 0.710 g （e） （f） Ans：(a) 0.585 g (b) 無 (c) 0.585 g (d) Cl2 , 0.10 g (e) 1.170 g (f) Na , 0.05 g 1-1A

定比定律 定義： 說明：以水(H2O)為例 練習： Ans：質量比 C：H：O = 6：1：8 同一化合物中，各組成元素間的質量恆成固定比例 不論水的來源為何，其組成元素的質量比  H：O = 12：161 = 1：8 練習： 葡萄糖(C6H12O6)的組成元素質量比 C：H：O = ? Ans：質量比 C：H：O = 6：1：8 1-1A

倍比定律 定義： 說明：以氮氧化物(NOx)為例 兩元素生成兩種或兩種以上化合物時，若一種元素的質量固定，另一元素的質量比恆為簡單整數比 2×16 4×16 1×16 5×16 步驟3：O質量比 2 ： 4 ： 1 ： 5

例題1-2 下列何組物質可用來說明道耳吞的倍比定律？ (A) O2、O3 (B) 12C、13C (C) N2O、NO (D) CO、NO2 Ans：(C) 1-1A

原子說 (1) 所有物質均由極微小且不可再分割的粒子所組成，此粒子稱為原子 同一元素的原子  相同質量及化學性質 不同元素的原子  不同質量及化學性質 化合物是由整數個原子依簡單及固定的比例組合而成 化學反應中，原子不會被創造或消滅，只是重新排列組合 可解釋  質量守恆、定比、倍比 定律

原子說 (2) : 觀念修正 原子並非最微小粒子，可再分成質子、中子、電子 同位素  質量未必相同，例：1H、2H 、3H 同量素  原子未必相同，例： 14C、14N 同素異形體  性質未必相同，例： 金剛石、石墨 超導體  原子化合比例不一定是簡單整數比 例：釔鋇銅氧1-2-3化合物 (YBa2Cu3O7-x) ，x值可為小數或整數，且隨製備方式不同， x值亦不同 核反應/放射性蛻變  原子種類及數目改變 1-1A 1-1B

氣體化合體積定律 定義： 同溫同壓下，氣體間的反應，其消耗或生成的各種氣體體積恆成簡單整數比 氮氣 氫氣 氨氣  同溫同壓下，氮氣和氫氣反應生成氨氣，其體積比恆為1：3：2 1-1B

亞佛加厥定律(分子說) 定義： 同溫同壓下，相同體積的氣體含有相同數目的分子 分子由整數個相同或相異的原子構成，具有物質原有特性的最小單位 氣體：體積比 = 分子數比 = 莫耳數比 1N2(g) 3H2(g) 2NH3(g)  若氮氣為單原子組成，構成氨氣時變會形成半個氮原子，這嚴重違反原子說。實際上，氮氣與氫氣為雙原子分子，而氨氣則是1個N原子與3個H原子所組成

例題1-3 甲、乙、丙均為氣體，在同溫同壓下，2體積甲與1體積乙化合成2體積丙。若甲之化學式為A2，則乙之化學式可能為： (A) A2B (B) AB2 (C) A2B2 (D) A2B5 Ans：(C) 2甲+1乙2丙  2A2 + 1AxBy  2AmBn ∴ 4 + x = 2m，y = 2n 故x，y皆為偶數， (C)符合答案！ 1-1B 1-2

化學式(1)：實驗式(簡式) 定義： 實驗式表示：非分子結構物質 利用實驗求出物質的原子種類及最簡單整數比 金屬 離子化合物 共價網狀固體 分子結構/分子量 未定的物質  高分子聚合物

實驗式求法 ※ 式量 = MAm + MBn + MCp = 實驗式中原子量的總和 練習：實驗式CH2O的式量為多少？ ※以化合物 AmBnCp 為例  求最簡整數比 WA：元素A的重量， MA：元素A的原子量A%：元素A的重量百分比，於皆類推… m：n：p = ： ： WA MA A% = ： ： WB MB WC MC B% C% ※ 式量 = MAm + MBn + MCp = 實驗式中原子量的總和 練習：實驗式CH2O的式量為多少？ Ans：121 + 12 + 161 = 30

