反应的热变化

本页逐步讲解 SPM化学中的反应的热变化：所需公式、需要注意的单位，以及三道示范例题。

何时使用

SPM化学 的热化学实验测量温度变化，并要你求出所涉及的热能。无论是中和、置换还是溶解，溶液放出或吸收的热都用同一方法求出。

公式与单位

Q = m x c x (theta)

• Q 是热变化，单位焦耳（J）。
• m 是溶液的质量，单位克（g）。由于稀溶液的密度接近 1 g cm⁻³，以克计的质量等于以 cm³ 计的体积。
• c 是比热容，取水的值 4.2 J g-1 °C-1。
• (theta) 是温度变化，单位摄氏度（°C）。

单位。 用 g 乘以 J g-1 °C-1 再乘以 °C 得到 J；除以 1000 得千焦（kJ）。

温度升高表示放热（放热反应）；温度下降表示吸热（吸热反应）。

例题一（简单）

100 cm³ 水被加热，温度升高 12 °C。求水吸收的热。

• m = 100 g（因为 100 cm³ 水的质量为 100 g）。
• Q = 100 x 4.2 x 12 = 5040 J = 5.04 kJ。

例题二（中等）

50 cm³ 酸与 50 cm³ 碱混合。混合物温度升高 6.8 °C。

求中和放出的热。

• 总体积 = 100 cm³，故 m = 100 g。
• Q = 100 x 4.2 x 6.8 = 2856 J = 2.856 kJ（放热）。

例题三（SPM 水平）

把过量锌粉加入 50 cm³ 硫酸铜(II) 溶液。温度从 28.5 °C 升到 40.2 °C。

求这个置换反应放出的热。

• (theta) = 40.2 - 28.5 = 11.7 °C。
• m = 50 g（溶液的质量，不是锌的质量）。
• Q = 50 x 4.2 x 11.7 = 2457 J = 2.457 kJ（放热）。

用哪个质量、哪个 c 值

最重要的决定是用哪个质量。你用被加热的溶液的质量，由它的体积与密度 1 g cm⁻³ 求出，而不是所加金属或固体的质量。

比热容总是取 4.2 J g-1 °C-1，即水的值，因为溶液大部分是水。这两个假设写在课程标准里，每一次计算都要用到；把它们弄对，正是方法分所在。

放热还是吸热？

温度变化的方向告诉你反应的类型，这常和数值一起被问到。若温度计读数升高，反应把热放给溶液，是放热的；若它下降，反应吸收热，是吸热的。

中和、燃烧与大多数置换反应是放热的，而某些盐（如硝酸铵）的溶解是吸热的。用文字说出类型、并以温度变化为证据，就能拿到伴随计算的那一分解释分。

正因如此，在实验开始与结束时仔细读取温度计，与计算本身同样重要。

常见陷阱

• 用了固体的质量。 热加热的是溶液；用溶液的质量，而不是锌或金属的质量。
• 忘了密度这一步。 相乘之前先用 1 g cm⁻³ 把 cm³ 换成 g。
• 要千焦时把 Q 留在焦耳。 除以 1000，并写出单位。
• (theta) 弄错。 它是终温与初温之差，总取为正的大小。

我们的老师会让学生在代入之前先把 m、c 与 (theta) 连同单位写出来，好让溶液的质量绝不会与固体的质量混淆，没有一道计算会丢掉它的容易分。