"吸熱與放熱反應" 修訂間的差異

於 2020年3月2日 (一) 08:33 的最新修訂

原始設計者:彰師大

同樣是溶解於水的反應，有些溶解反應讓水溫下降，有些則讓水溫上升。

1.現象說明

將檸檬酸溶解於水中，我們發現溶液的溫度明顯下降。相反地，將二氯化鈣溶解於水中，溶液的溫度則明顯上升。

2.探究問題

某些固體溶解於水中，溶液溫度下降，是吸熱反應。相反地，某些固體溶解於水中，溶液溫度上升，是放熱反應。藉著兩種反應，我們將探討分子的能量形式，以及能量在分子之間的變換。

3.實作項目

3.1 檸檬酸溶解於水: 將約四分之一燒杯的檸檬酸溶於水中，以手指接觸水溶液，水溶液的溫度有何變化?
3.2 克潮靈溶解於水: 將約四分之一燒杯的克潮靈溶於水中，以手指接觸燒杯，水溶液的溫度有何變化?
3.3 觀看所附的分子動力學影片，水分子吸收能量而蒸發，其中影片中每秒顯示的運動約發在一皮秒(10-12 秒) 。

https://www.youtube.com/watch?v=IGEP-u1PNX0

4.分析與結論

4.1 檸檬酸溶解於水: 檸檬酸的分子式為 C6H8O7 ，結構為

4.1.1 檸檬酸分子溶解於水後，最多可能會釋放三個質子，你能看出是哪三個嗎?
4.1.2 檸檬酸分子溶解於水後，水溶液溫度下降，這代表能量消失了嗎? 從前述的分子動力學模擬影片，說明水分子的運動發生何種變化。
4.1.3 水溶液溫度下降，和水溶液中的水分子及陰、陽離子的運動有何關係?
4.1.4 這個反應是「吸熱反應」或是「放熱反應」?
4.1.5 試述反應過程能量的流動，水的運動在反應前後的變化。
4.1.6 搜尋課本和網路，有沒有溶於水為放熱反應的酸?

4.2 克潮靈溶解於水: 克潮靈的主要成分為 CaCl2

4.2.1 寫出其溶解反應式。
4.2.2 CaCl2溶解於水後，水溶液溫度上升，這代表能量增加了嗎? 從前述的分子動力學模擬影片，說明水分子的運動發生何種變化。
4.2.3 水溶液溫度上升，和水溶液中的水分子及陰、陽離子的運動有何關係?
4.2.4 CaCl2溶解於水的過程可視為以下幾個反應的總合，第一個反應為固體「晶格能」，另外兩個反應是「水合能」，計算溶解反應的反應熱。

4.2.5 試述此反應過程能量的流動，水的運動在反應前後的變化。
4.2.6 搜尋課本和網路，有沒有溶於水為吸熱反應的鹽類?

5.教學目標與評量

5.1 能從實驗後溶液的溫度變化，判斷化學反應為吸熱或放熱反應。
5.2 能知道能量有不同的形式，包括晶格能、水合能、分子轉動和振動的能量。
5.3 能知道水吸熱且水溫上升時，放熱反應釋放的能量轉換為溶液分子的轉動和振動。

6.參考資料

6.1 參考文獻

[1] 水的轉動與振動模擬 : https://www.youtube.com/watch?v=IGEP-u1PNX0

[2] 溶解 : https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BA%B6%E8%A7%A3

6.2 進階知識

6.2.1 反例: 不同於檸檬酸，鹽酸(HCl)溶於水是放熱反應。
6.2.2 反例: 不同於CaCl2，NaCl 溶解於水是吸熱反應。
6.2.3 電負度: 電負度 (electronegativity)，也稱負電性或陰電性，每一個原子都有其特有的，大於零的電負度數值。電負度越大的原子，在與另一原子鍵結時吸引電子的傾向越強，越具有局部負電，鍵結的另一端則帶局部正電。分子內的局部正負電分布越明顯，越容易包覆陽離子或陰離子。

