卡計實驗可在固定體積的條件下進行。舉例來說，相機的鎂光燈閃爍時，鎂光燈非常熱，因為鋯與鎂的線圈，與燈泡內的氧氣，進行的反應是散熱。

化學原理啟迪220

1.     卡計實驗可在固定體積的條件下進行。舉例來說，相機的鎂光燈閃爍時，鎂光燈非常熱，因為鋯與鎂的線圈，與燈泡內的氧氣，進行的反應是散熱。

2.     在鎂光燈泡內的反應，體積是固定保持不變的，因為燈泡殼是硬的、沒彈性的。在這樣的條件下進行的反應不會做任何的功，因為功=體積×壓力，必須體積改變才有辦法作功。

3.     為了研究體積固定的條件下，反應能量的改變，我們常常用到炸彈熱卡計（彈卡計）bomb calorimeter。

4.     一定份量的反應物，被放到堅硬鋼製的容器中，然後點燃這些反應物。透過測量水或卡計其他部分的溫度增加多少，判斷出反應的能量改變情形。

5.     如果一個反應在體積固定的容器中進行，它的體積改變就等於0，所以做的功也是0。因此

ΔE＝q+w＝q＝q_V （體積固定下的熱）

6.     假設我們想測量辛烷（C₈H₁₈）燃燒的能量，辛烷是瓦斯的一種成分。一份0.5269g的辛烷樣本被放入彈卡計中，卡計的熱容量是11.3kJ/℃，意思是要讓卡計裡的水或卡計其他部分的溫度提高1℃，需要灌注11.3kJ的能量。容器中有過量的氧使辛烷可以被點燃，並造成卡計的溫度提高2.25℃。

7.     反應釋放的能量計算如下：

反應釋放的能量

＝增加的溫度×溫度增加1℃需要的能量

＝ΔT×卡計的熱容量

＝2.25℃×11.3kJ/℃＝25.4kJ

8.     計算的結果是，燃燒0.5269g的辛烷，會釋放25.4kJ的能量。但是公克不是我們平常用來衡量熱量的單位，我們是使用莫耳mole，所以我們必須知道0.5269g的辛烷莫耳數是多少？

0.5269g octane × (1mol octane／114.2g octane)

＝4.614×10^－3 mol octane

9.     4.614×10^－3 mol的辛烷octane，釋放25.4kJ的能量，因此每莫耳釋放的能量是：

25.4kJ／4.614×10^－3mol＝5.50×10³kJ/mol

10.  因為這個反應是散熱，內能ΔE是負數

ΔE燃燒＝－5.50×10³kJ/mol

11.  特別留意這個反應沒有做任何功，所以內能變化ΔE等於熱q

ΔE＝q+w＝q

＝－5.50×10³kJ/mol

12.  【例題】長久以來都有個說法，水解產生的氫氣可以取代天然氣（主要是甲烷）的燃料地位。為了比較這幾種燃料燃燒產生的能量大小，我們利用熱含量是11.3kJ/℃的炸彈卡計，測量這二種燃料燃燒的實驗。

1.50g的甲烷氣體樣品與過量的氧氣在卡計中燃燒，會使得卡計內的溫度提高7.3℃。1.15g的氫氣樣本與過量的氧氣在卡計中燃燒，會使得卡計內的溫度提高14.3℃。計算氫氣與甲烷每公克的燃燒能量。

13.  【解題】計算甲烷的燃燒能量，使用的卡計熱含量是11.3kJ/℃，甲烷燃燒後溫度提升7.3℃：

燃燒1.50gCH4釋放的能量

＝（11.3kJ/℃）（7.3℃）

＝83kJ

每1g CH4釋放的能量

＝83kJ/1.50g

＝55kJ/g

14.  氫氣燃燒

燃燒1.15gH2釋放的能量

＝（11.3kJ/℃）（14.3℃）

＝162kJ

每1g H2釋放的能量

＝162kJ/1.15g

＝141kJ/g

15.  「燃燒1g氫氣釋放的能量」是「燃燒1g甲烷釋放的能量」的二倍，顯示氫氣是非常有潛力的燃料。

n         翻譯編寫Steven S. Zumdahl《Chemical Principles》 

n         圖片來源：Wps.prenhall.com

研究心得：

1.     有許多學者他的才華，等於他所寫的研究論文，也可以說這是他在固定體積下的「內能」，但是這樣的學者能不能「作功」呢？

2.     請學有專精的學者去當政務官，他能不能有明確而長久的政績呢？能不能提高公務員的行政效率呢？

3.     學者平常如果沒有德智體群美五育均衡並重，98％的機率不可能當好的政務官。因為要當一位優秀的政務官，不只要具備專業知識，同時要具備同理心與溝通能力，言行舉止要優雅如藝術家，作秀時所耗費的體能必須超過一般的運動員。

4.     所有的人都一樣，體能不好又要工作的時候，容易情緒失控；言行舉止粗俗，被新聞記者嘲笑的時候容易情緒失控；專業智能不夠，被文官嘲笑的時候也會情緒失控；面對不同意見的學者與派系的時候，無法冷靜地分析利弊得失，說服所有的派系，就會情緒失控。情緒失控的人，縱使得到過諾貝爾獎，智商也接近於零。

5.     對於政務官而言，「情緒管理能力」就是他主要的「內能」。常常白賊，經常政見跳票，這都是權貴階級信口開河、沒有「內能」的明顯證據。換言之，很明確認識到自己最近十年絕對守信用的人，才有情緒管理能力，才有當政務官的能力。