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運動扭到腳，防護員拿出一包冰敷袋，用力一捏，拍兩下，它就變冰了。

可是它從來沒進過冰箱。很多人以為它「放出了冷」。

其實是：袋子裡的粉末溶解時，把熱吸走了。

※ 數值為教學示例（ΔH 取 +26 kJ/mol，文獻約 +25.7）｜冰敷袋內容物不可食用、不要拆開｜插圖為 AI 生成

🎬 YouTube 影片：冰敷袋為什麼一捏就變冰？

原來如此

① 沒有「冷」這種東西

熱是一種能量，「冷」不是。我們說東西「變冷」，意思是它的熱被拿走了。

熱總是從高溫的地方流向低溫的地方。所以不是冰敷袋把冷「送」給你，而是你皮膚的熱流進了冰敷袋。

選擇題：捏一下，冰敷袋為什麼會變冰？A 裡面的東西放出冷；B 粉末溶解時吸熱；C 捏的壓力把它壓冷。比特說一定是 A，它在放出冷。
先猜猜看：A、B 還是 C？
小電問冷是一種東西嗎？蘋果教授說答案是 B，粉末溶解要吸熱，先把水的熱拿走，水就變冰。圖：36 度的皮膚，熱流向冰敷袋。沒有冷這種東西，變冰是熱被拿走，熱總是從高溫流向低溫。
答案是 B：變冰＝熱被拿走。

② 冰敷袋裡有什麼？

一次性的冰敷袋（instant cold pack）裡有一小包水，外面包著硝酸銨（ammonium nitrate）粉末；有些產品用尿素。

用力一捏，水袋破掉，硝酸銨溶進水裡，散成離子：

$$ \mathrm{NH_4NO_3(s)\rightarrow NH_4^{+}(aq)+NO_3^{-}(aq)} $$

注意：這是溶解，沒有產生新的物質，不是嚴格意義的化學反應。可是溶解一樣有能量的變化。

冰敷袋裡有什麼：水袋、硝酸銨、有些用尿素。硝酸銨溶解時離子散進水裡，會吸熱。式子 NH4NO3 固體變成 NH4 正離子和 NO3 負離子的水溶液。這是溶解，不是產生新物質的化學反應。冰敷袋內容物不可食用。
捏破水袋，硝酸銨溶進水裡。

③ 溶解為什麼會吸熱？

固體裡的離子排得整整齊齊，互相吸引。要把它們拆開，需要能量。

離子進到水裡後，會被水分子包圍（水合），這一步會放出能量。

兩邊相比：硝酸銨拆開要的能量比較多，所以整體要從周圍吸收熱。這叫吸熱過程，ΔH > 0。

熱從哪裡來？先從袋子裡的水來，所以水的溫度往下掉；接著再從你的皮膚來。所以溫度下降的是周圍，吸熱的是溶解過程。

學測化學 吸熱過程能量圖：溶解前的固體在低處，溶解後的水合離子在高處，箭頭向上表示吸收熱。放熱 ΔH 小於 0，例如昨天的暖暖包；吸熱 ΔH 大於 0，例如冰敷袋的溶解。溫度下降的是周圍，吸熱的是溶解過程。
吸熱：之後的能量比之前高，ΔH > 0。

昨天的暖暖包剛好相反：鐵生鏽是放熱反應，ΔH < 0，所以周圍變暖。

這在課綱的哪裡？

國中就學過：

  • Ba-Ⅳ-3「化學反應中的能量改變，常以吸熱或放熱的形式發生。」
  • Bb-Ⅳ-1「熱具有從高溫處傳到低溫處的趨勢。」

高中部定必修（學測範圍）：

  • CBa-Ⅴc-1「化學反應發生後，產物的能量總和較反應物低者，為放熱反應；反之，則為吸熱反應。」
  • CBa-Ⅴc-2「能量轉換過程遵守能量守恆。」
  • PBb-Ⅴc-4「由於物體溫度的不同所造成的能量傳遞稱為熱。」

溶解是物理變化，但「之後的能量比之前高＝吸熱、ΔH > 0」的想法完全一樣。下面的小測驗還用到必修的莫耳計算。

學測小測驗：吸熱還是放熱？多少？

40 g 硝酸銨全部溶解。已知莫耳質量 80 g/mol，溶解的 ΔH = +26 kJ/mol。

A. 吸收 13 kJ　B. 放出 13 kJ　C. 吸收 26 kJ

比特說：「變冷了，ΔH 是負的，選 B！」

學測小測驗：冰敷袋裡有 40 公克硝酸銨，全部溶解。ΔH 等於正 26 千焦耳每莫耳，莫耳質量 80 公克每莫耳。吸收或放出多少熱？A 吸收 13 kJ，B 放出 13 kJ，C 吸收 26 kJ。比特說變冷了 ΔH 是負的，選 B。
先暫停猜一下！