電負度順序: F> O > N, Cl > Br > S > I > C > P > H

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 ==1.現象說明 ==
-喝水鳥為一裝飾成鳥的玩具，玻璃管內部有密封的彩色液體，鳥的頭及喙以泡棉包覆之。將其放在水杯旁，喝水鳥會反覆地做像是喝水的動作。
+將檸檬酸溶解於水中，我們發現溶液的溫度明顯下降。相反地，將二氯化鈣溶解於水中，溶液的溫度則明顯上升。
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 ==2.探究問題 ==
-喝水鳥反覆喝水的動作，看起來似乎永遠地動下去。然而喝水鳥運動看似沒有能量來源。我們將探討喝水鳥的內容分子的性質，能量如何從外界流入，以及能量與液體分子之間的關係。
+某些固體溶解於水中，溶液溫度下降，是吸熱反應。相反地，某些固體溶解於水中，溶液溫度上升，是放熱反應。藉著兩種反應，我們將探討分子的能量形式，以及能量在分子之間的變換。
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 ==3.實作項目 ==
-*3.1	將喝水鳥頭部的泡棉沾水，放在水杯旁，讓喝水鳥反覆動作。觀察喝水鳥的動作及內部液體的變化，必要時調整喝水鳥高度。若室溫太低(低於25 。C) 時，喝水鳥可能無法運動，可以點蠟燭或開暖氣讓喝水鳥周圍的環境溫度上升。
+*3.1	檸檬酸溶解於水: 將約四分之一燒杯的檸檬酸溶於水中，以手指接觸水溶液，水溶液的溫度有何變化?
-*3.2	喝水鳥的包裝上有內含液體的分子式，將分子式寫下來:
+*3.2	克潮靈溶解於水: 將約四分之一燒杯的克潮靈溶於水中，以手指接觸燒杯，水溶液的溫度有何變化?
 *3.3	觀看所附的分子動力學影片，水分子吸收能量而蒸發，其中影片中每秒顯示的運動約發在一皮秒(10-12 秒) 。
 :: https://www.youtube.com/watch?v=IGEP-u1PNX0
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 ==4.分析與結論 ==
-*4.1	喝水鳥玻璃瓶中的液體是二氯甲烷(CH2Cl2 )，結構為
+*4.1	檸檬酸溶解於水: 檸檬酸的分子式為 C6H8O7 ，結構為
 ::<img style="width:250px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/%E5%90%B8%E7%86%B1%E8%88%87%E6%94%BE%E7%86%B1%E5%8F%8D%E6%87%891.png'/>
-::二氯甲烷的沸點是 39 °C，遠低於水的沸點100 °C。前面的分子動力學影片模擬水的蒸發，嘗試解釋為什麼二氯甲烷會比水更容易蒸發。二氯甲烷分子間的吸引程度，和水比較如何?
+:*4.1.1 檸檬酸分子溶解於水後，最多可能會釋放三個質子，你能看出是哪三個嗎?
-*4.2	閱讀以下關於「電負度」的簡介，並探討問題。
+:*4.1.2 檸檬酸分子溶解於水後，水溶液溫度下降，這代表能量消失了嗎?  從前述的分子動力學模擬影片，說明水分子的運動發生何種變化。
-::電負度: 電負度 (electronegativity)，也稱負電性或陰電性，每一個原子都有其特有的，大於零的電負度數值。電負度越大的原子，在與另一原子鍵結時吸引電子的傾向越強，越具有局部負電，鍵結的另一端則帶局部正電。分子內的局部正負電分布越明顯，越容易彼此吸引電負度沸點較高。電負度順序為: F> O > N, Cl > Br > S > I > C > P > H
+:*4.1.3	水溶液溫度下降，和水溶液中的水分子及陰、陽離子的運動有何關係?
-::從電負度順序，你認為二氯甲烷或水較易具有局部正負電 ?
+:*4.1.4	這個反應是「吸熱反應」或是「放熱反應」?
-*4.3	喝水鳥內的彩色液體看起來逐漸地往上爬，你認為液體分子為什麼會逐漸在液體的上方累積呢?
+:*4.1.5	試述反應過程能量的流動，水的運動在反應前後的變化。