醋酸與葡萄糖的性質比較(1) 醋酸 葡萄糖 【N0：亞佛加厥常數= 6.02×1023】 實驗式(式量) CH2O (30) 原子化合比 重量百分比 C:40%, H:6.7%, O:53.3% 1 g的原子總數 (2/15)N0 分子式(分子量) C2H4O2 (60) C6H12O6 (180) 物性:熔點 16.5℃ 146℃(α-D-葡萄糖) 化性:酸鹼中和 可中和鹼性物質 無法中和鹼性物質 1 g的分子總數 (1/60)N0 (1/180)N0 【N0：亞佛加厥常數= 6.02×1023】

醋酸與葡萄糖的性質比較(2) 醋酸(CH3COOH)與葡萄糖(C6H12O6)為例： 實驗式皆為CH2O 相同處： 相異處： 實驗式，式量 原子化合比 元素重量百分比 等重時原子總數 相異處： 物性 化性 分子式，分子量 等重時分子總數 1-2

化學式(2)：分子式 定義： 分子式表示：分子化合物，依原子個數多寡可分為  分子量： 純物質一分子中所含原子種類及實際數目 分子是原子集合而成的集團，可各自分離、獨立存在 分子式表示：分子化合物，依原子個數多寡可分為  單原子分子：惰性氣體氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)… 雙原子分子：氮氣(N2)、氧氣(O2)、氫氣(H2)… 多原子分子：水(H2O)、葡萄糖(C6H12O6)… 分子量： 分子式中原子量的總和 分子量 = 式量n  分子式 = (實驗式)n 1-2

化學式(3)：結構式 定義： 結構式表示法： 分子中原子的種類、數目及原子間鍵結情況 以短線表示原子間鍵結，依數目多寡可分為： 單鍵：例如  CC (碳碳單鍵) 雙鍵：例如  CC (碳碳双鍵) 參鍵：例如  CC (碳碳叁鍵)

結構式：原子間排列情況，但並非真正立體結構，而是經過適度簡化，以甲烷(CH4)為例  3D立體結構 結構式

同分異構物 定義：化合物中分子式相同，結構式不同者，以丙醛及丙酮為例  丙醛 丙酮 分子式 結構式 立體結構 (分子模型) C3H6O 1-2

化學式(4)：示性式 定義： 示性式： 表示分子中原子的種類、數目及該分子所具有的特性結構 (根或官能基) 結構式的簡化  示性式 示性式大多用於有機化合物 根：帶有靜電荷的原子團，例：NO3－(硝酸根)、OH－(氫氧根)、NH4+(銨根)… 官能基：表現物質特性的原子或原子團，例：OH(羥基)、NH2(胺基)…

常見有機化合物及其官能基 直鏈烷 烯 炔 酸 酯 醚 酮 醛 醇 胺 中文 CnH2n+2 CnH2n CnH2n-2 RCOOH 示性式 CnH2n+2 CnH2n CnH2n-2 RCOOH RCOOR’ 醚 酮 醛 醇 胺 ROR’ RCOR’ RCHO ROH RNH2

例題1-4 乙醇與二甲醚為同分異構物，其分子式為C2H6O，試寫出：(1)結構式？ (2)示性式？ Ans： 乙醇 二甲醚 結構式 示性式 C2H5OH CH3OCH3 C H O C H O 1-2

元素重量百分比 亦稱為元素重量百分組成 化合物中各成分元素的重量百分比為定值 計算方法：以H2O為例  計算H2O分子量  H2O = 12 + 16 =18 H% = (2/18)  100% = 11.1% O% = (16/18)  100% = 88.9%

例題1-5 試求碳酸鈣(CaCO3)中，各原子的重量百分比，依此試求123克的碳酸鈣中，含鈣多少克？(原子量：Ca = 40、C = 12、O = 16) Ans： CaCO3 = 40 + 12 + 163 = 100 Ca% = (40/100)  100% = 40% C % = (12/100)  100% = 12% O % = (48/100)  100% = 48% 鈣重 = 123  40% = 49.2 克 1-2

