1、實驗篇示範實驗 常見化學反應的型態實驗一 物質的分離實驗二 硝酸鉀的溶解與結晶實驗三 化學反應熱,1/53,示範實驗常見化學反應的型態,目的： 利用沉澱反應以及酸鹼指示劑的顏色變化，觀察 一些常見的化學反應。 原理：,離子沉澱反應：,碘化鉀在水中會解離出碘離子，與硝酸鉛溶液中的鉛離子結合，生成黃色的碘化鉛沉澱。,化學反應式：Pb(NO3)2(aq)2KI(aq) PbI2(s)2KNO3(aq) 離子反應式：Pb2(aq)2I(aq) PbI2(s) 離子反應式：將不參與反應的離子去除，僅寫出 主要反應物的反應式。,硝酸鉛溶液與鹽酸混合，產生白色的氯化鉛沉澱，其反應式為： Pb(NO3)2(a
2、q)2HCl(aq) PbCl2(s)2HNO3(aq),酸鹼中和反應：,等濃度且等體積的氫氧化鈉溶液與鹽酸混合，生成中性的食鹽水溶液。 酸鹼中和會放出大量的熱能，因此實驗 時需採用稀薄的溶液，以免發生危險。指示劑的變色範圍：,酸鹼物質在指示劑下之顏色變化：,以酚紅當指示劑：,、,以酚酞當指示劑：,、,以溴瑞香草酚藍當指示劑：,、,中性的食鹽水溶液，用酚紅檢驗，呈紅、黃混合的橙色；用溴瑞香草酚藍檢驗，呈黃、藍混合的草綠色。,小安在超市買了洗面皂、洗髮精、肥皂、洗衣乳等用品，欲以下表之指示劑來測試上述物品之酸鹼性，下列敘述何者正確？,範例 1酸鹼指示劑,(A) 若洗髮精中滴入甲基橙，呈黃色；滴入
3、甲基紅， 呈紅色，則洗髮精的 H 可能為 3 105 M(B) 若洗面皂的 pH 值為 7，則滴入甲基紅會呈黃色， 滴入酚酞會呈深紅色 (C) 若洗衣乳中滴入酚酞呈無色，則洗衣乳必為酸性(D) 酸鹼指示劑本身皆為中性物質。,範例 1酸鹼指示劑,洗髮精的 pH 值介於 4.55.5 之間， 而 H3 105 M pH5log350.484.52， 介於 4.5 5.5 之間。 由指示劑的變色範圍知，pH7 的洗面皂滴 入甲基紅呈黃色，滴入酚酞為無色。,範例 1酸鹼指示劑,：,(C) 洗衣乳滴入酚酞呈無色，僅表示洗衣乳的 pH 值小於 8.2，並不代表洗衣乳必為酸性， 亦有可能是中性或鹼性。 (D
4、) 酸鹼指示劑本身為有機弱鹼或有機弱酸。,範例 1酸鹼指示劑,：,範例 2酸鹼指示劑,已知甲基紅的變色範圍 4.26.3，酸性呈紅色，鹼性呈黃色；石蕊的變色範圍為 4.58.3，酸性呈紅色，鹼性呈藍色。H2 106 M 的溶液對兩種指示劑（甲基紅，石蕊）分別呈何種顏色？ (A)（中間色，中間色） (B)（中間色，紅色） (C)（紅色，紅色） (D)（紅色，中間色） (E)（黃色，中間色）。,H2 106 M pH60.35.7 甲基紅、石蕊皆呈中間色,：,範例 3天然指示劑,紫甘藍又稱紫色高麗菜，可作沙拉冷盤生食。其所含的多種天然色素，可用沸騰的熱水浸泡萃取。由此所得的紫甘藍汁會隨環境不同，呈
