反應熱之測定（完整報告）

領取專用器材：

－2 個保麗龍杯、1 個杯蓋、1支滴管

－電子溫度計

－助理助教收發計時器

準備個人器材：

－400 mL 燒杯

－大量筒

排氣櫃中備有一壺熱水

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（2020/04/11修訂）

自製保麗龍杯卡計

測量:

1. 卡計熱容量（heat capacity，C）

2. 鹽酸-氫氧化鈉中和反應熱（強酸-強鹼反應）

3. 醋酸-氫氧化鈉中和反應熱（弱酸-強鹼反應）

4. 硝酸銨固體溶解熱（固體溶解反應）

5. 氧化鎂莫耳生成熱（赫斯定律應用）

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實驗目的

實驗原理－反應熱

H：定壓下的反應熱

放熱反應，H < 0（−）

吸熱反應，H > 0（+）

單位: kJ/mol，kcal/mol

數值：注意有效數字

例：-14 kcal/mol

+ 6.0 kcal/mol

H+(aq) + OH-(aq)

H2O(l)

H < 0 H

NH4+(aq) + NO3

-(aq)

NH4NO3(s) + H2O(l)

H > 0

H

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反應前

反應前

反應後

反應後

絕熱系統(卡計):反應前後沒有熱量進出

qsys= ΔH + q卡計= 0

ΔH = -q卡計

= -[卡計吸(放)熱 + 水溶液吸(放)熱]

= - [(C‧ΔT) + (m水溶液‧s水溶液‧ΔT)]

原理－反應熱測定

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實驗測得 實驗測得 以實驗體積換算 密度設為與水同

比熱設為 與水同

未知

原理－測定卡計熱容量(C)

定量溫水加入卡計內的定量冷水中

0 = q1(溫水放出熱量) + [q2(冷水吸收熱量)

+ q3(卡計吸收熱量)]

5 求得 C：卡計熱容量（cal/oC, J/oC）

0 = (m溫∙s∙T溫) + (m冷∙s∙T冷 + C卡計∙T冷)

其中 T = Tf - Ti

(m溫∙s∙T溫) = - (m冷∙s∙T冷 + C卡計∙T冷)

赫斯定律：反應熱具加成性

應用－求氧化鎂之莫耳生成熱

Mg(s) + ½ O2(g) → MgO(s) Hfo(MgO)

(1) Mg(s) + 2H+(aq) → Mg2+(aq) + H2(g) H1 (實驗)

(2) MgO(s) + 2H+(aq) → Mg2+(aq) + H2O(l) H2 (實驗)

(3) H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) Hfo(H2O) (查文獻)

原理－赫斯定律求Hfo(MgO)

Hfo(MgO) = H1 - H2 + Hf

o(H2O)

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實驗步驟1：卡計熱容量測定-1

50 mL冷水加入卡計中

3～5分鐘達平衡

測記溫度

* 量筒放置實驗桌內側，以免打破

* 自取講桌上乳膠滴管，用於微調量筒中液體體積，使用前須先清洗

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準備溫水（溫度比冷水高約10～15 oC）

燒杯中均勻混合熱水與冷水調成溫水 (勿於量筒中混合)

•溫水與量筒溫度平衡後測溫 •測溫棒前端感測處應位於溶

液中央位置 8

實驗步驟1：卡計熱容量測定-2

時間(s) 溫度(oC)

0 17.5

5 25.3

10 25.3

15 25.0

立即蓋好杯蓋

插回溫度計

手搖杯子混合

放熱過程

平衡速度快，3~5秒

最高溫為平衡溫度

溫水全部倒入卡計中

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* 卡計熱容量C：0~10 cal/oC

* 先完成計算交助教確認 !

實驗步驟1：卡計熱容量測定-3

時間 (s) 溫度 (oC)

0 17.9

5 22.3

10 23.6

15 23.7

20 23.6

步驟2：鹽酸-氫氧化鈉中和反應熱

• 量筒內：50 mL 1.0 M

NaOH，讀記平衡溫度

• 卡計內：50 mL 1.0 M

HCl ，讀記平衡溫度

迅速蓋好杯蓋

插回溫度計

手搖杯子混合

放熱反應

反應快速，3~5秒)

最高溫為平衡溫度

NaOH(aq)倒入卡計

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HCl(aq) NaOH(aq)

時間 (s) 溫度 (oC)

0 17.9

5 22.0

10 23.0

15 22.8

20 22.6

步驟3：醋酸-氫氧化鈉中和反應熱

• 量筒內：50 mL 1.0 M

NaOH，讀記平衡溫度

• 卡計內：50 mL 1.0 M

HOAc，讀記平衡溫度

蓋好杯蓋

插回溫度計

手搖杯子混合

放熱反應

反應快速，3~5秒

最高溫為平衡溫度

NaOH倒入卡計

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HOAc(aq) NaOH(aq)

步驟4：硝酸銨溶解熱

•天平稱重：4 g NH4NO3 ，秤記精確重量

•卡計內：50 mL 蒸餾水，讀記平衡溫度

迅速蓋好杯蓋

插回溫度計

手搖卡計使固體溶解

吸熱反應

每15秒讀記一次溫度

最低溫為平衡溫度

NH4NO3(s)

倒入卡計

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蒸餾水 NH4NO3(s)

• 硝酸銨量大，小心平放於摺疊之秤量紙中央或用乾的燒杯稱量

• 固態反應物，需充分搖勻使反應完全

( NH4NO3(s) ➝ NH4+(aq) + NO3

-(aq) )

…

…

時間 (s) 溫度 (oC)

0 17.0

15 16.9

30 15.7

45 13.3

60 15.0

75 13.2

90 12.5

105 11.2

120 12.7

步驟5：氧化鎂莫耳生成熱Hfo(MgO)

• 天秤稱重：0.2 g Mg，秤記精確重量

• 卡計內：置入100 mL 1.0 M

HCl，讀記平衡溫度

迅速蓋好杯蓋

插回溫度計

手搖卡計使固體溶解

放熱反應，每15秒紀錄一次溫度

最高溫為平衡溫度

可分別求得H1及H2

利用赫斯定律間接求出Hf

o(MgO)

Mg(s)

倒入卡計

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* 固態反應物，需充分搖混均勻使反應完全

* 秤量藥品需注意藥品標示及重量，勿混淆

• 天秤稱重：0.7 g MgO，秤記精確重量

• 卡計內：置入100 mL 1.0 M

HCl，讀記平衡溫度

MgO(s)

倒入卡計

實驗注意事項（完整報告）

可分別進行實驗(二) 、(三) 、(四) 、(五)，以錯開取藥、減少排隊時間

測溫時測溫棒前端須位於溶液的中央位置

實驗結束

廢液無須回收

計時器交還給助理助教

電子溫度計關機，與保麗龍杯及蓋點收於實驗桌

實驗紀錄需注意數值之有效數字及單位

實驗所有水溶液之密度與比熱均假設與水相同

計算須詳列算式，並遵循有效數字運算規則

莫耳反應熱需具正負號、單位與正確的有效數字

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數據計算

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* 結報處理需詳列算式並注意有效數字及正負號

測定卡計熱容量

(m冷水∙s∙ T + C卡計∙T) + (m熱水∙s∙ T) = 0

酸鹼中和熱

(m鹼∙s∙ T + m酸∙s∙ T + C卡計∙T) + (Q中和) = 0

硝酸銨溶解熱

(Q溶解) + (m水∙s∙ T + C卡計∙T) = 0

以上T = (反應後溫度 - 反應前溫度)

H = Q ÷ 限量試劑莫耳數 = ? cal/mol或kJ/mol