3.1-1 分子式與實驗式
壹、化學式 1. 定義：以元素符號、數字或化學鍵來描述物質的組成，稱為化學式。 2. 化學式的分類： 一、實驗式（簡式） 1. 定義：物質中所含原子的種類及原子間最簡整數比。 2. 式量：實驗式中所有原子的原子量總和。 3. 實驗式的求法：元素分析法 (1) 先求得待測樣品（AxByCz）中各成分元素的重量（W）。 (2) 原子莫耳比 nA：nB：nC = A A W M ： B B W M ： C C W M = x：y：z（M：原子量） 4. 若為有機化合物，則常用燃燒分析法： (1)將有機物完全燃燒，並將生成物（CO2、H2O）完全吸收，儀器裝置如圖。 (2)2CuO △→ 2Cu + O
2，可提供更多 O2幫助有機物完全燃燒。將燃燒未完全的 C、CO 及 H2氧化成 CO2和 H2O。 (3)過氯酸鎂（Mg(ClO4)2）為一種乾燥劑，可吸收 H2O(g) Mg(ClO4)2 + 6H2O → Mg(ClO4)2‧6H2O 此管增加的重量恰好為 H2O(g)的重量。 (4)氫氧化鈉（NaOH(s)）可吸收 CO2：2NaOH+CO2 → Na2CO3 + H2O 此管增加的重量恰好為 CO2(g)的重量。 (5)兩 U 形管填充物質（Mg(ClO4)2、NaOH(s)）不可互相對調。(6)利用𝑊𝐻2𝑂及𝑊𝐶𝑂2，即可算出該化合物中碳、氫的重量 WC =𝑊𝐶𝑂2× 12 44 WH =𝑊𝐻2𝑂× 2 18 WO = W－WC－WH 原子莫耳數比 C：H：O = C 12 W ： H 1 W ： O 16 W = x：y：z（最簡整數比） 故實驗式為 CxHyOz 註：有機物中 O 的重量 = 有機物初始重量－WH －WC； 絕對不可將 O 的重量以 WO =𝑊𝐻2𝑂×16 18 +𝑊𝐶𝑂2× 32 44表示。 (7)再依各成分元素的莫耳數比求出簡式與式量。 (8)若已知該化合物分子量，分子量 式量 = n（n 為正整數），(簡式)n = 分子式。 5. 實驗式相同化合物之性質比較： 比較 C2H4O2（乙酸）與 C6H12O6（葡萄糖） ⊙相同處 (1)簡式：CH2O (2)式量：12 + 1×2+16=30 (3)各成分元素的重量百分比：（以碳原子為例） a. 乙酸：
C％＝ 12×2 12×2＋1×4＋16×2 ＝40％ H％＝ 12×2＋1×4＋16×2 1×4 ＝6.7％ O％＝ 16×2 12×2＋1×4＋16×2 ＝53.3％ b. 葡萄糖：
C％＝ 12×6 12×6＋1×12＋16×6 ＝40％ H％＝ 12×6＋1×12＋16×6 1×12 ＝6.7％ O％＝ 16×6 12×6＋1×12＋16×6 ＝53.3％ (4)等重下，各成分元素的原子數：（各以 180 克為例，看氫原子數） C2H4O2含(180/60)×4=12(mol)，C6H12O6含(180/180)×12=12(mol) (5)等重下的原子總數：（各以 180 克為例） C2H4O2總原子數=(180/60)×(2 + 4 + 2) = 24 (mol) C6H12O6總原子數=(180/180)×(6 + 12 + 6) = 24 (mol) (6)等重下，與某物 A 完全反應，所需 A 的重量： 如：與氧氣完全燃燒，反應式為 C2H4O2 + 2O2 → 2CO2 + 2H2O C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O (180/60)×2×32 =192 (180/180)×6×32 =192 (7)承(6)，兩物等重下，與某物 A 完全反應，生成產物 B 的重量： 如：產生二氧化碳 C2H4O2 + 2O2 → 2CO2 + 2H2O C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O (180/60)×2×44 =264 (180/180)×6×44 =264 (8)若為氣體，則同溫同壓下，等體積時具有相同分子數。 ⊙相異處 (1)等重下的分子數 (2)分子量 (3)示性式、構造式 (4)物性、化性6.實驗式相同的兩物質不一定為同一化合物： 如：二氧化氮（NO2）與四氧化二氮（N2O4），實驗式皆為 NO2。 7. 以實驗式表示的物質： (1) 金屬，如：Au（金）、Cu（銅）。 (2) 離子化合物，如：NaCl（氯化鈉）、NaOH（氫氧化鈉）、NH4Cl(氯化銨)。 (3) 共價網狀固體，如：C（金剛石）、SiO2（石英）。 例題1 ―日大― 下圖是分析碳氫化合物組成的裝置。將試樣置於純氧中燃燒後，產生水蒸氣及二氧化碳，使之通過 甲、乙兩 U 型管。下列關於甲管的敘述，何者正確？ (A)甲管裝氫氧化鈉，以吸收產生的水蒸氣 (B)甲管裝氫氧化鈉，以吸收產生的二氧化碳 (C)甲管裝過氯酸鎂，以吸收產生的水蒸氣 (D)甲管裝過氯酸鎂，以吸收產生的二氧化碳。 答案：(C) 解析：氫氧化鈉可吸收 CO2 及 H2O，過氯酸鎂僅可吸收 H2O，故產物之混合氣體必須先通過水蒸 氣吸收管，再通過二氧化碳吸收管，才能分別測出 H2O 及 CO2 的重量。 故甲管裝過氯酸鎂以吸收產生的水蒸氣，乙管裝氫氧化鈉以吸收產生的二氧化碳，兩管的順 序不可更換！ 例題2 ―日大― 某有機化合物 6.51 毫克完全燃燒後，得到 20.47 毫克二氧化碳及 8.36 毫克水。則此有機化合物最 可能是下列何物質？ (A) C6H14 (B) C6H12O6 (C) C4H10O4 (D) C5H10。 答案：(D) 解析：該有機化合物中的 C 重＝20.47 × 12 12+16×2＝5.58， H 重＝8.36 × 1×2 1×2+16＝0.93 ∵6.51－5.58－0.93＝0 ∴該有機化合物只含有 C、H 兩種元素 該有機化合物的 C 原子數：H 原子數 ＝5,58 12： 0.93 1 ＝1：2 故須選擇化學式中的 C、H 原子數比為 1：2 者。 例題3 ―日大― 有 m 克的鎂片在氧中完全燃燒生成 n 克的氧化鎂，則鎂的原子量為下列何者？ (A) m n m 8 － (B) n m m 16 － (C) n m m 24 － (D) n m m 32 － 。 答案：(B) 解析：氧化鎂的化學式為 MgO → 原子數 Mg：O＝1：1＝𝑚 𝑀： 𝑛−𝑚 16 → M＝ 16𝑚 𝑛−𝑚
例題4 ―87.推甄― 將碳酸鈉晶體 0.572 克加熱除去結晶水，可得到 0.212 克無水碳酸鈉粉末。碳酸鈉晶體的化學式為 Na2CO3．xH2O，則 x 為下列何值？ （原子量：H＝1，C＝12，O＝16，Na＝23） (A) 2 (B) 3 (C) 8 (D) 10 (E) 12。 答案：(D) 解析：由晶體的化學式 Na2CO3．xH2O 可知： 莫耳數比 Na2CO3：H2O＝1：x＝ 0.212 23×2+12+16×3： 0.572−0.212 1×2+16 → x＝10 例題5 ―89.日大― 超導體為具有零電阻及反磁性的物質，以 Y2O3、BaCO3 及 CuO 為原料，經研磨及燒結可合成一高 溫超導物質 YBa2Cu3Ox。現欲合成 0.50 莫耳此高溫超導物，依化學劑量比例，需取 Y2O3、BaCO3 及 CuO 的莫耳數分別為何？ (A) 0.50，0.50，0.50 (B) 0.25，1.0，1.5 (C) 0.5，1.0，1.5 (D) 1.0，0.25，0.17 答案：(B) 解析：要合成 0.5 莫耳的 YBa2Cu3Ox，由原子不滅可知需要有 0.5 莫耳的 Y、1.0 莫耳的 Ba 和 1.5 莫 耳的 Cu，故需要 0.25 莫耳的 Y2O3、1.0 莫耳的 BaCO3 和 1.5 莫耳的 CuO。
例題6 ―93.指考― 某金屬之原子量為 w，若取該三價金屬之氧化物 x 克，將其完全還原後，可得 y 克金屬。試問該金 屬的原子量 w 可以用下列的哪一式子表示？ (A) y x y 8 － (B) y y x 16（ － ） (C) x 16 y x－ (D) y 24 y x－ (E) y x y 24 － 。 答案：(E) 解析：因是三價金屬，故其氧化物化學式為 M2O3。 原子數比 M：O＝2：3＝𝑌 𝑊： 𝑋−𝑌 16→ w＝ 24𝑌 𝑋−𝑌 例題7 ―97.指考― 含有碳、氫、氧的化合物進行元素分析時，須先將分析物完全氧化後，再以不同的吸收管吸收所生 成的二氧化碳及水蒸氣。下列有關元素分析實驗的敘述，哪些是正確的？ (A)可用含水的過氯酸鎂吸收水蒸氣 (B)可用氫氧化鈉吸收二氧化碳 (C)化合物的含氧量，可由所生成的水蒸氣及二氧化碳中的含氧量相加求得 (D)由元素分析實驗可直接求得化合物的分子式 (E)若以無水氯化亞鈷試紙檢驗實驗中所產生的水蒸氣，則試紙呈粉紅色。 答案：(B)(E) 解析：有機化合物中碳和氫的元素分析如下圖所示： (A)要用無水的過氯酸鎂來吸收水蒸氣。 (C)生成的水蒸氣和二氧化碳中的氧，部分來自化 合物本身，部分來自外界提供的氧氣。故化 合物的含氧量，應先由二氧化碳求出碳重， 由水重求出氫重，再由化合物的重量扣除碳 重和氫重，才能求得氧重。 (D)由元素分析實驗只能求出化合物的實驗式。