5、現多種顏色，隨 pH 值改變的顏色如下表。,【學測】,若將紫甘藍汁加入與胃液的 pH 值相當的溶液中， 呈現的顏色為何？ (A)紅 (B)粉紫 (C)藍紫 (D)綠青 (E)黃。 烹炒青菜時，常希望看到一盤綠意盎然的青菜。 紫甘藍的色素遇到下列哪一種物質最有可能顯出 綠色？ (A)白砂糖 (B)食醋 (C)沙拉油(D)食鹽 (E)小蘇打粉。,範例 3天然指示劑,【學測】,：,人類胃液 pH 值約為 2 左右，故顏色為紅色。 紫甘藍色素需在鹼性的環境下才能顯出綠色。,白砂糖為中性。 食醋為酸性。 沙拉油為中性。 食鹽為中性。 小蘇打粉為鹼性。,範例 3天然指示劑,【學測】,實驗一物質的分離,目的
6、：學習分離物質的技能。 原理及步驟 ：,傾析：以溶劑將物質溶解後，傾倒溶液，使之與殘渣（密度較大）分離。,過濾： 利用物質顆粒大小的差異，使顆粒較濾紙孔洞小的物質流過，而與沉澱物分離。,濾紙摺疊法,四摺濾紙摺疊法：,把濾紙對摺,再對摺成扇形,展開使成錐形，並依漏斗口徑大小，調整濾紙形狀，使之與漏斗密合。,把濾紙按在漏斗內壁上，濾紙邊緣應低於漏斗邊緣，用少量蒸餾水潤溼濾紙，再用玻棒輕壓濾紙四周，趕走濾紙與漏斗壁間的氣泡，使濾紙緊貼在漏斗壁上。,在第三層濾紙處，撕去外兩層的一小角。,菊花形（如右圖所示）。,濾紙層析：,以濾紙為固定相（不移動的介質），酒精為移動相（帶著物質移動的溶劑）。 酒精在濾紙
7、上擴散，並帶走墨水的某些成分，因為不同成分對濾紙之吸附力不同，因此移動速率不同，故能彼此分離。,小實驗：濾紙色層分析誰跑的較快？,集氣法：,用排水集氣法收集 O2：,反應式：2H2O2(aq) 2H2O()O2(g),用向下排氣法收集 NH3：,反應式：2NH4Cl(s)Ca(OH)2(s) CaCl2(s)2NH3(g)2H2O(),用向上排氣法收集 CO2：,反應式：CaCO3(s)2HCl(aq) CaCl2(aq)H2O()CO2(g),蒸餾：,利用揮發性之差異，加熱溶液使沸點較低之物質揮發而出，再將其蒸氣冷凝後收集。,範例 4物質的分離,下列有關濾紙色層分析法，分離彩色筆顏料實驗之相
8、關敘述，何者正確？ (A)層析法是利用混合物中各成分物質之吸附力不同而分離 (B)移動相為濾紙，而固定相為燒杯中的酒精 (C)濾紙是藉由毛細現象將燒杯內的酒精吸附至濾紙上方 (D)取出實驗後的濾紙，則移動至濾紙愈上方的色素，與酒精的溶解度較差 (E)利用有機溶劑進行層析實驗時燒杯需密閉，以免溶劑揮發影響實驗結果。,：,移動相為酒精，而固定相為濾紙。 展開速率愈快之色素與濾紙間的附著力愈 差，但與展開液（酒精）間的作用力愈大。,範例 4物質的分離,範例 5物質的分離蒸餾裝置,如下圖裝置，以蒸餾法分離糖水。下列敘述何者正確？,：,沸點低的物質先蒸餾出。,範例 5物質的分離蒸餾裝置,(A) 蒸餾法是
9、利用各成分物質間沸點差異來分離混合物 (B) 成分物質中，沸點高者先蒸餾出 (C) 冷卻水由乙處流入，由甲處流出 (D) 丙處溫度計位置錯誤，應置於燒瓶底部 (E) 丁處所流出的液體為水，而圓底燒瓶中最後將剩 下糖。,四種收集氣體裝置如圖(甲)(丁)。下列敘述，何者正確？ 以濃鹽酸和大理石製備 CO2 時，採用(丙)圖裝置最 佳，可製得純度較高的 CO2 (B) 以雙氧水製備 O2 時，可採用(甲)圖裝置 (C) 若實驗採用(乙)圖裝置，則實驗完後先熄滅酒精 燈，待溫度下降後再處理硬試管及導管 (D) 以亞硝酸鈉和氯化銨製 N2(g) 時，採用(丁)圖裝置。,範例 6氣體製備與收集,不需加熱，
