實驗六 反應熱的測定
一. 實驗目的 使用自製的卡計，測量酸鹼中和、固體溶解及氧化還原過程中熱量變化；並應用黑斯定律，測定氧化鎂之莫耳生成熱。
二. 實驗原理 (一) 反應熱的測定 化學反應通常伴隨著能量的改變，如果反 應在常壓下進行，則能量的變化稱為反應熱 (一) 反應熱的測定 化學反應通常伴隨著能量的改變，如果反 應在常壓下進行，則能量的變化稱為反應熱 (heat of formation)，以ΔH表示。若將反應在 絕熱的環境下進行，就可以藉著測量溫度的 變化而計算反應放出或吸收的熱量。 在本實驗中，利用簡單的“卡計”，來測量 反應的熱量變化。由於在反應過程中，卡計 本身也會吸收反應所產生的熱量；因此，首 先必須測量出卡計的熱容量 (heat capacity)。
T1：卡計與 x mL 冷水達到平衡的溫度 T2：y mL 熱水的溫度 Tf：冷水與熱水混合後的平衡溫度 H1：熱水放出的熱量 = (T2 – Tf)ºC · y mL · 1 g/mL · 1 cal/g·ºC H2：冷水吸收的熱量 = (Tf – T1)ºC · x mL · 1 g/mL · 1 cal/g·ºC H3：卡計吸收的熱量 = (Tf – T1)ºC · 卡計熱容量 cal/g·ºC H1 = H2 + H3 ΔH = ΔT · (卡計的熱容量 + 內容物的熱容量)
(二) 黑斯定律之應用－氧化鎂之莫耳生成熱 化學反應之反應熱具有加成性，也就是當 一個化學反應方程式能以兩個（或多個）其他 反應方程式的代數和表示時，其反應熱為此兩 個(或多個)反應熱的代數和，稱為黑斯定律。 在本實驗中，測量鎂與氧化鎂分別與酸反 應之反應熱，反應方程式如式 6-1 與式 6-2， 並利用水的莫耳生成熱為 -285.8 kJ/mol ( -68.4 kcal/mol ) 及黑斯定律，可求得氧化鎂的莫耳 生成熱（式 6-4）。
莫耳生成熱：25 ℃、1 atm下，1莫耳化合物由 其成份元素化合而成之熱量變化。 Mg(s) + 2H+(aq) Mg2+(aq) + H2(g) ΔH1 (6-1) MgO(s) + 2H+(aq) Mg2+(aq) + H2O(l) ΔH2 (6-2) H2(g) + ½O2(g) H2O(l) ΔHf0(H2O) (6-3) Mg(s) + ½O2(g) MgO(s) ΔHf0(MgO) (6-4)
三. 儀器與材料 保利龍杯 (250 mL、2個) 杯蓋 (1個) 電子數字型溫度計 燒杯 (400 mL) 量筒 (100 mL)
四. 藥品 1.0 M 氫氧化鈉 ( NaOH ) 1.0 M 鹽酸 ( HCl ) 1.0 M 醋酸 ( CH3COOH ) 0.2 M 硫酸銅 ( CuSO4 ) 硝酸銨 ( NH4NO3 ) 鋅粉 ( Zn ) 氧化鎂 ( MgO ) 鎂片 ( Mg )
五. 裝置圖
六. 注意事項 鎂片與鹽酸反應時會產生氫氣，操作時 請小心。 實驗後反應之廢液請倒入特定廢液回收 桶，不可隨意倒入水槽。