例題8 ―98.學測― 食品中的蛋白質含量，可由測定其氮元素的含量來間接推算。臺灣在 97 年 9 月間發生的「毒奶」 風波，係不肖廠商在奶粉中添加三聚氰胺（分子式＝C3H6N6、分子量＝126），以造成蛋白質含量 較高的假象所導致。假設正常奶粉中的蛋白質，其平均含氮量約 16.6％，則三聚氰胺的含氮量約為 正常奶粉中蛋白質平均含氮量的幾倍？ (A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 5 (E) 6。 答案：(C) 解析：三聚氰胺的含氮量＝ 14×6 12×3+1×6+14×6× 100％＝66.7％ 故三聚氰胺和蛋白質的含氮量之比值為 66.7% 16.6%＝4 例題9 ―99.學測―
硝酸銅受熱分解，可用下列反應式表示：2Cu(NO3)2(s) △ 2CuO(s)＋nX(g)＋O2(g)
式中 n 為係數。試推出 X 是什麼化合物？ (A) NO (B) NO2 (C) N2O (D) N2O3 (E) N2O5。 答案：(B) 解析：由原子不滅可知 nX 中含有 4 個 N 原子和 8 個 O 原子，則 X 的實驗式為 NO2，分子式可能 為 NO2 或 N2O4，故選(B)。 二、分子式 1. 定義：表達物質中所含元素的種類及實際原子數目，稱為分子式。 2. 分子量：分子式中所有原子的原子量總和。 3. 分子式的求法：分子量與式量相差 n 倍（n = 正整數）。 分子量 式量 = n 分子式 = (實驗式)n 4. 以分子式表示之物質： (1) 非金屬元素： 氫氣（H2）、氧氣（O2）、氮氣（N2）、氟氣（F2）、氯氣（Cl2）、溴（Br2）、碘（I2）、芙 （C60）、黃磷（P4）、硫磺（S8）及鈍氣（又稱惰性氣體，如 He、Ne、Ar …）等。 (2) 非金屬化合物：
CO、CO2、NO、NO2、SO2、SO3、無機含氧酸（HmXOn：如 H2SO4、HNO3、H3PO4、
H2CO3）、氫某酸(如 HCl、HBr、H2S、HCN…等)及有機物(如 C6H12O6、C2H5OH、 CH3COOH…等) 5. 常見測量分子量的方法：亞佛加厥定律 (1) 定義：同溫同壓下，相同體積的氣體含有相同數目之分子數。 (2) 分子數相同 分子莫耳數相同，即 n1 = n2 莫耳數 n =W M = 質量 分子量 1 1 W M = 2 2 W M ∴ 同體積的氣體 W1：W2 = M1：M2 (3) 不同體積下，則 1 1 W V ： 2 2 W V = d1：d2 = M1：M2 （d：氣體密度；V：氣體體積） (4) 0 ℃、1 atm（STP）下，1 莫耳氣體體積 22.4 公升。 (5) 25℃、1 atm（NTP）下，1 莫耳氣體體積 24.5 公升。
【化學學堂】 ⊙分子量的其他求法 1. 理想氣體方程式：PV = nRT = W M RT PM = W V RT = dRT 單位：P（atm），V（升），T（絕對溫度 = 攝氏溫度 + 273）， R（0.082 atm．L/K．mol，常數），M（分子量） 2. 擴散（逸散）公式： 1 2 R R = 2 1 M M ，R = V t （擴散體積） （時間） = n t （擴散莫耳數） （時間） 3. 酸鹼中和反應 (1) 達滴定終點時，H+的莫耳數 = OH－的莫耳數 (2) nA×a = nB×b，即酸分子的莫耳數×每莫耳酸可解離的氫離子個數 = 鹼分子的莫耳數×每莫 耳鹼可解離的氫氧根離子個數 (3) ∵n = W M =體積莫耳濃度（M）×溶液公升數（L） ∴ A A W M ×a = b×鹼的體積莫耳濃度×體積，可求出酸的分子量（MA） 4. 溶液的凝固點下降量（Tf）（與純溶劑的凝固點相較）： Tf = Kf×m Kf：凝固點下降常數；m：重量莫耳濃度（= B n 溶質莫耳數（ ） 溶劑公斤數 ） ∴Tf = Kf× B B A 1000 w M w（克），可求出溶質分子量（MB） 5. 滲透壓（）： = i×C×R×T i：陰陽離子個數和， C：體積莫耳濃度（M，mol/L），R = 0.082（atm．L/K．mol）， T：絕對溫度（攝氏溫度+ 273） 例題10 ―日大― 有甲、乙兩種氣體，各重 1.64 克及 0.5 克。在同溫、同壓時，甲氣體之體積為乙氣體之兩倍，若知 乙氣體之分子量為 28，則下列分子何者可能為甲氣體？（原子量：N＝14，O＝16） (A) NO2 (B) N2O (C) N2O4 (D) N2O5。 答案：(A) 解析：由亞佛加厥定律：同溫、同壓、同體積的氣體含有同數目的分子，又由題意在同溫、同壓時 ，甲之體積為乙的兩倍，故甲的莫耳數亦為乙的兩倍，則1.64 𝑀甲： 0.5 28＝2：1，M甲＝46 (A) NO2＝14＋32＝46 (B) N2O＝28＋16＝44 (C) N2O4＝28＋64＝92 (D) N2O5＝28＋80＝108 例題11 ―夜大―
下列哪一個化學式不是分子式？ (A) CH4 (B) NaCl (C) C60 (D) C17H31COOH。
答案：(B) 解析：(B) NaCl 為離子固體，以實驗式表示。 例題12 ―91.指考― 有一烷類化合物（CnH2n＋2）完全燃燒後，會產生 9 升二氧化碳及 10 升水蒸氣，則下列何者為此化 合物最有可能的分子式？ (A) C7H16 (B) C8H18 (C) C9H20 (D) C10H22。 答案：(C) 解析：燃燒產物 CO2 中的 C 元素及 H2O 中的 H 元素均完全來自烷類，根據亞佛加厥定律，同溫、 同壓下的氣體分子數比 CO2：H2O＝體積比＝9：10，故 C 原子數：H 原子數＝9 × 1：10 × 2 ＝9：20 →僅有(C) C9H20 符合 例題13 ―95.指考― 某碳氫化合物 2.2 克，經完全燃後產生 6.6 克二氧化碳，則此化合物最可能之分子式為何？ (A) CH4 (B) C2H6 (C) C2H4 (D) C3H8 (E) C4H10。 答案：(D) 解析：原碳氫化合物 2.2 克中所含的 C 重＝6.6 × 12 12+16×2＝1.8（克），H 重＝2.2－1.8＝0.4（克） →該碳氫化合物的原子數比 C：H＝1.8 12： 0.4 1 ＝3：8，故其實驗式為 C3H8 →其分子式為(C3H8)n，故為(D)。 例題14 ―100.學測―
鈉是鹼金屬，化性活潑可以構成許多化合物，例如 NaCl、Na2O、Na2O2、NaOH、NaHCO3、Na2CO3
。其中的四種鈉化合物若以甲、乙、丙、丁為代名，而已知 Na2O2 與水反應會產生氧，則由下列
反應式（係數未平衡）可推出，式中甲、乙、丙、丁的化學式。回答下列各題： 甲(s)△ 乙(s)＋CO2(g)＋H2O()
丙(s)＋H2O()→丁(aq)＋O2(g)
乙(aq)＋Ca(OH)2(aq)→丁(aq)＋CaCO3(s)
丙(s)＋CO2(g)→乙(s)＋O2(s)
(1)下列哪一個是丙的化學式？
(A) Na2O (B) Na2O2 (C) NaOH (D) NaHCO3 (E) Na2CO3。
(2)下列哪一個是丁的化學式？
(A) NaCl (B) Na2O (C) Na2O2 (D) NaOH (E) NaHCO3。
答案：(1)(B)；(2)(D)
解析：2Na2O2(s)(丙)＋2H2O(l)→ 4NaOH (aq)(丁)＋O2(g) 2Na2O2(s)＋2CO2(g)→ 2Na2CO3(s)＋O2(g)
Na2CO3(aq)(乙)＋Ca(OH)2(aq)→ 2NaOH(aq)(丁)＋CaCO3(s) 2NaHCO3(s)(甲)→ NaCO3(s)(乙)＋CO2(g)＋H2O(l)
一、結構式 1. 定義：除能傳達分子式所含的訊息外，還能表示分子中各原子的排列及鍵結情況，但未必能 表達分子真正形狀。 如：氯仿（CHCl3） 2. 表示法： (1) 常用於非金屬形成的分子化合物。 (2) 在兩鍵結的原子中用短橫線「－」代表共價鍵，再擴展至整個分子。 (3) 為滿足八隅體法則，常見元素的鍵結數如下： a. 碳（C）的鍵結數：4，如： （甲烷） b. 氫（H）的鍵結數：1，如：H－H（氫氣） c. 氧（O）的鍵結數：2，如：O＝O（氧氣） d. 氮（N）的鍵結數：3，如：N≡N（氮氣） 3. 同分異構物： (1) 定義：分子式相同，結構式不同的化合物。 (2) 如：乙醇與甲醚互為同分異構物 乙醇 甲醚 實驗式 C2H6O C2H6O 分子式 C2H6O C2H6O 示性式 C2H5OH CH3OCH3 結構式 二、示性式 1. 定義：除了表示分子所含原子的種類與數目外，還能將代表分子特性的原子團（即官能基） 排列出來的式子，稱為示性式。這是有機化合物最常用的化學式。 2. 官能基：化合物的特性常由分子中某群特定的原子團所造成，此原子團稱為官能基。 3. 常見官能基：R 或 R'為烴基