10、且不可加熱，以避免大量氧氣快 速產生，造成危險。 應先移去導管。 氮氣難溶於水，故採用(乙)圖裝置。,：,範例 6氣體製備與收集,實驗二硝酸鉀的溶解與結晶,目的： 熟悉溶解度的測定方法及結晶的技巧。 原理： 溫度升高，硝酸鉀對水的溶解度明顯愈大；降溫 時，溶解度明顯下降，故硝酸鉀結晶析出，形成 飽和溶液。,步驟：,結果 ：,下列有關硝酸鉀的溶解與結晶實驗的敘述，何者正確？ (A) 硝酸鉀晶體呈藍色 (B) 硝酸鉀溶於水後，溶液的溫度下降 (C) 硝酸鉀的溶解度與溫度成正比 (D) 硝酸鉀的未飽和溶液在冷卻時，用攪拌棒攪拌可 誘導結晶生成 (E) 承(D)，當結晶生成時，該溶液為飽和溶液。,範例
11、 7硝酸鉀溶解與結晶,：,呈無色。 硝酸鉀溶於水為吸熱反應。 溫度愈高，溶解度愈大，但不成正比。,範例 7硝酸鉀溶解與結晶,下列有關硝酸鉀溶解與結晶實驗之相關操作，何者正確？ (A)硝酸鉀固體溶於水為吸熱反應，故溫度愈高，溶解度愈大 (B)以溫度計測量溶液溫度時，溫度計可同時作為攪拌用途 (C)加熱溶液時，需搖動試管，使熱量分布均勻，避免突沸現象 (D)過濾硝酸鉀固體時，必須以熱水沖洗濾紙上的晶體，以洗去附著在晶體表面的離子 (E)硝酸鉀飽和溶液的配製，為定溫下取定量的水加入硝酸鉀至飽和。,範例 8硝酸鉀溶解與結晶實驗,：,溫度計不可以用來攪拌。 以冰水沖洗濾紙上的晶體。 取定量水加入硝酸鉀加
12、熱再冷卻成飽和溶液。,範例 8硝酸鉀溶解與結晶實驗,在一般化學實驗過程中，可將卡計吸收或放出的微量熱量忽略掉，因此吸熱反應所吸收的熱量等於放熱反應所放出的熱量。也就是說，溫度的變化量，可視為反應過程中熱量傳遞所造成的溫度,實驗三化學反應熱,目的： 使用自製的卡計，測量酸鹼中和的反應熱及硝酸鉀溶 解於水的熱量變化。 原理：,差。,本實驗是利用保麗龍杯，組裝成簡單的卡計，來測量反應的熱量變化。將卡計當作絕熱體，不考慮系統熱容量概念。 (3) 不管強酸和強鹼為何，強酸和強鹼反應產生 1 莫耳水，釋出同量的熱量（約 56.0 kJ）。所以，以 NaOH 中和 1 莫耳硫酸產生 2 莫耳水，約釋出 11
13、2 kJ 的熱量（鹽酸的兩倍）。,反應式：2HCl(aq)Ba(OH)2(aq) BaCl2(aq)2H2O() 鹽酸 0.01 莫耳與氫氧化鋇 0.005 莫耳中和， 可產生水 0.01 莫耳，釋出 56 kJ / mol 0.01mol560 J,0.1 M 鹽酸 100 毫升與 0.1 M 氫氧化鋇 50 毫升中和,：,0.1 M 硫酸 100 毫升與 0.1 M 氫氧化鈉 100 毫升中和 反應式： H2SO4(aq)2NaOH(aq) Na2SO4(aq)2H2O() 硫酸 0.01 莫耳與氫氧化鈉 0.01 莫耳中和，硫酸過 量，可產生水 0.01 莫耳，釋出 56 kJ / mo