燃燒分析法 (1) 定義： 實驗裝置示意圖： 將樣品置入火爐中燃燒，並收集產物，藉以分析化合物中所含各成分元素重量百分比的方法 氧化銅 多餘氧氣出口 氧氣 樣品 火爐 乾燥劑： Mg(ClO4)2 CaCl2 氫氧化鈉(NaOH) 依此示意圖，可測出化合物中碳(C)及氫(H)的含量

燃燒分析法 (2) 根據上述實驗裝置，以有機物CxHyOz為例 秤量m克CxHyOz 火爐 燃燒反應 碳的氧化物 水、氧氣 二氧化碳 置入 火爐 通入 O2 燃燒反應 生成 碳的氧化物 水、氧氣 通過 CuO 二氧化碳 水、氧氣 通過 乾燥劑 二氧化碳 氧氣 通過 NaOH 氧氣 排出 完全燃燒 吸收H2O 吸收CO2 推算 H2O中H重：n克 CO2中C重：p克 計算 O重：(m-n-p)克 原子 莫耳數比 求得 分子量 C : H : O 實驗式 分子式

化學式求法 

例題1-6 維他命C重1.000 g，內含C、H、O等元素，經過燃燒後產生1.500 g的CO2及0.405 g的H2O，試求出：(1)維他命C的實驗式？ (2)若其分子量為176 g/mol，求其分子式？ Ans： CO2中C% = 12/44， H2O中H% = 2/18 1.500 g CO2中C的重量：1.500  (12/44) = 0.409 g 0.405 g H2O中H的重量：0.405  (2/18) = 0.045 g O的重量：1.000  0.409  0.045 = 0.546 g 原子莫耳數比 C：H：O = (0.409/12) : (0.045/1) : (0.546/16) ≈ 3：4：3  實驗式：C3H4O3  式量：88 ∵176/88 = 2 = n  維他命C分子式：(C3H4O3)2 = C6H8O6 1-2

1-2B 化學反應式 定義： 特色： 根據實驗結果，以化學式及數字描述化學反應的式子 依據事實表示，不可臆測 遵守質量守恆定律 僅表示最初反應物及最終產物 無法計算反應速率快慢 無法得知反應物如何轉變成產物 相同反應物，不同反應條件  產物不同

化學反應式寫法 (1) 左邊：反應物 右邊：產物 中間以””連接兩邊 反應條件：如溫度、壓力、催化劑寫在””的上方或下方 物質狀態：以縮寫代號寫在化學式右下角 固態： (s) 液態： (l) 氣態： (g) 水溶液： (aq)

化學反應式寫法(2)：係數平衡 原理： 平衡方法： 原子不滅 電荷不滅 氧化數不滅 觀察法：以元素在方程式兩邊各出現1次，且數目不相等者先平衡之 代數法： 先以觀察法決定可平衡之元素係數 不能決定之元素係數，設未知數x、y、z… 依據上述3大原理，列出聯立方程式 解方程式，求出未知數

例題1-7 利用觀察法或代數法，平衡下列反應式？ CaCO3 + HCl  CaCl2 + CO2 + H2O N2H4 + N2O4  N2 + H2O Cu + HNO3(稀)  Cu(NO3)2 + NO + H2O Cu + HNO3(濃)  Cu(NO3)2 + NO2 + H2O Ans： CaCO3 + 2HCl  CaCl2 + CO2 + H2O 2N2H4 + N2O4  3N2 + 4H2O 3Cu + 8HNO3  3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Cu + 4HNO3  Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O 1-2

化學計量(1)：流程圖

化學計量(2)：莫耳數 莫耳數求法： 莫耳(mole) = W (g) ÷ M = 粒子數 ÷ N0 = V(g) (L) ÷ 22.4 【0℃,1atm】 = V(g) (L) ÷ 24.5 【25℃,1atm】 = CM (mol/L)  V(aq) (L) 其中 W：重量，M：分子量或原子量 N0： 6.021023，V(g)：氣體體積 CM：體積莫耳濃度，V(aq)：溶液體積