(1) 羥基（－OH）：通式 ROH，如：C2H5OH（乙醇）
(2) 醚基（C－O－C）：通式 R－O－R'，如：CH3OCH3（甲醚）
(3) 羧基（－COOH）：通式 RCOOH，如：CH3COOH（乙酸）
(4) 酯基（－COOC－）：通式 RCOOR'，如：HCOOCH3（甲酸甲酯）
(5) 醛基（－CHO）：通式 RCHO，如：C2H5CHO（丙醛）
4. 示性式也可由刪除結構式中的鍵結簡化得到。 例如：醋酸結構式： ，簡化得示性式 CH3COOH。 例題15 ―98.指考― 下列有關化學式的敘述，哪些正確？ (A)結構式可以表示化合物中原子間的排列情形 (B)網狀固體因為沒有分子的單位，所以無法以結構式表示 (C)使用示性式的主要目的是補足分子式未能表示的官能基結構特性 (D)從分子式可以得知分子中組成原子的種類、數目與原子連結順序 (E)分子化合物的簡式（實驗式）可以從其元素分析數據及組成原子的原子量求得。 答案：(A)(C)(E) 解析：(B)網狀固體有結構式。 (D)應為結構式。 【科學知識家】 ⊙通式 1. 烷類：CnH2n+2，n≧1 2. 烯類：含一雙鍵，故為 CnH2n，n≧2 3. 炔類：含一參鍵，故為 CnH2n+2，n ≧2 4. 醇類：CnH2n+2O，n≧1 ⊙易混淆的名詞 名詞 定義 舉例 同分異構物 分子式相同但結構式不同的化合物。 物性、化性皆不同。 乙醇與甲醚 同素異形體 組成元素相同，但形成固體時，因堆 積方式不同造成形狀不同。 (1)金剛石、石墨與 C60 (2)斜方硫與單斜硫 (3)白磷與紅磷 (4) O2與 O3（臭氧） 同位素 原子序相同但質量數不同的元素（亦 即質子數相同、中子數不同）。 物性不同，化性相同。 16 8O（8 個質子，8 個中子） 17 8O（8 個質子，9 個中子） 同量素 質量數相同的元素。 14 6N與 14 7N
3-1.3 分子模型
⊙分子模型1. 分子為立體結構，平面上難以精確表示各原子的相對位置。 2. 以甲烷（CH4）為例，其結構式畫法為 ，為平面四方形結 構。因此 H－C－H 之間的鍵角應為 90°。但實際上，甲烷為正四面體的結構（圖 3-2），H－ C－H 的鍵角則為 109°28'。 3. 常見的分子模型： (1) 球－棍模型： a. 使用小球來代表原子，並在兩球之間以一或多根棍棒連結，以表示原子和原子結合的化 學鍵及其鍵數。 b. 以不同顏色小球代表不同元素。 (2) 填充模型： a. 球－棍模型沒有考慮到電子所占的空間；反之，填充模型代表各種原子的球和實際原子 的大小呈比例關係，球與球之間則依照實際的鍵結位置緊密結合。 b. 填充模型難以立即確認分子種類。
3-2.1 化學反應表示法
一、化學反應的 3 大原則 1. 質量守恆（原子不滅）定律 (1) 巨觀：遵守「質量守恆定律」，即反應前總質量 = 反應後總質量。 (2) 微觀：遵守「原子不滅定律」，反應發生時，化合物中的原子重新排列，產生新分子，故 反應前原子種類及數目=反應後原子種類及數目。 2. 能量不滅定律：無論吸熱或放熱反應，反應前總能量 = 反應後總能量。 3. 電荷守恆定律：反應前粒子的電荷之和 = 反應後粒子的電荷之和。 二、化學反應式 1. 定義：以化學式描述各物質間產生化學反應的式子，亦稱「化學方程式」。 (1) 反應物：反應前的物質，習慣上反應物寫在箭號左邊。 (2) 生成物：反應後產生的新物質，亦稱為「產物」，習慣上生成物寫在箭號右邊。 (3) 箭號：表示反應方向，通常由左而右（→）。 (4) 狀態：表示反應物及生成物的狀態，標示在化學式的右下角，如： a. 固態：(s)，如：H2O(s)冰 b. 液態：(l)，如：H2O(l)水 c. 氣態：(g)，如：H2O(g)水蒸氣 d. 水溶液：(aq)，如：NaCl(aq)食鹽水 (5) 反應條件：溫度、壓力、催化劑…等，標示在箭號的上、下方。 (6) 若為熱化學反應式，則需標示反應熱（H）。 2. 原則 (1) 必須以客觀事實為基礎，絕不能憑空臆想。 (2) 遵守化學反應的 3 大原理，即「質量守恆」、「能量不滅」以及「電荷守恆」。 3. 化學反應式所表達的訊息 (1) 瞭解反應物（箭號左側）與生成物（箭號右側）的種類。 (2) 反應物與生成物的相對變化量。(3) 瞭解反應物與生成物的狀態。 (4) 瞭解反應所需條件。 (5) 瞭解反應的熱量變化。 (6) 證實「質量守恆」、「能量不滅」以及「電荷守恆」定律。 4. 化學反應式無法表達的訊息 (1) 反應機構：化學反應式僅記錄最初與最終狀態，其過程（反應機構）無法完全得知，需經 由實驗證實其反應步驟。 (2) 反應速率：反應速率的快慢需經由實驗方能得知。 (3) 達平衡所需時間：反應式還需多久方能達成平衡，亦只能由實驗測得。 5. 反應式種類 (1) 一般（分子）反應式
Pb(NO3)2 + 2NaI → PbI2 + 2NaNO3 ；2H2 + O2 → 2H2O
(2) 離子反應式：Pb(NO3)2、NaI 在水中均可解離成陽、陰離子，再相互作用。
Pb2+(aq) + 2NO3－(aq) + 2Na+(aq) +2I－(aq) → PbI2(s) +2Na+(aq) +2NO3－(aq)
(3) 淨離子反應式：僅寫出參與反應的離子，其他不反應的離子省略不寫。 Pb2+(aq) +2I－ (aq) → PbI2(s)
(4) 熱化學反應式：反應式中涵蓋物質狀態與反應熱。 C(s) +O2(g) → CO2(g) +393.2 kJ C(s) +O2(g) → CO2(g) H = －393.2（kJ） 【註】H > 0 表示吸熱，H < 0 表示放熱 (5) 核反應式：反應前後質量數不滅、總電荷數不滅。 235 92U+ 1 0n→ 141 56Ba+ 92 36Kr+ 3 1 0n+ 能量
3-2.2 化學反應式的平衡
一、化學反應式的平衡 1. 原理：遵守「質量守恆」、「能量不滅」以及「電荷守恆」。 2. 常見平衡的方法： (1) 觀察法： a. 寫出反應物及生成物，並以「→」表示反應方向。 b. 先平衡箭號兩端只出現 1 次，且原子數左、右不相等的元素。 c. 由已平衡係數的化學式中，找出未平衡的元素加以平衡之。 如：無色的硝酸鉛和碘化鉀水溶液混合在一起，可得到黃色的碘化鉛沉澱和溶於水的硝 酸鉀。Pb(NO3)2(aq) + KI(aq) → PbI2(s) + KNO3(aq)
碘（I）僅出現 1 次，且原子數左、右不相等 Pb(NO3)2(aq) +2KI(aq) → PbI2(s) +KNO3(aq)
鉀（K）的原子數左、右不相等
Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) → PbI2(s) + 2KNO3(aq) (2) 代數法：
a. 將各係數設為未知數。
aMnO4 + bC2O4 + cH+ → dMn2+ + eCO2 + fH2O 依 Mn a = d 依 O 4a + 4b = 2e + f 依 C 2b = e 依 H c = 2f 依電荷總數 a b) + c = 2d 設 a = 1，代入各式可求得 b = 5 2，c = 8，d = 1，f = 4 ∴全反應：MnO4 + 5 2C2O4 + 8H + → Mn2+ + 5CO 2 + 4H2O 2MnO4 + 5C2O4 + 16H+ → 2Mn2+ + 10CO2 + 8H2O 例題16 ―83.推甄― 甲氣體 1 升剛好能與乙氣體 3 升化合，產生丙氣體 2 升。若甲氣體的分子式為 A3(即三原子分子) ，則乙氣體的分子式可能是下列哪一個？ (A) AB (B) AB2 (C) A2B (D) A2B2。 答案：(B) 解析：同溫、同壓下，氣體分子數比＝體積比，且依據道耳頓原子說──任何分子均由整數個原子 所組成。 1甲＋3乙 → 2丙→ A3＋3AxBy→ 2AmBn（x、y、m、n 均為正整數） 由原子守恆，則 3＋3x＝2m ……○１ 3y＝2n…………○２ 2m 和 2n 為偶數，故可判斷出 x 為奇數，y 為偶數。 亦可由 1×3＋3×x＝2×m，3（x＋1）＝2m＝偶數 …○３ 3×y＝2×n，3y＝2n＝偶數………○４ →可判斷得知 (x必為奇數、y必為偶數) 故乙的分子式可為 AB2，其餘各項不合。 例題17 ―86.推甄 裝有下列氣體的同體積、同壓力的五種氣球，以蠟燭將其燒破，何者的爆炸力會最大？ (A)氫氣 (B)氫氣與氦氣（體積比 2：1）之混合氣體 (C)氧氣與氦氣（體積比 2：1）之混合氣體 (D)氫氣與氧氣（體積比 2：1）之混合氣體 (E)氧氣。 答案：(D) 解析：(A)只有 H2，而沒有助燃物 O2，H2 是不會燃燒的。 (B) He 是不可燃氣體；H2 雖可燃，但沒有 O2 亦不燃燒。 (C) He 是不可燃氣體。 (D)由 2H2(g)＋O2(g)→ 2H2O，當 H2 和 O2 的體積比為 2：1 時，點火可以完全反應，放出的 熱量最大。 (E) O2 可助燃，但無可燃物與之反應。 例題18 ―92.學測― 化學需氧量是指用化學方法氧化耗氧有機物質所需消耗氧的量，常用以表示水受到耗氧有機物汙染 的程度。若化合物的莫耳數相同，則下列何者的化學需氧量最大？