第 1 步：已知，先換成莫耳數

$$ n=\frac{m}{M}=\frac{40\ \text{g}}{80\ \text{g/mol}}=0.5\ \text{mol} $$

比特也算到 0.5 mol。他的問題不在這裡，在正負號。

第一步：已知質量 40 公克，莫耳質量 80 公克每莫耳。莫耳數 n 等於 m 除以 M，40 除以 80 等於 0.5 莫耳。比特也算到 0.5 莫耳，問題在正負號。
第 1 步：40 g 是 0.5 mol。

第 2 步：代入，看正負號

1 mol 溶解吸收 26 kJ，所以 0.5 mol：

$$ Q=0.5\ \text{mol}\times26\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}=13\ \text{kJ} $$

ΔH 是正的，代表吸熱。周圍的水和你的手變冰，正是因為熱被吸走了。

第二步：1 莫耳吸收 26 千焦耳，Q 等於 0.5 莫耳乘 26 千焦耳每莫耳，等於 13 千焦耳。ΔH 大於 0，正的，代表吸熱。變冰的是周圍的水和你的手，正是因為熱被吸走了。
第 2 步：13 kJ，而且是吸收。

第 3 步：答案與意義

答案是 A，吸收 13 kJ。

  • 比特的 B 錯在：溫度下降的是周圍，不是溶解過程放熱。變冷正是吸熱的證據。
  • C 的 26 kJ 是 1 mol 的量，忘了只有 0.5 mol。

粗估一下會多冰：假設袋裡有 200 g 水，熱全部來自這些水（水的比熱約 4.18 J/(g·°C)，不計散熱）：

$$ \Delta T\approx\frac{13000\ \text{J}}{200\ \text{g}\times4.18\ \text{J/(g·°C)}}\approx16\ ^\circ\text{C} $$

25 °C 的水大約會降到 9 °C。硝酸銨很好溶（每 100 g 水大約能溶 190 g），所以 40 g 會全部溶完。

第三步：吸收 Q 等於 13 千焦耳，答案是 A。比特的 B 錯：溫度下降的是周圍，溶解過程是吸熱。C 的 26 千焦耳忘了只有 0.5 莫耳。粗估：200 公克水，溫度約下降 16 度，25 度變成約 9 度。
第 3 步：答案是 A，吸收 13 kJ。

常見迷思

冰敷袋放出「冷」？

沒有「冷」這種東西。變冷是熱被拿走：熱從你的皮膚流向冰敷袋。

變冷了，所以是放熱、ΔH 是負的？

剛好相反。ΔH 說的是溶解過程本身：它吸收熱，ΔH > 0。熱被吸走的周圍，溫度才會下降。

捏的壓力讓它變冷？

捏只是把水袋弄破，讓水和硝酸銨碰在一起。熱的變化來自溶解。

下次你捏冰敷袋，就會發現…

它是在把你皮膚的熱吸走；粉都溶完了，它就慢慢回到室溫，不能再冰一次。

再一題

同樣 ΔH = +26 kJ/mol（莫耳質量 80 g/mol），如果只有 20 g 硝酸銨溶解呢？

A. 吸收 6.5 kJ

B. 放出 6.5 kJ

C. 吸收 13 kJ

看答案

答案是 A，吸收 6.5 kJ。

① 先換成莫耳數：

$$n=\frac{20\ \text{g}}{80\ \text{g/mol}}=0.25\ \text{mol}$$

② 乘上每莫耳的熱，正負號照抄（正的＝吸熱）：

$$Q=0.25\ \text{mol}\times26\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}=6.5\ \text{kJ}$$

粉少了一半，吸的熱也少一半。

資料來源

In English

It was never in a freezer. So why does an instant cold pack turn icy when you squeeze it?

There is no such thing as "cold". Getting cold means heat is taken away, and heat always flows from hot to cold.

Inside the pack, there is a small bag of water and some ammonium nitrate powder (some packs use urea). When you squeeze it, the water bag breaks and the ammonium nitrate dissolves into ions. This is dissolving, not a chemical reaction that makes a new substance.

To pull the ions apart takes energy. When the ions are surrounded by water (hydration), some energy comes back, but not enough. So dissolving takes in heat from its surroundings. It is an endothermic process, and ΔH is positive. The heat comes first from the water, then from your skin. Yesterday's hand warmer is the opposite: rusting iron is exothermic, ΔH < 0.

Quiz: 40 g of ammonium nitrate (80 g/mol) dissolves, with ΔH = +26 kJ/mol. First, 40 g is 0.5 mol. Then 0.5 × 26 = 13 kJ. ΔH is positive, so 13 kJ is taken in (answer A). Bit chose "gives off 13 kJ" because the pack got cold. But the cold surroundings are the sign that heat was taken in. C forgot that there is only 0.5 mol.

Rough check: with 200 g of water and no heat loss, the temperature drops by about 16 °C, from 25 °C to about 9 °C.

Next time you squeeze a cold pack, notice: it is pulling heat out of your skin. Once all the powder has dissolved, it slowly warms back to room temperature.

※ Example values for teaching (ΔH taken as +26 kJ/mol; the literature value is about +25.7). Do not eat or open a cold pack. Illustrations are AI-generated.