化學實驗室實驗：氫氣與氯氣的光化學反應（Photochemical Reactions of Chlorine with Hydrogen）〔II〕
國立彰化女子高級中學化學科張文平老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
學生講義之二（Student Handout II）
實驗步驟
C：氫氣與氯氣的光化學反應
1. 緊密地連接注射筒A與含有橡皮管的注射筒B在一起，如圖十三所示。
圖十三 連接注射筒A和注射筒B
2. 連續地推拉針筒推桿（活塞）多次，使兩支注射筒內的氣體儘可能完全混合均勻。然後推進或拉出針筒推桿，使兩支注射筒內的混合氣體體積大約相等。
3. 取下橡皮管，立即分別套上橡皮塞到兩支注射筒開口處。原來注射筒A重新編號為注射筒C，原來注射筒B重新編號為注射筒D。
4. 緊緊地架設注射筒C在鐵架上，以鎳子夾住鎂帶，距離注射筒C的前方約20公分處，如圖十四所示。
圖十四 架設注射筒於鐵架上
化學實驗室實驗：氫氣與氯氣的光化學反應（Photochemical Reactions of Chlorine with Hydrogen）〔I〕
國立彰化女子高級中學化學科張文平老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
學生講義之一（Student Handout I）
實驗介紹
本實驗的目的是以注射筒進行氫氣與氯氣的微量製備，並利用燃燒鎂帶產生紫外光當作光化學反應的光源，照射裝在注射筒中的氫氣與氯氣之混合氣體，觀察反應的變化情形並檢驗反應後產生氣體的性質。
氫氣和氯氣在室溫下並不發生反應，就像氫氣和氧氣一樣。然而，若氫氣在空氣中被點燃，則會達到活化能而發生快速反應並產生火焰。由於此反應為放熱反應，因 此溫度急速上升，局部區域的氣體快速膨脹，而造成爆炸。若在紫外光的照射下，則氫氣和氯氣也可以達到活化能而發生光化學反應，如反應式[1]所示：
H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) [1]
紫外光加速氫氣和氯氣的光化學反應是自由基的鏈鎖反應，起始步驟是氯分子吸收紫外光，導致Cl－Cl鍵斷裂，而形成氯原子自由基，每個氯原子有一個未成對電子，如反應式[2]所示。
Cl2(g) → Cl•(g) + Cl•(g) [2]
Cl－Cl的鍵能有243千焦/莫耳，其能量相當於波長約500 nm，亦即在藍綠區域的可見光區，此鍵能可以被紫外光打斷。
在紫外光下，氫氣與氯氣的鏈鎖反應之反應機構，如反應式[2]～[4]所示：
Cl2(g) → Cl•(g) + Cl•(g) [2] Cl•(g) + H2(g) → HCl(g) + H•(g) [3] H•(g) + Cl2(g) → HCl(g) + Cl•(g) [4]
氫氣與氯氣的結束鏈鎖反應，如反應式[5]～[9]所示：
2Cl•(g) → Cl2(g) [5] 2H•(g) → H2(g) [6] H•(g) + Cl•(g) → HCl(g) [7] H•(g) + O2(g) → HO2•(g) (含有空氣時) [8] Cl•(g) + O2(g) → ClO2•(g) (含有空氣時) [9]
化學教室活動：維他命C含量的微量測定（Microscale Determination of Vitamin C by Iodine Titration）〔IV〕
國立豐原高級中學化學科蔡亞柏老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
教師手冊（Teacher’s Guide）
教學提示
● 上課時間：教師實驗解說：約15分鐘，學生自製微量滴定管：約10分鐘，學生自製小型電磁攪拌器：約20分鐘，學生實驗操作和數據記錄：約40分鐘。學生 數據處理和回答問題（家庭作業或課堂討論）：約30分鐘。若微量滴定管和小型電磁攪拌器由教師組裝，可以節省上課時間約30分鐘。
● 本實驗可配合高二化學氧化還原滴定單元實施。學生自製微量滴定管和自製小型電磁攪拌器可以融入生活科技課程和物理課程的教學中。
● 請教師提醒學生預先以蒸餾水代替優碘溶液，以熟練自製微量滴定管的操作技巧。
● 自製小型電磁攪拌器的轉速快慢可透過調整電路中的可變電阻來完成。在滴定時，若無此攪拌器，則可以用咖啡攪拌匙或塑膠筷等當作玻棒，以手動方式攪拌滴定的溶液。
● 由於本次使用滴定的裝置並非實驗室正規的裝置，因此本實驗的精確度和準確度較低，但是若仔細地操作，則最後的抗壞血酸的含量可以得到三位有效數字。
● 本實驗的待測樣品可考慮使用市售的維他命C錠、柳橙或橘子果汁。