(A) C5H12 (B) C5H11OH (C) C4H9CHO (D) C4H9COOH。
答案：(A)
解析：根據各耗氧有機物被氧化的平衡反應式來判斷： (A) 1C5H12＋8O2→ 5CO2＋6H2O
(B) 1C5H11OH＋ 15 2O2→ 5CO2＋6H2O (C) 1C4H9CHO＋7O2→ 5CO2＋5H2O (D) 1C4H9COOH＋ 13 2O2→ 5CO2＋5H2O 故耗氧量以(A)最多。 例題19 ―91.學測補考― 在下列(1)、(2)題的圖中，以大灰球與小白球分別代表兩種不同的原子。 (1)有關甲、乙、丙、丁四個圖所含的物質，下列敘述何者最合理？ 甲 乙 丙 丁 (A)甲圖中是化合物 (B)乙圖中是混合物 (C)丙圖中是純物質 (D)丁圖中是元素。 (2)下列的反應式，何者最適合描述下圖中的反應？ (A) A2＋B2→ A2B (B) 2A2＋B2→ 2A2B (C) 3A2＋6B2→ 6A2B (D) 12A＋6B → 6A2B (E) 6A2＋3B2→ 6AB2。 答案：(1)(D)；(2)(B) 解析：(1)甲是由●與 ○兩種單原子分子所組成之混合物；乙只含有●○一種分子，為純物質；丙 是由 ●、○與●○ 三種分子所組成之混合物；丁只含有●一種分子，為純物質。 (2)若以 A 代表 ● 原子，B 代表○ 原子 →反應式為 3A2＋6B2→ 6AB2，化簡係數可得 A2＋2B2→ 2AB2 →無此選項；改以 A 代表○ 原子，B 代表● 原子 →反應式為 6A2＋3B2→ 6A2B，化簡係數可得 2A2＋B2→ 2A2B 故選(B) 例題20 ―93.學測― 水中的微生物會使水中的有機物（如 C6H10O5）轉化為 CO2 與 H2O，在這過程中所需 O2 的量，稱 為生化需氧量（BOD）。試問要將水中的 1 個 C6H10O5 分子完全變成 CO2 與 H2O，需要幾個氧分子 ？ (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5 (Ｆ) 6。 答案：(Ｆ)
解析：C6H10O5＋6O2→ 6CO2＋5H2O 由反應式係數知：1 個 C6H10O5 分子完全轉成 CO2 及 H2O， 需要 6 個氧分子。
例題21 ―95.學測―
在固定體積的密閉容器內，置入 X 和 Y 兩種氣體反應物後，會生成一種 Z 氣體產物，下圖表示反
(1)下列哪一項可表示 X 和 Y 的化學反應式？ (A) X＋Y → Z (B) X＋2Y → Z (C) 2X＋Y → Z (D) X＋Y → 2Z (E) X＋2Y → 2Z。 答案：(B) 解析：(1)由題圖判斷，反應進行時，反應物量減少，產物量增多。定體積下，單位時間內濃度的 變化關係與莫耳數的變化關係相同。因此由濃度變化量，可推得反應式係數，相同時間 內（0 ～ 80 秒）變化量：X（0.8 → 0.6）－0.2；Y（0.7 → 0.3）－0.4；Z（0 → 0.2 ）＋0.2，得反應式：(B) X＋2Y → Z (2)若於相同的反應條件下，但在 X 和 Y 反應開始時加入催化劑，下列哪一圖最可表示反應物和 產物的濃度隨反應時間的變化？ (A) (B) (C) (D) (E) 答案： (A) 解析：(2)催化劑縮短系統達平衡所需的時間，但不會破壞原有的平衡狀態。因此，加入催化劑後 ，平衡時 X、Y、Z 濃度不會改變，但達平衡所需時間會縮短。選(A)。 例題22 ―96.指考― 為達到環境保護及永續經營的目的，化學反應中，反應物的原子，應儘可能全部轉化為產物中的原 子。若要使下列反應： xH2C＝CH2＋yO2→z （式中的係數 x、y、z 均為整數）符合環境保護及永續經營的要 求，則（x＋y＋z）的最小數值為何？ (A) 4 (B) 5 (C) 6 (D) 7 (E) 8。 答案：(B) 解析：反應式為 2H2C＝CH2＋ O2→2 ，即 x＝2，y＝1，z＝2 故 x＋y＋z＝2＋1＋2＝5 例題23 ―96.指考――――――――――――――――――――――――――――――― 某些只含 C、H、O 三種元素的有機化合物，當 1 莫耳的該化合物完全燃燒時，所需氧的莫耳數及 所產生水的莫耳數，均與 1 莫耳的甲烷完全燃燒時相同。試問下列化合物中，哪些能滿足上述條件
？(A) HCOOH (B) HCOOCH3 (C) CH3COOH (D) C2H5COOH (E) H2C(COOH)2
答案：(B)(C)(E)
解析：CH4＋2O2→ CO2＋2H2O (A) HCOOH＋1
2O2→ CO2＋H2O (B) HCOOCH3＋2O2→ 2CO2＋2H2O (C) CH3COOH＋2O2→ 2CO2＋2H2O (D) C2H5COOH＋7
2O2→ 3CO2＋3H2O (E) H2C(COOH)2＋2O2→ 3CO2＋2H2O
例題24 ―98.指考― 家用的瓦斯有天然氣（主要成分為 CH4）或液化石油氣（主要成分為 C3H8）。若在同溫、同壓，分 別使同體積的 CH4 與 C3H8 完全燃燒，則 C3H8 所需空氣的量是 CH4 的幾倍？ (A) 5 11 (B) 3 7 (C) 2 (D) 2.5 (E) 3。 答案：(D) 解析：同溫、同壓、同體積的 CH4 和 C3H8，其莫耳數相同，由
CH4(g)＋2O2(g)→ CO2(g)＋2H2O(l) C3H8(g)＋5O2(g)→ 3CO2(g)＋4H2O (l) 則 C3H8 所需的空氣為 CH4 的 2.5 倍。 例題25 ―98.指考― 四氧化二氮與甲聯胺（CH3NHNH2）的反應為登月小艇脫離月球返回地球時所用的動力來源。此兩 化合物反應的產物為水、氮氣與二氧化碳。試問此反應的平衡化學反應式中，水與氮氣的係數比為 何？ (A) 4：3 (B) 3：4 (C) 3：2 (D) 3：1 (E) 1：3。 答案：(A) 解析：以觀察法加以平衡此化學反應式，可得： 10N2O4＋8CH3NHNH2→ 8CO2＋24H2O＋18N2 故水與氮氣的係數比是 24：18＝4：3 例題26 ―94.學測― 酒醉駕車是造成臺灣嚴重交通事故的主因。交通警察利用酒精（乙醇）吹氣濃度試驗，檢測駕駛者 體內酒精含量。其所依據的化學原理是乙醇在酸性條件下被氧化成乙酸，同時，二鉻酸根離子（ Cr2O72－）的顏色由橘黃色變成鉻離子的綠色，藉由顏色的變化檢測酒精含量。其反應式如下（係 數未平衡）：
xK2Cr2O7＋yH2SO4＋3CH3CH2OH → 2Cr2(SO4)3＋zK2SO4＋3CH3COOH＋11H2O
(1)下列有關酒精與人體反應的敘述，何者正確？ (A)酒精中的鉻離子，使神經傳導變慢 (B)酒精與體內的鉻離子結合，使人反應遲鈍 (C)酒精促使人體進行無氧呼吸，以致能量不足，精神不濟 (D)肝臟是人體代謝酒精主要器官，過量飲酒易造成肝功能損害。 (2)下列有關平衡條數 x、y、z 之間的關係，何者正確？
(A) z＞y (B) y > x＋z (C) x＋y＝12 (D) y＋z＝6 (E) x＋y＋z＝15。 答案：(1)(D)；(2)(B) 解析：(1)(A)酒精中並無 Cr3＋ 。(B)人體內並無 Cr3＋ 。 (C)酒精並無促使無氧呼吸的功能，無氧呼吸是在進行劇烈運動時發生。 (2)先看 Cr，2x＝4 x＝2 K，2x＝2z z＝2 再看 S，y＝6＋z y＝8 故(B) y＞x＋z 正確
(A) y＞z (C) x＋y＝10 (D) y＋z＝10 (E) x＋y＋z＝12
3-3.1 化學反應中質量的關係
意義：利用平衡反應式之係數計算各物質的體積或質量之間的關係，稱為「化學計量」。 1. 化學方程式與量的關係： 由方程式係數可知各物種間生成或用去的分子數比、莫耳數比，甚至於同狀況下氣體物種間 反應的體積比。 氣體方程式中各種物理量間的關係 化學方程式 N2(g) ＋ 3 H2(g) ─→ 2NH3(g) 分子數的關係 ＋ ─→ 1 分子 N2 （1×6.02×1023個） ＋ 3 分子 H2 （3×6.02×1023個） ─→ 2 分子 NH3 （2×6.02×1023個）
莫耳數的關係 1 mol 3 mol 2 mol