14、l 0.01 mol 560 J,中和熱的測定：,步驟：,溶解熱的測定：,燃燒 3 g 乙烷（C2H6）可使 1 L 水的水溫由 20 C 高到 57 C（卡計損失的熱量可忽略，水的密度為 1 g / cm3），回答下列問題： 乙烷的莫耳燃燒熱為何？ 寫出熱化學反應式。（需註明各物質的狀態， H 以 kcal / mol 為單位）,範例 9反應熱測量,：,C2H6(g) O2(g) 2CO2(g)3H2O() 熱量1000 1 3737000（cal）37（kcal） H37 370（kcal / mol）,範例 9反應熱測量,已知強酸、強鹼的莫耳中和熱為 13.33 kcal / mol，某
15、生用 100 mL 量筒量取 1.0 M 鹽酸 50.0 mL 置於保麗龍杯中，另用 100 mL 量筒，量取 1.0 M 氫氧化鈉溶液 50.0 mL，加入強鹼溶液前，酸於保麗龍杯中的溫度為 20C，若無熱量散失，酸、鹼開始混合反應後之最高溫度應為多少C？（假設此混合水溶液的質量為 100 g，比熱為 1 cal / gC） (A) 23.3 (B) 26.6 (C) 30.0 (D) 33.3 (E) 40。,範例 10中和熱,：,H1.0 50 1030.05（mol）OH1.0 50 1030.05（mol） H0.05 13.330.6665（kcal）666.5（cal） 666.
16、5（5050） 1 T T6.665（C） 最後溫度約為 206.66526.665（C）,範例 10中和熱,魯夫利用保麗龍製成的簡便型卡計，在常溫下進行化學反應熱實驗。步驟如下： 卡計熱容量的測定： 魯夫將 25C 的 40 g 水倒入卡計中，等待溫度平衡 後為 25C。 將 90C 的 70 g 水倒入卡計中，等待溫度平衡後為 60C。,範例 11反應熱的測量,硝酸鉀溶解熱的測定： 魯夫將 25C 89.9 g 的水倒入卡計中，等待溫度平 衡後為 25C。 將常溫下 10.1 g 硝酸鉀倒入卡計中，待完全溶解 後，該平衡溫度為 20C。 假設上述各個溶液的比熱皆為 1cal / gC，且卡
17、計的絕熱功能相當好，不會與外界產生熱量的交換。下列敘述，何者正確？（KNO3101）,範例 11反應熱的測量,(A) 該卡計的熱容量為 10 cal / C(B) 硝酸鉀的莫耳溶解熱為 6 kcal / mol(C) 在實驗中，可以用溫度計進行攪拌，以減少過多器材對溫度造成的干擾(D) 從實驗結果可以推斷，提高水溫可使硝酸鉀的溶解度增加 (E) 將 KOH(aq) 與 HNO3(aq) 形成 KNO3(aq) 為吸熱反應。,範例 11反應熱的測量,70 1 （9060）40 1 （6025）x （6025） x20（cal /C）,：, y（89.910.1） 1 520 5 y6000（cal / mol）6（kcal / mol） 不可用溫度計進行攪拌。 硝酸鉀的溶解溫度下降 溶解吸熱，故提高 水溫可使硝酸鉀的溶解度增加。 KOH(aq) 與 HNO3(aq) 形成 KNO3(aq) 為酸鹼反 應，故為放熱反應。,：,範例 11反應熱的測量,
