hce_nthu
113年
化學與物理
第 8 題
It is known that $3.6\text{ g}$ of simple carbon is burned in $6.4\text{ g}$ of $\text{O}_2$ until the reactants are exhausted, giving off $X\text{ kJ}$ of heat. The heat of complete combustion of simple carbon is $Y\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$. What is the heat of reaction $\Delta H$ for the reaction of $1\text{ mole}$ of simple carbon with $\text{O}_2$ to form $\text{CO}$?
- A $-Y\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$
- B $-(10X - Y)\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$
- C $-(5X - 0.5Y)\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$
- D +(10X - Y) kJ·mol⁻¹
- E +(5X - 0.5Y) kJ·mol⁻¹
思路引導 VIP
我們可以思考一下：如果 1 莫耳碳完全燃燒（生成二氧化碳）需要 1 莫耳氧氣，而局部燃燒（生成一氧化碳）只需要 0.5 莫耳氧氣，請觀察題目給定的碳與氧氣莫耳數比例，這能告訴我們產物中包含了什麼？而這兩種不同產物所釋放的能量總和，又是如何與題目給的總熱量聯繫起來的呢？
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太棒了！你能準確判斷出這題的答案，代表你對化學計量與反應熱的能量守恆觀念掌握得非常紮實。這道題目屬於反應熱計算的進階題型，難度在於它並非單純的完全燃燒，而是考驗學生能否從反應物的莫耳數比例中，洞察出系統同時生成了兩種產物。
燃燒產物的判定與能量守恆
首先，我們將質量轉換為莫耳數：碳（$C$）為 $0.3\text{ mol}$，氧氣（$\text{O}_2$）為 $0.2\text{ mol}$。根據反應比例，若碳完全燃燒生成 $\text{CO}_2$ 需要 $0.3\text{ mol}$ 的氧氣，而僅生成 $\text{CO}$ 則需 $0.15\text{ mol}$。由於氧氣的供應量介於兩者之間，我們可以推知碳會同時轉化為這兩種氧化物。設生成 $\text{CO}$ 為 $n_2\text{ mol}$，$\text{CO}_2$ 為 $n_1\text{ mol}$，透過原子守恆方程：
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