反應式係數/莫耳數 的關係式 係數比 = 莫耳數比 = 分子數比 = 氣體體積比 ≠ 質量比 ≠ 原子數比 化學反應式 1N2(g) + 3H2(g)  2NH3(g) 係數比 1 ： 3 ： 2 莫耳數比 分子數比 氣體體積比 質量比 14 ： 3 ： 17 原子數比 1 ： 3 ： 4

例題1-8 赤鐵礦(Fe2O3)是煉鐵的重要原料，當赤鐵礦在鼓風爐中和焦碳一起加熱時，會產生一系列反應，其中最主要的步驟是與CO反應生成Fe及CO2的反應。試問31.94 g的赤鐵礦，最多可以生成多少g的鐵(Fe)？(Fe2O3 = 159.7, Fe = 55.85) Ans： 依據題意，寫出正確化學反應式並均衡之 1Fe2O3(s) + 3CO(g)  2Fe(l) + 3CO2(g) 求出赤鐵礦(Fe2O3)的莫耳數 31.94  159.7 = 0.2 (mole) 按照Fe2O3與Fe的係數比，求出鐵的莫耳數 x 1：0.2 = 2：x  x = 0.4 (mole) 將鐵的莫耳數換算成重量 Fe重 = 0.4  55.85 = 22.34 (g)

例題1-9 若將25 mL、0.4 M的硝酸銀溶液，加入50 mL、1.0 M的氯化鈉溶液中，試計算最多能生成氯化銀的沈澱多少g？(AgCl = 143.5) Ans： 計算硝酸銀及氯化鈉的莫耳數 AgNO3莫耳數 = 0.4  (25/1000) = 0.01 (mole) NaCl莫耳數 = 1.0  (50/1000) = 0.05 (mole) 依題意寫出正確化學反應式，觀察物質間莫耳數的關係： AgNO3(aq) + NaCl(aq)  AgCl(s) + NaNO3(aq) 初始mole 0.01 0.05 0 0 反應mole -0.01 -0.01 +0.01 +0.01 剩餘mole 0 0.04 0.01 0.01 氯化銀沈澱的重量 AgCl重 = 0.01  143.5 = 1.435 (g)

化學計量(3)：限量試劑及產率 限量試劑： 產率： 化學反應中，最先被用盡的反應物 限量試劑將限制生成物的產量 如何判斷限量試劑？ 反應物莫耳數 係數 產率： 依據化學反應式，某生成物實際產量與理論產量的百分比值 公式：產率 = 理論產量：限量試劑完全反應後，依據化學反應式該生成物應產生的最大產量 【 】  最小者為限量試劑 實際產量  100% 理論產量

例題1-10 二氧化碳和水經光合作用能生成葡萄糖(C6H12O6)，若22 g的二氧化碳與36 g的水生成4.5 g的葡萄糖，試估算此反應的產率？(C6H12O6 = 180) Ans： 計算原有CO2及H2O的莫耳數 CO2莫耳數 = 22  44 = 0.50 (mole) H2O莫耳數 = 36  18 = 2.0 (mole) 寫出化學反應式，觀察反應物完全反應時物質間莫耳數的關係： 6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2 初始mole 0.50 2.0 0 0 反應mole -0.50 -0.50 +(0.506) +0.50 剩餘mole 0 1.50 (0.506) 0.50 葡萄糖的理論產量：180  (0.506) = 15 (g) 產率 = (4.5/15)  100% = 30%

例題1-11 利用奧士華法製備硝酸，需依序經過下列反應：(1) 1N2 + 3H2  2NH3 (2) 4NH3 + 5O2  4NO + 6H2O (3) 2NO + 1O2  2NO2 (4) 4NO2 + 2H2O + 1O2  4HNO3 假設第一步驟反應的產率為50%，第二~四步驟的產率分別為90%、95%、70%，試問56 g的氮氣能產出多少g的硝酸？(HNO3 = 63) Ans：N2莫耳數 = 56  28 = 2.0 (mole) 第一步驟生成NH3莫耳數 = 2.0   50% = 2.0 (mole) 第二步驟生成NO莫耳數 = 2.0   90% = 1.8 (mole) 第三步驟生成NO2莫耳數 = 1.8   95% = 1.7 (mole) 第四步驟生成HNO3莫耳數 = 1.7   70% = 1.2 (mole) HNO3重 = 1.2  63 = 75.6 (g) 2 (NH3) 1 (N2) 2 (NO2) 2 (NO) 4 (NO) 4 (NH3) 4 (HNO3) 4 (NO2) 1-2