化學教室活動：維他命C含量的微量測定（Microscale Determination of Vitamin C by Iodine Titration）〔III〕
國立豐原高級中學化學科蔡亞柏老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
學生講義之三（Student Handout III）
藥品和器材
1. 自製微量滴定管 1套/組
2. 自製小型電磁攪拌器（含磁攪拌子） 1套/組
3. 澱粉指示劑（配製請見教師手冊） 1 mL/組
4. 蒸餾水（裝在洗瓶內） 1瓶/組
5. 優碘溶液（如圖十六所示） 10 mL/組
6. 維他命C沖飲包（如圖十六所示） 1包/組
7. 小型塑膠容器（或PE秤量皿） 1個/組
8. 燒杯或紙杯（300 mL） 2個/組
9. 量筒（瘦長型，容量10 mL，精確度0.01 mL） 2個/組
10. 量筒（容量100 mL，精確度0.1 mL）或容量瓶 1個/組
11. PE滴管 2支/組
12. 塑膠筷（或玻棒、咖啡攪拌匙） 1支/組
圖十六 優碘溶液（左）和維他命C沖飲包（右）
化學教室活動：維他命C含量的微量測定（Microscale Determination of Vitamin C by Iodine Titration）〔II〕
國立豐原高級中學化學科蔡亞柏老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
學生講義之二（Student Handout II）
B. 自製微量滴定管
B3. 操作說明
1. 在滴定前，微量滴定管和注射針筒需要潤洗，先以蒸餾水清洗2~3次後，再用滴定液潤洗2~3次。
2. 在吸取滴定液之前，先關閉三通塑膠活栓（圖六的左圖），再移岀注射針筒（圖六的右圖）。
圖六 先關閉三通塑膠活栓（左），再移岀注射針筒（右）
3. 接著，先用注射針筒吸取約10 mL的滴定液（圖七的左圖），再緊密地插入三通塑膠活栓的左側孔（圖七的右圖）。
圖七 先吸取滴定液（左），再插入三通塑膠活栓（右）
化學教室活動：維他命C含量的微量測定（Microscale Determination of Vitamin C by Iodine Titration）〔I〕
國立豐原高級中學化學科蔡亞柏老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
學生講義之一（Student Handout I）
實驗介紹
本實驗採用微量化學實驗，在進行氧化還原滴定之前，學生或教師事先組裝簡易滴定架、自製微量滴定管和自製小型電磁攪拌器（圖一的左圖和右圖），作為氧化還原滴定的裝置。以市售的優碘液中的有效碘及玉米粉所製成澱粉指示劑，進行碘直接滴定法，來測定市售的維他命C沖飲包中含抗壞血酸的毫克
圖一 自製微量滴定管及滴定架（左）和自製電磁攪拌器（右）
市售維他命C沖飲包中的主要成份為抗壞血酸（L-ascorbic acid, C6H8O6），是一種還原劑，容易被氧化成去氫型的抗壞血酸（dehydro-L-ascorbic acid, C6H6O6），因此可考慮以I2為氧化劑，對維他命C進行氧化還原滴定，來測定此沖飲包中抗壞血酸的含量，其反應如反應式[1a]和[1b]所示：
I2(aq) + C6H8O6(aq) → 2I–(aq) + 2H+(aq) + C6H6O6(aq) [1a]
反應式來源：http://www.chem.ubc.ca/courseware/123/tutorials/exp9A/
化學實驗室實驗：過氧化氫分解焓的測定（Determination of the Decomposition Enthalpy of Hydrogen Peroxide）〔IV〕
國立彰化師範大學化學系碩士生陳少軍和陳永祥 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
教師手冊之二（Teacher’s Guide II）
實驗紀錄樣本
一、 化學示範
1. 寫出此示範實驗的變化現象。
老師輕輕地打開水壺的壺蓋並且立即蓋上，隨即在壺嘴快速地冒出大量的白色煙霧，並且發出鳴叫聲。用手觸摸一下水壺感覺很燙。
2. 說明變化現象的化學原理。
這些變化現象是因為雙氧水分解放出大量的熱量，造成溶液內的水沸騰而冒出大量的白色煙霧，並且溫度高達100 ℃，用手觸摸一下水壺感覺很燙。
二、 過氧化氫的分解焓
A. 測定熱卡計的熱容量
● 熱水的體積： 25.0 mL，質量： 25.0 g
● 室溫水的體積： 25.0 mL，質量： 25.0 g
表一-A 熱水的時間與溫度之數據
表一-B 室溫水的時間與溫度之數據