體積的關係 （0 ℃、1 atm） N2 H2 ─→ NH3 質量的關係 1×28 g （N2分子量＝28） 3×2 g （H2分子量＝2） 2×17 g （NH2分子量＝17） 22.4 L 體積比 1 ﹕ ﹕ 3×22.4 L 3 ﹕ ﹕ 2×22.4 L 2 2. 化學計量處理原則： (1) 寫出平衡反應方程式，將已知數量轉成莫耳數。 (2) 並找出限量試劑，由係數比＝莫耳數比，算出所求物種莫耳數。 (3) 將已求得的莫耳數換成題目所要的數量。 3. 與化學計量相關的名詞： (1) 限量試劑：化學反應中，完全被用盡的反應物，可決定生成物的「理論產量」，此種完全 用盡的試劑稱為限量試劑。 例如：a A ＋b B → c C＋d D 原有：nA nB －ax －bx 剩下： nA－ax nB－bx ∵nnAB－ax 0－bx 0 ∴ x nA a 及 nB b ⇒ 反應物莫耳數 係數 小者為限量試劑 。 (2) 理論產量：假設完全反應，由限量試劑換算所得產物的量。 A. 化學計量中，反應物完全反應所計算出生成物的產量，稱為「理論產量」。 22.4 L 3×22.4 L 2×22.4 L
B. 「限量試劑」決定生成物的理論產量。 (3) 實際產量：實際反應中，若反應物無法完全反應，最終得到的生成物之真實數量，稱為「實 際產量」。。 (4) 產率（％）：常用產率來作為每次實驗過程是否夠仔細、實驗方法是否適當或經濟的判斷 指標。 定義：產率（％）＝實際產量 理論產量 ×100％ ；產率↑，工業經濟效益↑ (5) 原子使用效率（％）：又稱為原子經濟，以「原子轉化率」衡量反應的經濟程度。為綠色 化學推展的概念之一，若製程中的原子都能成為目標產物，就能符合綠色化學的原則。 定義：原子使用效率（％）＝ 目標產物的質量 所有產物的總質量 ×100％ 例如：以水煤氣合成天然氣的反應式如下： CO＋3 H2 Ni → CH4＋H2O 原子使用效率為 16 16＋18 ×100％＝47.1％ (6) 分解百分率（α）：α＝ 反應物分解掉的量（克或莫耳數） 反應物原有的量（克或莫耳數） ×100％ 例如： N2O4 ⇌ 2 NO2 原有： n0 mol 用去：－x ＋2x ∴α＝ x n0 ×100％ 【科學知識家】 ⊙以哈柏法製氨為例 1 莫耳 N2與 3 莫耳 H2若完全反應，應可產生 2 莫耳的 NH3：N2 + 3H2 → 2NH3；但反應通常是 可逆的：N2 + 3H2 ← 2NH3，或有其他副反應（side reaction）發生，如：N2 + 2H2 ← N2H4等， 使得 NH3實際產量不及理論來得多，故 產率 =實際產量 理論產量×100 ％（產率恆小於 100 ％） ⊙純度（用％表示） 純度 = 某物質的質量 含某物質的混合物質量×100 ％ ⊙重量減少率 重量減少率 =氣體生成物的質量（會逸散離開試管） 反應物的質量 ×100 ％ 【科學知識家】 ⊙莫耳數（n）的求法 1. 適用固態、液態、氣態物質：n = W M （重量） （原子量或分子量）
2. n = 0 23 6.02 10 N N （個數） （亞佛加厥數 ） 3. 僅適用氣態物質： (1) n = 22.4 STP （體積）（升） （ 下的莫耳體積） V (2) n = 24.5 NTP V（體積）（升） （ 的莫耳體積） 【註】(1) 0 ℃、1 atm 稱為標準溫壓（STP），任何氣體 1 莫耳均為 22.4 升 (2) 25 ℃、1 atm 稱為常溫常壓（NTP），任何氣體 1 莫耳均為 24.5 升 4. 僅適用水溶液： (1) M（體積莫耳濃度，簡稱莫耳濃度）= n V （溶質莫耳數） （溶液體積）（升） (2) P（％）= WB W （溶質重） （溶液總重）×100 ％ WB = W×P（％），n = B W P M （％） （溶質分子量） 又溶液總重（W）=溶液體積（V，單位：mL）×溶液比重（即密度，d） n（溶質莫耳數）= B （％） V d P M 例題27 ―日大― 在 1000 mL 的氧氣中進行放電，產生臭氧。反應後，在同溫、同壓下，其體積變為 900 mL，則臭 氧所占的莫耳分率為何？ (A) 0.10 (B) 0.22 (C) 0.33 (D) 0.67。 答案：(B) 解析：設有 3x mL 的 O2 反應 3O2(g) → 2O3 初 1000 中 －3x ＋2x 末 1000－3x 2x → 1000－3x＋2x＝900 → x＝100 ∴𝑉𝑂2＝700， 𝑉𝑂3＝200 由 PV＝nRT 同 T、P 下→ n V ∴𝑋𝑂3＝ 𝑛𝑂3 𝑛𝑂2+𝑛𝑂3＝ 𝑉𝑂3 𝑉𝑂2+𝑉𝑂3＝ 200 900＝0.22 例題28 ―83.推甄― 分子式為 C4H6 的 1,3-丁二烯 1 莫耳完全燃燒，可得二氧化碳及水蒸氣總共多少莫耳？ (A) 4 (B) 5 (C) 6 (D) 7 (E) 10。 答案：(D) 解析：先寫出該反應的平衡反應式：1C4H6＋ 11 2O2→ 4CO2＋3H2O，由反應式的係數比，可知每 1 莫
耳 C4H6 完全燃燒，生成 4 莫耳 CO2 及 3 莫耳 H2O → 4＋3＝7（莫耳） 例題29 ―85.推甄― 汽車常裝有安全氣囊，當強烈碰撞時，瞬間引起下列反應：NaN3→ Na＋N2（注意：此反應式尚未 平衡），其所產生的氣體，快速充滿氣囊，可以達到保護車內人員安全的目的，回答下列問題： (1)已知 Na 與 N 的原子量分別是 23 與 14。若氣囊中置有 65 克 NaN3，則其莫耳數為何？ (A) 6.5 (B) 3.7 (C) 2.3 (D) 1.4 (E) 1。 (2)承(1)題，若 65 克 NaN3 完全分解，在 1 atm、25 ℃ 時，氣囊會膨脹至約多大的體積？（以理 想氣體計） (A) 15 升 (B) 20 升 (C) 25 升 (D) 30 升 (E) 35 升。 答案：(1)(E)；(2)(E) 解析：(1) 65 23+14×3＝1（莫耳） (2)先平衡該反應式的係數：2NaN3(s)→ 2Na(s)＋3N2(g) 理想氣體在 1 atm、25 ℃下的莫耳體積為 24.5 升 → 1： 𝑉 24.5＝2：3，生成 N2(g) 的體積 V＝36.75（升），(E) 35 升最接近 例題30 ―90.學測― 天然氣可作為燃料，其主要成分為甲烷。甲烷燃燒可用下式表示： CH4(g)＋2O2(g)→ CO2(g)＋2H2O(g)，下列敘述何者錯誤？ （原子量：C＝12，H＝1，O＝16） (A)甲烷燃燒屬於氧化還原反應 (B)完全燃燒 1 克甲烷，需要 2 克氧氣 (C)甲烷燃燒時，若空氣供應不足，會產生有毒的一氧化碳 (D)使 1 莫耳甲烷與 2 莫耳氧完全燃燒，並量得各氣體在標準狀況下的體積，則反應前後氣體的 總體積不變。 答案：(B)
解析：(A)在反應 CH4(g)＋2O2(g)→ CO2(g)＋2H2O(g) 中，CH4 被氧化，O2 被還原。 (B) 𝑊1 12+1×4： 𝑊2 16×2＝1：2 → W1：W2＝1：4≠1：2 (D)根據反應式的係數可知，每消耗 1 莫耳 CH4(g) 與 2 莫耳 O2(g) 時，會生成 1 莫耳 CO2(g) 與 2 莫耳 H2O(g)，故在同溫、同壓下，氣體的總體積不變。 例題31 ―90.日大― 銀戒指在含硫化氫的空氣中，會產生反應而生成黑褐色的硫化銀與水。回答下列問題： (1)寫出此反應的化學反應式。 (2)若 1.080 克銀戒指在含 0.0170 克硫化氫和 0.320 克氧的空氣中完全反應後，可得硫化銀若干克 ？（原子量：H＝1.0；O＝16.0；S＝32.0；Ag＝108）
答案：(1) 4Ag＋2H2S＋O2→ 2Ag2S＋2H2O；(2) 0.124
解析：Ag＝1.08 108＝0.01（莫耳），H2S＝ 0.017 34 ＝0.0005（莫耳），O2＝ 0.32 32＝0.01（莫耳），其中 H2S 為 限量試劑，故可生成 Ag2S 0.0005 莫耳，0.0005 × 248＝0.124（克） 例題32 ―91.學測補考― 在實驗室中可藉氯酸鉀分解反應製氧，藉碳酸鈣分解產生二氧化碳。汽車的安全氣囊則利用汽車遭 強力撞擊時，引發三氮化鈉（NaN3）瞬間分解，產生氮氣充滿氣囊，以達到保護作用。三氮化鈉 的分解反應式為 2NaN3(s)→ 2Na(s)＋3N2(g)，在常溫、常壓下，若氮氣的莫耳體積是 24.5 升∕莫耳， 則 13.0 克三氮化鈉（其物質之質量為每莫耳 65.0 克）最多可以產生多少升的氮氣？ (A) 7.35 (B) 4.90 (C) 3.68 (D) 2.45 (E) 1.63。