熱化學反應式(1)：熱含量與反應熱 熱含量(焓)： 反應熱(H)： 定溫定壓下，物質生成時，儲存於其中的能量，以”H”表示之 熱含量會受溫度、壓力及相態的影響 反應熱(H)： 公式： H = ∑生成物熱含量  ∑反應物熱含量 H＞0  吸熱反應 H＜0  放熱反應

吸熱反應 定義： 反應物形成生成物時會向環境四周吸收熱量的反應 ∑生成物熱含量 ＞ ∑反應物熱含量  H＞0 Ba(OH)28H2O + 2NH4Cl  BaCl2 + 2NH3 + 10H2O H = +80.3 kJ 八水合氫氧化鋇和氯化銨的反應是吸熱反應，會使燒杯中的水溫降至0.06℃

放熱反應 定義： 反應物形成生成物時會釋出熱量的反應 ∑生成物熱含量 ＜ ∑反應物熱含量  H＜0 2Mg(s) + O2(g)  2MgO(s) H = 1204 kJ 鎂帶燃燒生成氧化鎂，會產生強光及釋放出熱量

熱化學反應式(2)：反應熱種類 莫耳生成熱： 莫耳分解熱： 莫耳燃燒熱： 莫耳解離熱： 25℃、1 atm下，1莫耳化合物由其最安定的成分元素化合時所吸收或放出的熱量 莫耳分解熱： 25℃、1 atm下， 1莫耳化合物分解為成分元素時所吸收或放出的熱量 莫耳燃燒熱： 25℃、1 atm下， 1莫耳純物質完全燃燒所釋放的熱量 莫耳解離熱： 25℃、1 atm下， 1莫耳氣態化合物分解成氣態原子所吸收的能量

莫耳生成熱 元素的莫耳生成熱 = 0 莫耳生成熱：H 可為  值 有同素異形體時，將其最穩定或最常見者設為0，例： 碳 (C)：石墨 = 0；鑽石 ≠ 0 硫 (S8)：斜方硫 = 0；單斜硫 ≠ 0 磷 (P4)：白磷 = 0；紅磷 ≠ 0 莫耳生成熱：H 可為  值 H2O(水)的莫耳生成熱 H2(g) + ½O2(g)  H2O(l) H = 285.8 kJ/mol C2H4(乙烯)的莫耳生成熱 2C(s) + 2H2(g)  C2H4(g) H = +52.3 kJ/mol

常見物質在25℃、1 atm下的莫耳生成熱 物質 生成熱(kJ/mol) 氫氣(H2(g)) 一氧化碳(CO(g)) -110.5 一氧化碳(CO(g)) -110.5 氮氣(N2(g)) 乙醇(C2H5OH(l)) -277.7 鈉(Na(s)) 乙烯(C2H4(g)) 52.3 石墨(C(s)) 葡萄糖(C6H12O6(s)) -1260 鑽石(C(s)) 1.9 氯化氫(HCl(g)) -92.3 斜方硫(S8(s)) 碳酸鎂(MgCO3(s)) -1095.8 單斜硫(S8(s)) 2.0 甲烷(CH4(g)) -74.8 乙炔(C2H2(g)) 226.7 一氧化氮(NO(g)) 90.2 氨(NH3(g)) -46.1 水蒸氣(H2O(g)) -241.8 二氧化碳(CO2(g)) -393.5 水(H2O(l)) -285.8

