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第6章 熱化學 化學
任課教師:顏明賢
第六章
熱化學
崑山科大材料工程系
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 2
本章內容
6.1 能量的本質與形態
6.2 化學反應的能量變化
6.3 熱力學簡介
6.4 反應焓
6.5 卡計法
6.6 標準生成焓與標準反應焓
6.7 溶解熱與稀釋熱
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 3
6.1 能量的本質與形態
能量看不到、摸不到且沒有重量,能量有許多種不同的形式 ,敍述如下:
功在化學上的定義為可使受體改變位置的能量傳遞方式。
輻射能為電磁輻射的能量。
熱能為原子或分子無規運動的能量與溫度有關,原子或 分子運動愈劇烈,則物質的溫度愈高熱能愈大。
化學能為物質貯存在化學結構上的能量 。
位能 是物質在不同位置上所具有的能量 。
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 4
能量守恆
所有形式的能量都可以
互相轉換,但總量維持
不變,能量不能創造亦
不能毀滅,此為能量守
恆定律,即宇宙的總能
量守恆。
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 5
6.2 化學反應的能量變化
熱為使受體改變溫度的能量傳遞形式。
熱化學 是研究化學反應之反應熱的領域 。
系統 為化學反應中所要探討的特定部分,
通常是指反應涉及的物質。外界是指系統以
外的部分。
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 6
系統有三種。
開放系統 可與外界交換質量及能量。
密閉系統 系統與外界只交換能量不能交換質量。
孤立系統 系統與外界的質量及能量均不能交換。
放熱程序 系統將熱能傳遞給外界 。
吸熱程序 由外界供應熱給系統 。
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 7
熱量傳遞
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 8
容器中水的三種系統
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 9
氫氣飛船爆炸
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 10
放熱與吸熱
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 11
6.3 熱力學簡介
熱力學(thermodynamics)是研究熱與各種能
量形式間轉換的一門科學。
能量、壓力、體積及溫度等性質為狀態函數。
狀態函數是指變化量只跟初態和終態有關而
與進行的路徑無關。
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 12
熱力學第一定律
熱力學第一定律是基於能量守恆定律,其敘
述為能量可從一種形式轉變成另一種形式,
但既不能創造亦不能毀滅。
ΔE = E f - Ei
ΔE sys + ΔEsurr = 0
ΔE = q + w
q:外界與系統的熱傳遞’+’表吸熱, ’ -’表放
熱 w:外界對系統作功為正值,反之為負值。
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 13
登山者重力位能的變化
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 14
功
w = F × d = – P × ΔV (功的單位為 L.atm )
氣體膨脹時, ΔV>0, w>0;
氣體壓縮時, ΔV<0, w<0。
熱
內能的另一成份 q,和 w 一樣都不是狀態函
數。
功與熱
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 15
符號的涵義
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 16
外界壓力與体積變化
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 17
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 18
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 19
6.4 反應焓Enthalpy
熱力學第一定律在定容及定壓下的應用
焓 定壓下的熱含量以H表示,定義為
H = E+PV
焓為外延性質,與數量有關,焓的絕對值無法得到,只能得到焓變化,即ΔH。
反應焓為生成物的焓與反應物的焓之差:
ΔH=H(生成物)-H(反應物)
ΔH>0 吸熱程序;ΔH<0 放熱程序。
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 20
系統的焓可定義為:
H=E+PV (6.6)
E、P及V均為狀態函數,故H亦為狀態函數。任何程序焓變化可寫成 :
ΔH = ΔE +Δ(PV) (6.7)
在定壓下:
ΔH = ΔE + PΔV (6.8)
比較式(6.5)與(6.8) qP : qp =ΔH
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 21
熱化學方程式為在化學方程式中加上焓變
化表示,熱化學方程式的寫法規則如下:
1. 化學計量係數相當於物質的莫耳數。
2. 當反應以逆方向書寫,則須異號。
3. 若將熱化學方程式乘以n倍,則 ΔH亦須同乘n
倍。
4. 在書寫熱化學方程式時,必須指明物質的物理
狀態。
熱化學方程式
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 22
吸熱及放熱
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 23
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 24
鈉與水的反應
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 25
氣體對外作功
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 26
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 27
6.5 卡計法
物理或化學程序的熱變化可使用卡計測量,
卡計法calorimetry為測量熱變化的方法。
比熱
使1 g的物質上升1℃所需的熱,單位是 J/g.℃
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系
28
卡計法(續)
熱容量
使特定物質上升1℃所需的熱,單位是 J/℃。比
熱為內涵性質,熱容量為外延性質,兩者的關
係為
C=ms
熱變化
q =m s Δt ,q為正值,表示吸熱;若q為負值,
表示放熱。
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 29
常見物質的比熱
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 30
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 31
定容卡計法
定容是指容器體積固定
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 32
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 33
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 34
定壓卡計法
定壓卡計的裝置比定容卡計簡單,可測量非
燃燒反應的熱變化。
由於壓力維持固定,此程序的熱變化(q)等
於焓變化(ΔH) 。
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 35
定壓卡計
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 36
定壓下的典型反應熱
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 37
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 38
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 39
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 40
6.6 標準生成焓與標準反應焓
習慣上以標準狀態下的元素之焓值為參考零
點。標準生成焓則定義為從1 atm下的組成
元素結合形成1 mol化合物的焓變化。
標準狀態是指1 atm,因此稱為標準焓,符
號的上標“o”表示標準狀態,下標“f”表示
生成反應。雖然標準狀態沒有指定溫度,但
通常是在25℃下的測量值 ,本書的 ΔHf o都
是指25℃。
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 41
碳的同素異性體
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崑山科大材料工程系 42
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 43
標準反應焓ΔH的定義為在1
atm下進行的反應之焓變化
寫成通式:
ΔHof =Σn(生成物)-Σm(反應物)
m及n分別表示反應物與生成物的莫耳數,符號“Σ”表示總
和之意。 ΔHof可從直接法或間接法獲得。
當化合物無法從組成元素合成時,使用間接
法計算ΔH。黑斯定律基於H為狀態函數,
表示當反應物轉變成生成物時,不論是經單
一步驟或是多重步驟,其焓變化均相同 。
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 44
白磷在空氣中燃燒
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 45
黑斯定律的應用
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崑山科大材料工程系 47
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第6章 熱化學
崑山科大材料工程系 48
6.7 溶解熱與稀釋熱
溶解熱或溶解焓ΔHsoln 為定量溶質溶於定量溶劑所
產生或吸收的熱量。
ΔHsoln= Hsoln – Hcomponents
晶格能:將1 mol 固態離子化合物完全解離
氣態離子所需的能量。
水合熱:水合程序的焓變化。
稀釋熱:溶液加入更多的溶劑時,會釋出或
吸收熱量,此稀釋過程伴隨的熱變化
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NaCl溶解過程
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第6章 熱化學
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