答案：(A) 解析：根據平衡反應式：2NaN3(s)→ 2Na(s)＋3N2(g) → 13.0 65.0： 𝑉 24.5＝2：3 生成 N2(g) 的體積 V＝7.35 升 例題33 ―92.學測― 汽車的安全氣囊在汽車發生車禍時，會利用疊氮化鈉的高溫分解反應，迅速產生氮氣（2NaN3(s)→ 2Na(s)＋3N2(g)），以達到保護駕駛的目的。若在常溫、常壓下，要產生 73.5 升氮氣，則需完全分解 多少克 NaN3？（NaN3 的式量為 65.0 克∕莫耳，常溫、常壓下理想氣體的莫耳體積是 24.5 升∕莫耳） (A) 6.5 (B) 65.0 (C) 130 (D) 260。 答案：(C) 解析：根據反應平衡式：2NaN3(s)→ 2Na(s)＋3N2(g) 𝑊 65.0： 73.5 24.5＝2：3 →所需 NaN3 的質量 W＝130（克） 例題34 ―92.學測― 甲烷（CH4）是家用天然瓦斯的主要成分，下列有關甲烷的敘述，何者正確？ (A)在甲烷分子中，氫所占的質量百分率組成為 25％ (B)甲烷具有臭味，因此瓦斯外洩時容易被察覺 (C)每 1 莫耳甲烷完全燃燒，需消耗 3 莫耳氧 (D)甲烷燃燒時，反應物的能量比產物的能量高。 答案：(A)(D) 解析：(A) 𝐶𝐻4中的𝐻質量 𝐶𝐻4質量 ＝ 1×4 1×4+12＝0.25＝25％ (B)烷類氣體本身無色、無臭，一旦外洩時不易被察覺，容易引發危險，故業者在瓦斯中添 加具有臭味的“硫醇”類物質，以利察覺。 (C) CH4＋2O2→ CO2＋2H2O，故 1 莫耳甲烷完全燃燒須耗 2 莫耳氧氣。 (D)燃燒均為放熱反應，表示反應物的能量比產物的能量高。 例題35 ―92.指考― 工廠的廢氣以及汽、機車的排氣是空氣汙染的主要來源，但廢氣中的氮與氧的化合物可藉由適量的 氨氣及催化劑，將其還原成無毒的 N2 與 H2O。今有 NO 與 NO2 的混合氣體（簡稱為 NOx）3.0 升 ，若用與 NOx 同溫同壓的氨氣 3.0 升，恰好可使該 NOx 完全反應變成 N2 與 H2O。試問該混合氣體 NOx 中，NO 與 NO2 的莫耳比為何？ (A) 1：1 (B) 1：2 (C) 1：3 (D) 3：1 (E) 2：1。 答案：(A) 解析：6NO＋4NH3→ 5N2＋6H2O 6NO2＋8NH3→ 7N2＋12H2O 設 NO 有 x 莫耳，NO2 有 y 莫耳，在同溫、同壓下，莫耳數比＝體積比，故將題中體積數據 ，視為莫耳數據處理 x + y = 3 NOx莫耳數 x ×4 6+ y 8 6= 3 NH3莫耳數 解聯立，得 x：y＝1：1 例題36 ―93.指考補考― 金屬鎂與鹽酸反應會生成氫氣，在 25 ℃、1 atm 的情況下，過量的鎂與 5.00 M 的鹽酸 100 mL 完 全反應，則可產生多少 L 的氫氣？ (A) 24.4 (B) 18.3 (C) 12.2 (D) 6.11。 答案：(D) 解析：25 ℃、1 atm 下，氣體的莫耳體積為 24.5 L。
因化學反應式為 Mg(s)＋2HCl(aq)→ MgCl2(aq)＋H2(g) 5.00 × 100 1000： 𝑉 24.5＝2：1 → V＝6.125（L），故選（D） 例題37 ―94.學測― 將 60 克的葡萄糖（C6H12O6）完全燃燒後，可得到多少克的水？ （原子量：H＝1，C＝12，O＝16） (A) 9 (B) 18 (C) 27 (D) 36 (E) 45。 答案：(D)
解析：C、H、O 化合物完全燃燒後，生成 CO2 及 H2O，其反應式為 C6H12O6＋6O2→ 6CO2＋6H2O ，反應式中各物質莫耳數變化量的比等於其反應係數比 → 60 12×6+1×12+16×6： 𝑊 1×2+16＝1：6 故生成之水重 W＝36（克） 例題38 ―94.指考― 於 25 ℃，將 0.1 莫耳丁烷與過量的氧氣在定體積的容器內完全燃燒。燃燒後，溫度回復至 25 ℃， 則下列有關此反應之敘述，哪些是正確的？ (A)需消耗氧氣 0.9 莫耳 (B)可產生 0.5 莫耳的 H2O (C)可產生 0.4 莫耳的 CO2 (D)燃燒前後，分子數目不變 (E)燃燒後，容器內的壓力會降低。 答案：(B)(C)(E) 解析：由： C4H10(g) ＋13 2O2(g) → 4CO2(g) ＋5H2O() 1 6.5 4 5 －0.1 －0.65 ＋0.4 ＋0.5 (A)消耗 0.65 莫耳 O2。 (D)分子數目增加。 (E)由反應知，氣體消耗的莫耳數和比生成氣體之莫耳數還多，故總壓會降低。 例題39 ―95.學測― 尿素 (NH2)2CO（分子量＝60）是工業上重要的化學原料，也可作為農作物的肥料成分。由氨與二 氧化碳反應可得尿素和水，若在高壓反應容器內加入 34 克氨(分子量＝17)與 66 克二氧化碳(分子量 ＝44)，假設氨與二氧化碳完全反應後，則下列有關此反應化學計量的敘述，哪幾項是正確的？ (A)平衡的化學反應式是 NH3(g)＋CO2(g)→ (NH2)2CO(aq)＋H2O()
(B)剩餘 8.5 克氨未反應 (C)剩餘 22 克二氧化碳未反應 (D)生成 60 克尿素 (E)生成 18 克水。 答案：(C)(D)(E) 解析： 化學反應式 2NH3(g) ＋ CO2(g) → (NH2)2CO(aq) ＋ H2O() 莫耳數 2 1.5 0 0 反應原始量(克) 34 66 0 0 反應消耗量(克) －34 －44 ＋60 ＋18 剩餘(產)量(克) 0 22 60 18 例題40 ―95.指考― 綠色化學的概念強調化學製程中原子的使用效率，若製程中使用很多原子，最後這些原子卻成為廢 棄物，就不符合綠色化學的原則。原子的使用效率定義為：化學反應式中，想要獲得的產物的莫耳 質量（分子量）除以所有生成物的莫耳質量（分子量）。甲基丙烯酸甲酯是一個製造壓克力高分子 的單體，以往是由丙酮製造，完整的製程可以用下列平衡的化學反應式表示： CH3COCH3 + HCN + CH3OH + H2SO4 → CH2=C(CH3)CO2CH3 + NH4HSO4
新的製程則用觸媒催化丙炔、甲醇與一氧化碳反應直接生成產物： CH3C≡CH + CH3OH + CO → CH2=C(CH3)CO2CH3 使用丙炔的新製程，沒有製造任何廢棄物，原子使用效率為 100%。試問使用丙酮製程的原子使用 效率，最接近下列哪一項？ (A)18 ％ (B) 29 ％ (C) 47 ％ (D) 55 ％ (E) 69 ％。 簡答：(C) 解析：原子使用效率 =甲基丙烯酸甲酯分子量甲基丙烯酸甲酯分子量 +硫酸氫銨分子量×100 ％ = 100 100+115×100 ％ = 46.5％ 例題41 ―96.指考― 王同學取 2.00 克柳酸（分子量＝138）與 4.00 毫升乙酐（分子量＝102，比重＝1.08），在濃硫酸的 催化下反應，所得產物經純化、再結晶及烘乾後，得到 1.80 克阿司匹靈。柳酸與乙酐反應生成阿 司匹靈的反應式如下： 試問王同學在本實驗所得的產率（％）為何？ (A) 35 (B) 47 (C) 52 (D) 69 (E) 78。 答案：(D) 解析：柳酸＝ 2 138＝1.45 × 10 －2 （莫耳），乙酐＝4×1.08 102 ＝4.24 × 10 －2 （莫耳） 故柳酸為限量試劑，最多可生成阿司匹靈 1.45 × 10－2 莫耳 故產率＝ 1.8 1.45×10−2×180 × 100％＝69％ 例題42 ―98.學測― 每人每天平均約需消耗 540 升的氧氣以維持其生存與活動之所需，而若欲於冬天提供一個人淋浴所 需的熱水，則天然氣的供氣速率約需達每分鐘 30 升。當供應的天然氣為純甲烷，且能完全燃燒而 消耗了 540 升的氧氣（每人一天生存與活動所需的氧）時，約可維持一個人多少分鐘的淋浴時間？ (A) 4.5 (B) 9 (C) 18 (D) 36 (E) 72。 答案：(B) 解析：在同溫、同壓時，氣體反應的體積比＝莫耳數比＝反應式的係數比 則由 CH4(g)＋2O2(g)→ CO2(g)＋2H2O 可知： 540 升氧氣能與 270 升甲烷反應，故270 30＝9（分鐘） 例題43 ―98.學測― 已知蔗糖的分子量為 342 克∕莫耳，而其水溶液的發酵可用下列反應式表示： C12H22O11＋H2O → 4C2H5OH＋4CO2 取蔗糖 3.42 克，溶於水後，加酵母使其發酵。假設只考慮蔗糖變為酒精的發酵，且蔗糖的發酵只 完成 50％，則在此發酵過程中，所產生的二氧化碳總共有幾毫升？（在標準狀態） (A) 112 (B) 224 (C) 336 (D) 448 (E) 896。 答案：(D)