莫耳分解熱 同一化合物：莫耳生成熱與莫耳分解熱  等值異號 莫耳分解熱：H 亦為  值 H2O的莫耳生成熱 H2(g) + ½O2(g)  H2O(l) H = 285.8 kJ H2O的莫耳分解熱 H2O(l)  H2(g) + ½O2(g) H = +285.8 kJ 莫耳分解熱：H 亦為  值

莫耳燃燒熱 不能燃燒之純物質：莫耳燃燒熱 = 0，例： 莫耳燃燒熱：H＜0 (放熱反應) ，例： CO2、H2O、O2、NaCl… 莫耳燃燒熱：H＜0 (放熱反應) ，例： H2 的莫耳燃燒熱 H2(g) + ½O2(g)  H2O(l) H = 285.8 kJ 測定純物質的莫耳燃燒熱：必為完全燃燒，例： 何者是石墨的莫耳燃燒熱? C(s) + ½O2  CO(g)  (  ) ∵不完全燃燒 C(s) + O2  CO2(g)  (  ) ∵完全燃燒 純物質與O2反應： H＞0，並非燃燒熱，例： ½N2(g) + ½O2(g)  NO(g) H = +90.3 kJ  並非N2的莫耳燃燒熱

莫耳解離熱 莫耳解離熱：H＞0 (吸熱反應) ，例： 若為雙原子分子：解離能 = 鍵能 CH4 的莫耳解離熱 CH4(g)  C(g) + 4H(g) H = +1645.8 kJ 若為雙原子分子：解離能 = 鍵能 N2 的莫耳解離熱 N2(g)  2N(g) H = +942 kJ 【N2鍵能= N2解離能】

例題1-12 試寫出代表乙醇(C2H5OH)莫耳生成熱的反應式？(乙醇的莫耳生成熱 = 277.7 kJ/mol) Ans： 2C(s) + 3H2(g) + ½O2(g)  C2H5OH(l) H = 277.7 kJ 或 2C(s) + 3H2(g) + ½O2(g)  C2H5OH(l) + 277.7 kJ

例題1-13 葡萄糖在25℃、1 atm下的莫耳生成熱為1260 kJ，試寫出其相對應的熱化學方程式。若又生成360 g的葡萄糖，則需吸收或放出多少熱量？(分子量：C6H12O6 = 180) Ans： 6C(s) + 6H2(g) + 3O2(g)  C6H12O6(s) H = 1260 kJ 葡萄糖莫耳數：360  180 = 2 (mole) 生成1 mole葡萄糖放熱1260 kJ 生成2 mole葡萄糖：(1260)  2 = 2520 kJ (放熱2520 kJ)

熱化學反應式(3)：反應熱性質 特 性 說明 舉例 1 反應熱與物質狀態有關  狀態不同、反應熱亦不同 H2(g)+ ½O2(g) H2O(l) H = -285.8 kJ H2(g)+ ½O2(g) H2O(g) H = -241.8 kJ 2 反應熱  反應物莫耳數 2H2(g)+O2(g)2H2O(l) H = (-285.8)  2 = -571.6 kJ 3 逆反應時，反應熱等值異號 H2O(l)H2(g)+ ½O2(g) H = +285.8 kJ 4 赫士定律 (反應熱加成性定律) 以CO的生成熱為例

赫士定律(Hess’s Law) -反應熱加成性定律 內容： 若一反應能由數個其他反應的代數和表示時，其反應熱亦等於數個相對應方程式反應熱的代數和  反應熱具有加成性 若反應的起始狀態和最終狀態相同，不管反應途徑是否相同，其反應熱均相同  反應熱與始末狀態有關；與反應途徑無關 公式： H = ∑生成物生成熱  ∑反應物生成熱 = ∑反應物燃燒熱  ∑生成物燃燒熱 = ∑反應物鍵能  ∑生成物鍵能

赫士定律應用：以CO為例 2C(s)+ O2(g)  2CO(g) H1 ? 2C(s)+ O2(g)  2CO(g) H1 2CO(g)+ O2(g)  2CO2(g) H2 = -566.0 kJ 2C(s) + 2O2(g)  2CO2(g) H3 = -787.0 kJ H3 = H1 + H2  H1 = (-787.0)  (-566.0) = -221.0 kJ +