化學實驗室實驗：過氧化氫分解焓的測定（Determination of the Decomposition Enthalpy of Hydrogen Peroxide）〔III〕
國立彰化師範大學化學系碩士生陳少軍和陳永祥 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
教師手冊之一（Teacher’s Guide I）
化學示範
在學生進行實驗之前，老師示範「阿拉丁神燈」的主要目的是，藉由觀察驚奇有趣的歧異事件，引起學生對於測定過氧化氫分解焓的興趣。
A. 器材和溶液
● 不鏽鋼水壺（約1 L容量，瓶蓋與壺口之間必須非常緊密，水煮沸時有鳴叫聲） 1個
● 30% 過氧化氫（30% hydrogen peroxide, H2O2） 1瓶
● 量筒（100 mL） 1支
● 衛生紙 1張
● 碘化鉀（Potassium iodide, KI） 少許
● 碳酸鈉（Sodium carbonate, Na2CO3） 少許
● 縫衣線 1小包（稍粗的線，不可太細）
● 刮勺 2支
● 乳膠手套 1雙
化學實驗室實驗：過氧化氫分解焓的測定（Determination of the Decomposition Enthalpy of Hydrogen Peroxide）〔II〕
國立彰化師範大學化學系碩士生陳少軍和陳永祥 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
學生講義之二（Student Handout II）
觀察紀錄
一、 化學示範
1. 寫出此示範實驗的變化現象。
2. 說明變化現象的化學原理。
二、 過氧化氫的分解焓
A. 測定熱卡計的熱容量
● 熱水的體積：_____ mL，質量：_____ g
● 室溫水的體積：_____ mL，質量：_____ g
表一-A 熱水的時間與溫度之數據
表一-B 室溫水的時間與溫度之數據
化學實驗室實驗：過氧化氫分解焓的測定（Determination of the Decomposition Enthalpy of Hydrogen Peroxide）〔I〕
國立彰化師範大學化學系碩士生陳少軍和陳永祥 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯
學生講義之一（Student Handout I）
化學示範
老師示範「阿拉丁神燈」，學生觀察變化的現象，老師與學生互動討論變化現象的化學原理。
實驗介紹
本實驗的目的是利用自制的熱卡計（calorimeter）來測定過氧化氫分解成為液態水和氧氣的分解焓。
熱化學（Thermochemistry）是研究能量和熱量與化學反應和/或物理變化的科學。一個反應可能釋放或吸收能量，相的變化亦同，如熔化和沸騰。熱化學聚焦在能量的變化，特別是對系統與其周遭環境的能量交換。化學反應的能量變化包括酸鹼中和熱、燃燒熱、形成熱、分解熱和各式各樣的反應熱。若以特定的1莫耳反應物或產物的能量變化，則熱化學上以焓（enthalpy）表示，如酸鹼反應生成1莫耳的水所放出的熱，稱為酸鹼中和焓，1莫耳的過氧化氫分解成為液態水和氧氣所放出的熱，稱為過氧化氫的分解焓。
熱卡計是一種用於測量化學反應或物理變化的熱量變化之裝置，是一個很好的絕熱裝置，可以有效地避免反應跟它的周遭環境的熱交換。當反應在熱卡計中以熱釋放 時，熱卡計內的內容物之溫度也會改變，此溫度的變化是可以被測量的，而且與反應的熱量變化有關。在實驗室內，使用的簡單熱卡計並非完全的絕熱裝置，因此， 反應的熱量變化也會被熱卡計吸收或放出。
熱卡計必須測定其熱容量（heat capacity）來校正。亦即，藉由熱卡計上升或下降攝氏1度所吸收或放出的熱量來校正。本實驗利用熱水和室溫水來測定熱卡計的熱容量。
由於沒有任何一個熱卡計不會洩漏熱量，因此在觀察溫度的變化過程中，某些熱損失到外界是可能的。圖一顯示在一個放熱反應的過程中，利用熱卡計得到的溫度與時間之關係圖，設在反應物混合之時間為tm。在反應之前（tm之前），溫度保持恆定，藉由趨勢線可正推到開始混合或開始反應時（tm之時）的溫度（Ti）。在反應之後（tm之後），由於混合或反應後放出熱量，溫度急遽的上升。然後，由於熱卡計的熱損失，溫度開始下降。當溫度達到平衡時，熱損失逐漸穩定，溫度的下降呈現線性。藉由此線性，可以倒推到tm的時間點而得到最大值的溫度（Tf），進而推知反應發生平衡的瞬間溫度。圖一的趨勢線倒推而得到瞬間溫度為39.9 ℃。一旦Ti和Tf兩溫度由趨勢線推知，混合或反應的前後溫度差就可以得知，因此測定熱卡計的熱容量是可能的。
圖一 從溫度與時間的趨勢線倒推而得知Tf值