解析：生成的 CO2＝ 3.42 342× 50％ × 4＝0.02（莫耳） 0.02 × 22.4 × 103＝448（毫升） 例題44 ―98.學測― 近年來，大氣中 CO2的濃度上升已成為全球性的問題，因而興起節能減碳運動，國內的環保團體 也宣導「中秋節不烤肉」。假若超市賣的烤肉用木炭，其含碳量為 90 %，則一包 10 公斤的木炭完 全燃燒後，會產生幾公斤的 CO2？ (A) 44 (B) 33 (C) 22 (D) 11 (E) 5.5。 答案：(B) 解析：木炭完全燃燒的反應式：C + O2 → CO2，木炭 10 公斤= 10000 克，完全燃燒後，會產生 CO2 （分子量 44）： 10000 12 ×90 %×44= 33000（克）= 33（公斤）。 例題45 ―99.學測― 有一個體積可調整的反應器中，於 27 ℃、1 大氣壓，注入 10 毫升的 A2 氣體與 30 毫升的 B2 氣體 （A 與 B 為兩種原子）。假設恰好完全反應，產生甲氣體。 (1)已知甲的分子式與其實驗式相同，則下列哪一個是甲的分子式？ (A) AB (B) AB2 (C) AB3 (D) A2B3 (E) A2B。 (2)將所生成的甲氣體降溫至 27 ℃，並將體積調整為 10 毫升時，反應器中的壓力變為幾大氣壓 ？ (A) 0.5 (B) 1.0 (C) 1.5 (D) 2.0 (E) 3.0。 答案：(1)(C)；(2)(D) 解析：(1)同溫、同壓時，氣體的體積比等於莫耳數比，故 A2(g)＋3B2(g)→ 甲，甲可能為 AB3 或 A2B6 ，故選(C)，反應式為 A2(g)＋3B2(g)→ 2AB3(g) (2)由上述反應式可知，反應後的氣體體積為 20 毫升，若將體積壓縮成 10 毫升，則壓力加 倍為 2.0 大氣壓。 例題46 ―99.指考― 開發能源與維護環境是現代科技所面臨的兩大挑戰。若能利用太陽能來電解水，產生氫氣與氧氣以 供氫氧燃料電池使用，就可以獲得有用的能量與非常乾淨的水，這樣就不會造成環境的問題。試問 90 公斤的水，完全電解可產生幾公斤的氫？ (A) 0.5 (B) 1 (C) 5 (D) 10 (E) 20。 答案：(D) 解析：由 2H2O → 2H2＋O2 → H2O＝ 90×103 18 × 2 × 10 －3 ＝10（公斤） 例題47 ―99.指考― 氣體燃燒時非常劇烈，若控制不當常引致爆炸，稱為氣爆。下列(A)至(E)選項中數字比值分別代表 五支試管中混合均勻的天然氣與空氣的體積比。若將混合氣體點火，試問哪一個混合比的爆炸最劇 烈？ (A) 1：1 (B) 1：2 (C) 1：10 (D) 1：15 (E) 1：20。 答案：(C) 解析：氣體在相同狀態時，莫耳數∝體積，由 CH4＋2O2→ CO2＋2H2O，又空氣中 O2 約占1/5，則 天然氣與空氣的體積比＝1：10。
例題48 ―99.指考― 稱取含有結晶水的草酸鎂（MgC2O4．nH2O）樣品（代號 A）1.00 克後，由 25 ℃徐徐加熱至 700 ℃ 。在加熱的過程中，不斷通入一大氣壓的乾燥氬氣，結果 A 的質量隨溫度的增高而減輕的情況如 下表所示。已知 A 在 100 ℃以上才會逐漸失去結晶水，並約在 230 ℃時完全失去結晶水。 溫度（℃） 25 170 230 400 450 700 質量（g） 1.00 0.88 0.76 0.76 0.27 0.27 (1)試以溫度為橫軸（x），質量為縱軸（y），繪出樣品 A 的質量隨溫度而改變的圖。 （注意題幹中畫線的敘述） (2)為簡化運算，試以 Mg 的原子量為 24.0，MgC2O4 的分子量為 112，列式計算樣品 A 中的 n， 並寫出 A 的化學式。 (3)以完整的化學反應式（包括物質的狀態），表示在 400 ℃至 450 ℃間所發生的化學變化。 答案：(1) (2) MgC2O4．2H2O
(3) MgC2O4(s)→ MgO(s)＋CO2(g)＋CO(g)
解析：(2)由題意可知，在 230 ℃時 MgC2O4．nH2O →MgC2O4＋nH2O 則莫耳數比 MgC2O4：H2O＝ 0.76 112： 0.24 18＝1：2，即 n＝2，故化學式為 MgC2O4．2H2O 例題49 ―100.學測――――――――――――――――――――――――――――――― 某金屬（M）的碳酸鹽（MCO3）與稀鹽酸反應，產生二氧化碳的反應式如下：
MCO3(s)＋2HCl(aq)→ MCl2(aq)＋CO2(g)＋H2O()
若 0.84 克的 MCO3 與稀鹽酸完全作用，所產生的氣體，換算成標準狀態的乾燥二氧化碳，恰為 224
毫升。M 應為下列哪一種金屬？
（原子量：Be＝9，Mg＝24，Ca＝40，Zn＝65，Ba＝137） (A) Be (B) Mg (C) Ca (D) Zn (E) Ba。
答案：(B) 解析：CO2 莫耳數＝MCO3 莫耳數＝ 0.224 22.4＝0.01（莫耳），MCO3 式量＝ 0.84 0.01＝84 → M＝24
3-4 化學反應中的能量變化
3-4.1 放熱反應與吸熱反應
一、化學反應與能量 1. 化學反應除了遵守「質量守恆」，亦遵守「能量守恆」定律。 2. 能量守恆定律：化學反應時，會伴隨能量變化，能量的形式可以轉換，但其總量維持一定。第 3 章 化學反應 -25- 如： (1) 燃燒反應：化學能轉換為熱能。 (2) 光合作用：光能轉換為化學能。 二、熱含量（焓） 1. 定義：定溫定壓下，一物質生成時，儲存於其中的能量稱為「熱含量」或「焓」，以 H 表示 之。 2. 特性： (1) 熱含量無絕對值，僅有相對值：化學反應時，僅能測其變化量，稱為H，可以透過卡計 求得。 (2) 公式：H = m×s×T H：熱含量變化量 m：物質質量 s：物質比熱 T：溫度變化 (3) 熱含量高低比較： a. 溫度愈高，熱含量愈高。如：同物質的熱含量：高溫 > 低溫。 b. 狀態不同，熱含量亦不同。 如：同一物質的熱含量：氣態 > 液態 > 固態。 c. 標準熱含量：在 25℃、1 atm 下，物質生成時所儲存的能量，稱為「標準熱含量」。 3. 單位： (1) 焦耳（J）或千焦（kJ）。 (2) 卡（cal）或千卡（kcal）。 (3) 1 卡 = 4.18 焦耳；1 千卡 = 4.18 千焦。 三、反應熱 定義：定溫定壓下，化學反應前、後物質熱含量的變化值，稱為反應熱，以ΔH 表示之。 ⇒ ΔH＝（生成物的總熱含量）－（反應物的總熱含量）。 若ΔH＜0，為放熱反應，如下圖(一)；反之，ΔH＞0，為吸熱反應，如下圖(二)。 ▲ 圖(一)；放熱反應 ▲ 圖(二)；吸熱反應 註：熱含量：定壓下物質生成時，儲存於其中的熱量，稱為熱含量或簡稱焓，以 H 表示之。 焓無法從實驗中測得其絕對值，僅可推算出它的相對值。 2. 測定： 依據能量守恆原理可知進出反應物系之熱量與卡計系統之熱含量變化相 等。 (1) 使用儀器：卡計（如右圖之彈卡計） 卡計系統包含裝置、水及產物三部分 (2) 卡計的熱容量（heat capacity，C）： 卡計本身在反應過程中，溫度變化 1 ℃時，所造成的熱量變化。
(3) 卡計的熱容量測量方法： 將定量的熱水，加入卡計內的冷水中，熱水所釋放的熱量等於冷水與卡計所吸收的熱量。 實例：卡計的熱容量測定 項 目 溫度（℃） 50.0 mL 冷水的溫度（T1） 25.6 50.0 mL 熱水的溫度（T2） 34.2 冷熱水混合的溫度（T3） 29.5 熱水所釋放的熱量＝冷水所吸收的熱量＋卡計所吸收的熱量 m1 × s ×（T2－T3）＝ m2 × s ×（T3－T1）＋C ×（T3－T1） 熱容量（C）＝〔50.0 × 4.18 ×（T2 － T3）－50.0 × 4.18 ×（T3 － T1）〕 （T3 － T1） ＝ 42.9 J/℃ (4) 反應熱的測定： 反應熱＝卡計的熱量變化＋水溶液的熱量變化 卡計的熱量變化＝C × ΔT 水溶液的熱量變化＝ m × s × ΔT 公式：ΔH＝m×s×（T2－T1）＋ C‧ΔT ΔH：系統吸收或放出的熱量（cal） m：物質的質量（g） s：物質的比熱（cal／g‧℃） T1：初溫（℃） T2：末溫（℃） C：熱容量（cal／℃） 【科學知識家】 ⊙不論物理變化或化學變化均伴隨能量進出。 ⊙物理變化的反應熱（H）較小，通常不超過 102 kJ/mol ⊙化學變化的反應熱（H）則大約介於 102～103 kJ/mol ⊙吸熱與放熱反應示意圖 例題50 ―87.推甄― 下列 a ～ f 為測定無機鹽的莫耳溶解熱所需的步驟：a. 加此鹽於盛水的燒杯，攪拌使其完全溶解； b. 計算莫耳溶解熱；c. 決定溫度的變化；d. 測量水的溫度；e. 記錄溶液的溫度；f. 稱鹽的重量，計 算其莫耳數。下列哪一項是正確的實驗順序？
(A) f，d，a，e，c，b (B) d，e，f，a，c，b (C) b，f，a，d，e，c (D) f，a，d，e，c，b (E) a，d，e，c，f，b。 答案：(A)