例題1-14 已知葡萄糖(C6H12O6)、乙醇(C2H5OH)及二氧化碳的莫耳生成熱分別為-1260 kJ、-277.7 kJ、-393.5 kJ，試求出下列反應式的H：C6H12O6(s)  2C2H5OH(l) + 2CO2(g) Ans： C6H12O6(s)  6C(s) + 6H2(g) + 3O2(g) H = 1260 kJ 4C(s) + 6H2(g) + O2(g)  2C2H5OH(l) H = -277.72 kJ 2C(s) + 2O2(g)  2CO2(g) H = -393.52 kJ C6H12O6(s)  2C2H5OH(l) + 2CO2(g) H = -82.4 kJ + 1-2 1-3

1-3A 物質的三態 固態：鈉粒 液態：水 氣態：氯氣

水的加熱曲線圖 溫度-加熱時間變化圖：1 atm下 -20~0℃：溫度，固態冰  可求冰的比熱(S冰) 0℃(熔點)：溫度，冰水共存  相變：冰的莫耳熔解熱，例：H2O(s)H2O(l) H=6.01 kJ 0~100℃：溫度，液態水  可求水的比熱(S水) 100℃(沸點)：溫度 ，水氣共存  相變：水的莫耳汽化熱，例： H2O(l)H2O(g) H=40.7 kJ ＞100℃：溫度，氣態水蒸氣  固定熱源下，水的加熱曲線圖

例題1-15 右表為一些純物質在1 atm下的熔點及沸點，試問哪幾種在常溫、常壓下為液體？ 物質 熔點(℃) 沸點(℃) Ans： 氖氣 -249 -246 二硫化碳 -110 46.2 氯仿 -64 62 水 100 冰醋酸 17 118 汞 -39 357 鈉 98 883 鎢 3410 5660 氯化鈉 801 1413 二氧化矽 1610 2230 鑽石 3550 4827 Ans： 二硫化碳、氯仿、水、冰醋酸以及汞為液體 1-3

1-3B 三相圖：水、銻、鉍、生鐵  以水為例 依據H2O的三相圖可分成： BDE左邊：固態區(冰) CDE右邊：氣態區(水蒸氣) 中間區域：液態區(水) 1 atm下： B點：正常熔點 0℃ C點：正常沸點 100℃ BD：固液共存 (冰水共存) CD：液氣共存 (水氣共存) DE：固氣共存 (冰氣共存) 壓力：熔點，沸點 固態熔化：體積，密度 D點：三相點，水的三態共存  0.006 atm，0.0098℃  水的三相圖：不同溫度及壓力下，水的狀態會有不同變化

1-3B 三相圖：一般物質以CO2為例 從CO2的三相圖： 三相點：5.1 atm，-56.6℃ 壓力：熔點，沸點 固態熔化：體積，密度 1-3

1-3C 粒子運動模型 依據左圖，當兩態產生相變時： 何種過程是吸熱反應？ 何種過程是放熱反應？ 固態 液態 氣態 熔化 凝固 汽化 凝結 凝華 昇華 Ans： 吸熱反應：熔化、汽化、昇華 放熱反應：凝固、凝結、凝華

常壓下，固態碘在室溫時，可直接由固體受熱昇華形成氣體 水在三相點時，三態共存的情形

例題1-16 下列敘述分別屬於哪種相態轉移？ (1) 樟腦丸逐漸變小，終至消失。 (2) 高山下雨，落在鐵皮上，變成薄冰。 (3) 加熱蠟燭上的蠟變成蠟油。 (4) 鎢絲燈泡的內層沉積一層黑色的鎢粉。 (5) 酒精滴在皮膚後逐漸消失。 Ans： (1) 固態氣態 (2) 液態固態 (3) 固態液態 (4) 固態氣態固態 (5) 液態氣態

一般物質三態變化的特性 形態 固態 液態 氣態 體積 固定  形狀 粒子移動 振動/轉動 振動/轉動/移動 位能 小  大 密度 小  大 密度 大  小 可壓縮性 熱膨脹性 粒子間距離 粒子間引力 1-3