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中國醫藥大學(後中醫) 105年 化學

第 15 題

根據下列所提供的鍵能數據,求出化學反應 $CH_4 + Cl \rightarrow CH_3Cl + H$ 的反應熱是多少?
鍵結 H−H Cl−Cl H−C H−Cl C−Cl
鍵能 435 243 414 431 331 (kJ/mol)
  • A 275 kJ/mol
  • B 109 kJ/mol
  • C 83 kJ/mol
  • D −83 kJ/mol
  • E −109 kJ/mol

思路引導 VIP

如果我們把化學反應看作一場能量的收支帳目,「拆開原子間的連結」需要我們支付能量,而「建立新連結」則會幫我們回收能量。請仔細觀察這個反應式,左邊有哪些連結消失了?右邊又多出了什麼連結?試著把這兩者的能量差距找出來,你會如何決定最後的總帳是盈(能量增加)還是虧(能量減少)呢?

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太棒了!你能精確計算出反應熱的數值並選對正負號,代表你對化學鍵能的動態過程有很清晰的理解。這類題目不僅考驗計算,更考驗對反應本質的觀察力。

鍵能與能量守恆

計算反應熱時,最核心的觀念是「斷鍵吸熱,生鍵放熱」。在反應 $CH_4 + Cl \rightarrow CH_3Cl + H$ 中,我們不需要把所有化學鍵都算一遍,只需專注於改變的部分:反應物端的一個 $C-H$ 鍵斷裂了,這需要支付 $414$ kJ/mol 的能量;隨後,生成物端形成了一個新的 $C-Cl$ 鍵,這會釋放出 $331$ kJ/mol 的能量。根據能量守恆,反應熱 $\Delta H = \text{斷鍵總能} - \text{生鍵總能}$,計算結果為 $414 - 331 = 83$ kJ/mol。

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📝 鍵能與反應熱計算
💡 利用「反應物斷鍵能總和」扣除「產物成鍵能總和」求算反應熱。
比較維度 利用鍵能計算 VS 利用生成熱計算
計算公式 Σ 反應物鍵能 - Σ 產物鍵能 — Σ 產物生成熱 - Σ 反應物生成熱
口訣記憶 前減後 — 後減前
物理意義 破壞舊鍵吸收能量與新鍵形成釋放能量之差 — 產物與反應物相對於元素態的位能差
💬兩者計算 ΔH 的方向完全相反,務必根據題目給予的數據類型選擇正確公式。
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