-*4.4	喝水鳥頭部的泡棉沾水，使得彩色液體更容易往上爬。泡棉沾水的目的為何 ?
+:*4.1.6	搜尋課本和網路，有沒有溶於水為放熱反應的酸?
-*4.5	試述喝水鳥運動過程中，二氯甲烷反覆變化的過程中能量的流動。根據你的敘述，試討論: 如果喝水鳥內部的液體換成水或酒精，喝水鳥會動嗎? 為甚麼 ?
+*4.2 克潮靈溶解於水: 克潮靈的主要成分為 CaCl2
+:*4.2.1	寫出其溶解反應式。
+:*4.2.2	CaCl2溶解於水後，水溶液溫度上升，這代表能量增加了嗎? 從前述的分子動力學模擬影片，說明水分子的運動發生何種變化。
+:*4.2.3	水溶液溫度上升，和水溶液中的水分子及陰、陽離子的運動有何關係?
+:*4.2.4	CaCl2溶解於水的過程可視為以下幾個反應的總合，第一個反應為固體「晶格能」，另外兩個反應是「水合能」，計算溶解反應的反應熱。
+::<img style="width:650px;" src='https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0e/%E5%90%B8%E7%86%B1%E8%88%87%E6%94%BE%E7%86%B1%E5%8F%8D%E6%87%892.png'/>
+:*4.2.5	試述此反應過程能量的流動，水的運動在反應前後的變化。
+:*4.2.6	搜尋課本和網路，有沒有溶於水為吸熱反應的鹽類?
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 ==5.教學目標與評量 ==
-*5.1 能從電負度差異，判斷水分子的局部正負電分立程度大於二氯甲烷，前者有較大的分子間吸引力。
+*5.1 能從實驗後溶液的溫度變化，判斷化學反應為吸熱或放熱反應。
-*5.2 能知道二氯甲烷因分子間吸引力較小，沸點較低且蒸氣壓較水為高。
+*5.2 能知道能量有不同的形式，包括晶格能、水合能、分子轉動和振動的能量。
-*5.3 能知道外部氣體的能量流向喝水鳥，喝水鳥的頭部泡棉將二氯甲烷氣體降溫使其凝結，讓二氯甲烷液體向上累積。
+*5.3 能知道水吸熱且水溫上升時，放熱反應釋放的能量轉換為溶液分子的轉動和振動。
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 *6.1 參考文獻
-::[1] 喝水鳥簡介  : https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%A5%AE%E6%B0%B4%E9%B8%9F
+::[1] 水的轉動與振動模擬  : https://www.youtube.com/watch?v=IGEP-u1PNX0
-::[2]  蒸氣壓 : https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%92%B8%E6%B0%A3%E5%A3%93
+::[2]  溶解 : https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%BA%B6%E8%A7%A3
-::[3] 二氯甲烷 : https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E6%B0%AF%E7%94%B2%E7%83%B7
+*6.2	進階知識
+:*6.2.1	反例: 不同於檸檬酸，鹽酸(HCl)溶於水是放熱反應。
+:*6.2.2	反例: 不同於CaCl2，NaCl 溶解於水是吸熱反應。
+:*6.2.3	電負度: 電負度 (electronegativity)，也稱負電性或陰電性，每一個原子都有其特有的，大於零的電負度數值。電負度越大的原子，在與另一原子鍵結時吸引電子的傾向越強，越具有局部負電，鍵結的另一端則帶局部正電。分子內的局部正負電分布越明顯，越容易包覆陽離子或陰離子。
+::電負度順序: F> O > N, Cl > Br > S > I > C > P > H
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