反应热测定.PDF

反應熱測定 反應熱測定 目的 利用簡單的溶液卡計測定酸鹼中和的反應熱 原理 物質間的變化，包括物理變化，化學變化，和核反應通常都伴隨著能 量的變化。化學反應根據其能量的變化可區分為吸熱 (endothermic)反應與 放熱(exothermic)反應兩種。如果一個化學反應必需自外界吸收熱量才能使 得生成物達到與反應起始時相同的溫度，則此一反應稱為吸熱反應。若一 吸熱反應沒有從外界吸收足夠的熱量，則最後生成物的溫度會較反應物的 起始溫度為低。如果一個化學反應必需釋放出熱量才能使得生成物達到與 反應起始時相同的溫度，則此一反應稱為放熱反應。若一放熱反應的熱量 沒有完全釋出，則最後生成物的溫度會高於反應物起始的溫度。例如在 25 ℃和標準壓力(1 bar)下一莫耳的氫氣和零點五莫耳的氧氣反應生成水 : 1 H2(g) + O2(g) → H2O ，如果最後的生成物是25℃的液態水則在整個反應 2 過程中反應系統會釋放出 285.83 kJ(仟焦耳的熱量，若在整個反應過程中) 反應系統沒有釋放出熱量則最後的生成物將會是 2800℃的水蒸汽。上述有 相同的起始和最終溫度的化學反應稱為等溫反應 ( 等溫所指的是反應有相 同的起始和最終溫度，但是在反應的過程中不一定保持恆溫 ) ；沒有釋放出 熱量的化學反應過程稱為絕熱反應，而通常反應熱所指的是等溫反應所吸 收或釋放的熱量。 焓為熱力學上一個與熱有關的物理量或稱為熱含量( , enthalpy,簡寫 符號為 H) 。焓可以解釋為物質在一定的壓力下對外界釋放出熱量的能力。 例如在標準壓力下，一莫耳 2800℃的水蒸汽和 25℃的一莫耳氫氣加上零 點五莫耳氧氣有相同的焓，而兩者的焓都較一莫耳 25℃的液態水的焓高出 285.83 kJ 。就像一定量的某種物質在一定的狀態下會有一定大小的體積一 樣，一定量的某種物質在一定的狀態下也會有一定量的焓。但是焓的數量 不能像體積一樣可以直接由實驗測定，只有在物質產生變化時其焓的變化 值才能由實驗測定。對於一個在等壓下進行的化學反應其焓的變化值等於 此反應系統所吸收或釋放的熱量。因為大部份的化學反應是在一定的大氣 壓力下進行，所以反應熱又稱為反應焓 簡寫符號為( ∆H 或 ∆H) 。根據慣例 rxn 吸熱時我們將熱量定義為正值而放熱時則將熱量定義為負值，所以對於在 等壓下進行的等溫化學反應，∆Hrxn0 為吸熱，∆Hrxn0 為放熱。若將一化 學平衡方程式與其反應焓並列，兩者合稱為一熱化學方程式 (thermochemical equation) ，例如 普通化學實驗 2 H (g) + O (g) → 2 H O(l) ∆H = −571.66 kJ 2 2 2 rxn,298.15 測定反應熱可以使用卡計 (calorimeter) 。卡計的外圍為一絕熱容器，容 器內裝有大量的水，稱為水浴 (water bath) 。反應物通常裝在浸置於水浴內 的一個較小的導熱容器內。有時反應也可以直接在水浴內進行，例如本實 驗的酸鹼中和反應。卡計通常用來測定放熱反應的反應熱。對於放熱反 應，由於整個卡計為一絕熱系統，所以在反應後其內部溫度會上昇。