(2)鹽的莫耳數由鹽的重量決定。 (3)水的量（體積或質量）及溫度變化（△t）測得時，可求出能量變化。 ∴順序為：稱鹽重 → 水重或體積 → 水溫度 → 將已稱重的鹽加入水中使溶解 → 溶液溫 度 → 決定△t → 計算△H。 例題51 ―91.指考― 有一暖暖包內含 100 毫升的水，暖暖包中另有一塑膠袋子，內裝有 40 克氯化鈣。使用時稍微用力 敲打暖暖包，使其中之塑膠袋破裂，讓水與氯化鈣混合。已知氯化鈣的溶解熱為－82.8 kJ/mol，而 水的比熱為 4.20 J g－1 K－1 。假設氯化鈣的比熱甚小可以忽略，而氯化鈣溶解所釋出的熱量，完全 由 100 毫升的水所吸收。若在阿里山上，取出一個 5 ℃的暖暖包打開使用，試問該暖暖包的溫度最 高可升到幾 ℃？（原子量：Cl＝35.5，Ca＝40） (A) 36 (B) 51 (C) 76 (D) 91。 答案：(C) 解析：CaCl2＝40＋35.5 × 2＝111 由△H（J）＝m × s × △T → 40 111× 82.8 × 10 3＝（100 × 1）× 4.20 ×（t－5） → t＝76（ ℃） 例題52 ―95.學測― 人體內每一莫耳葡萄糖（C6H12O6；分子量＝180）經代謝後，可以產生熱量 670 千卡。某人手術後 僅能依靠注射 5％（重量百分率濃度）葡萄糖水溶液補充能量。假使維持身體的能量每小時是 100 千 卡，則至少需要每小時注射葡萄糖水溶液多少克？ (A) 33.8 (B) 67.5 (C) 135 (D) 270 (E) 540。 答案：(E) 解析：假設需 5％ 葡萄糖水溶液 x 克 則𝑥×5%×670 180 ＝100，解得 x＝537 例題53 ―100.學測― 化學反應的反應熱（H）與產物及反應物的熱含量有關，而物理變化也常伴隨著熱量的變化。下 列有關物理變化的熱量改變或反應熱的敘述，哪些正確？ (A)水的蒸發是吸熱過程 (B)汽油的燃燒是放熱反應 (C)化學反應的 H 為正值時，為一放熱反應 (D)反應熱的大小與反應物及產物的狀態無關 (E)化學反應的 H 為負值時，反應進行時系統的溫度會上升。 答案：(A)(B)(E) 解析：(C)ΔH 為正值時，是吸熱反應。 (D)反應熱和物質的狀態有關。 例題54 ―101.學測― 圖 1 及圖 2 分別代表 H2O(g)和 NO(g) 的生成反應過程中，反應物與生成物的能量變化，則下列敘述 何者正確？
(A) H2O(g)的生成反應為吸熱反應 (B) NO(g)的生成反應為吸熱反應 (C) H2(g)燃燒產生水蒸氣的反應為吸熱反應 (D) NO(g)分解為氮氣和氧氣的反應為吸熱反應 (E) H2O(g)分解為氫氣與氧氣的反應為放熱反應。 解析：(B)。 由位能圖知 H2O 的生成為放熱反應，NO 的生成為吸熱反應，當方程式逆向時則水的分解為吸熱反 應，NO 的分解為放熱反應。
3-4.2 化學反應熱
一、熱化學反應式表示法 1. 定義：將反應物、生成物的狀態及反應熱，標示於反應式中，稱為「熱化學反應式」。 2. 實例：有 3 種表示法 (1) 放熱反應：氫與氧反應生成水 H2(g) +1 2O2(g) → H2O(l) H = －285.8 kJ H2(g) +1 2O2(g) → H2O(l) + 285.8 kJ H2(g) +1 2O2(g) － 285.8 kJ → H2O(l) (2) 吸熱反應：氧化汞加熱分解成汞與氧 HgO(s) → Hg(l) +1 2O2(g) H = 90.7 kJ HgO(s) + 90.7 kJ → Hg(l) +1 2O2(g) HgO(s) → Hg(l) +1 2O2(g) －90.7 kJ 二、影響反應熱的因素 1. 反應物的種類 不同反應物燃燒的反應熱不同。 如：氫與碳的燃燒反應 H2(g) +1 2O2(g) → H2O(l) H = －285.8 kJ C(s) + O2(g) → CO2(g) H = －393.5kJ 2. 反應物的量 反應物的量與反應熱成正比，即反應物的量增加 n 倍，則H 亦增加原來的 n 倍。 如：氫與氧反應生成水 方程式係數HH2(g) +1 2O2(g) → H2O(l) H = －285.8 kJ 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) H = (－285.8)×2 = －571.6 kJ 3. 反應物或生成物的狀態：物質的能量和狀態有關，反應物或生成物的狀態（固、液及氣態） 不同，反應熱亦不同。 如：生成物為 H2O(l)或 H2O(g)，則反應熱（H）不同 H2(g) +1 2O2(g) → H2O(l) H = －285.8 kJ H2(g) +1 2O2(g) → H2O(g) H = －241.8 kJ ∴H2O(l) →H2O(g) H = 44.0 kJ 4. 溫度 反應物及生成物之比熱不同，升高相同溫度時，反應物及生成物所增加的熱含量並不同，因 而反應熱（H）會隨溫度的升降而改變（圖 3-6）。 a. 升溫，使反應物、生成物的熱含量均增加。 b. 1 1 2 2 x m s T y m s T ，m1不一定等於 m2，s1 s2，故 x y ∴H' H（但不一定H' > H） 5. 壓力 (1) 反應物或生成物為氣體時，將氣體壓縮會放熱，膨脹會吸熱，因而影響其熱含量。 如：加壓會使氣體分子間距縮小釋放出位能，測量出的H = 真正H + 位能；減壓則會 使分子間距增加，必須從外界吸收能量當作位能，故亦會影響H。 (2) 標準反應熱：25℃、1 大氣壓測得之反應熱，稱為標準反應熱，以H°表示之。 6. 元素的型態 (1) 反應物或生成物中有元素直接參與反應時，除了狀態，其型態亦須加以註明。 如：元素以不同型態進行反應，反應熱也不同 C(s) + 2Cl2(g) → CCl4(l) H（石墨）= －128.2 kJ C(s) + 2Cl2(g) → CCl4(l) H（金剛石）= －130.1 kJ ∴H（石墨）→H（金剛石） H = +1.9 kJ 例題55 ―日大― 在 1 大氣壓 300 K 時，下列 1 升的氣體完全燃燒後，何者放出之熱量最大？ (A)甲烷 (B)乙炔 (C)丙烯 (D)三種氣體燃燒產生之熱量相同。 答案：(C)
解析：因為同溫、同壓、同體積，則三種烴類的莫耳數相同，等莫耳的烴類完全燃燒生成的二氧化 碳和水愈多，則放熱愈多。 (A) CH4＋2O2→ CO2＋2H2O (B) C2H2＋ 5 2O2→ 2CO2＋H2O (C) C3H6＋ 9 2O2→ 3CO2＋3H2O 例題56 ―99.學測― 已知：2H2(g)＋O2(g)→ 2H2O(g)，H＝－484 kJ。下列有關此熱化學反應式的敘述，何者正確？ (A)生成 1 莫耳的 H2O(g) 會放熱 242 kJ (B)此反應的能量變化可使周遭的溫度上升 (C) 2H2O(g) 所含的能量比（2H2(g)＋O2(g)）所含的能量高出 484 kJ (D)若此一反應的產物是 2H2O()，則反應的能量變化大於 484 kJ (E)使 1 莫耳 H2(g) 與 2 莫耳 O2(g) 的混合物反應，則能量的變化為 484 kJ。 答案：(A)(B)(D) 解析：(C)應為（2H2(g)＋O2(g)）所含的能量比 2H2O(g) 高出 484 kJ。 (E) H2 為限量試劑，故 H2(g)＋ 1 2O2(g)→ H2O(g)，∆ H＝－242 kJ 例題57 ―101.學測― 已知一定質量的無水乙醇（C2H5OH）完全燃燒時，放出的熱量為 Q，而其所產生的 CO2 用過量的 澄清石灰水完全吸收，可得 0.10 莫耳的 CaCO3 沉澱。若 1.0 莫耳無水乙醇完全燃燒時，放出的熱 量最接近下列哪一選項？ (A) Q (B) 5Q (C) 10Q (D) 20Q (E) 50Q。 答案：(D) 解析：由 C2H5OH＋3O2→ 2CO2＋3H2O CO2＋Ca(OH)2→ CaCO3＋H2O 可知 1.0 莫耳乙醇完全燃燒可生成 2.0 莫耳二氧化碳，以足量的石灰水吸收 可得 2.0 莫耳 碳酸鈣沉澱。 則 0.1 𝑄＝ 2.0 𝑥 ∴x＝20Q
3-4.3 生成熱與燃燒熱
不同類型的反應（如酸鹼中和、燃燒…等），反應熱又有不同的稱呼。 一、莫耳生成熱1. 標準莫耳生成熱（Hf°）：在標準狀態（1 atm、25℃）下，1 莫耳該物質由其成分元素直接化 合成時的反應熱。 如：水與二氧化碳的標準莫耳生成熱 H2(g) + 1 2O2(g) → H2O(l) Hf° = －285.8 kJ/mol ； C(s) + O2(g) → CO2(g) Hf° = －393.5 kJ 2. 元素的標準莫耳生成熱 元素的標準莫耳生成熱則定為 0。當元素有同素異形體存在時，通常是將最穩定的型態定為 0。 (1)同素異形體 a. 定義：相同元素組成，不同型態的單質。即構成元素的相同原子，以不同方式鍵結，而 排列成不同的結構，產生不同的性質。 b. 元素生成熱：反應熱會以最穩定的同素異形體之生成熱為零。但磷是例外，白磷雖非最 穩定，卻用來作為基準。 c. 常見的同素異形體 元素 同素異形體 最穩定態 莫耳生成熱H°f 碳 石墨、金剛石、富勒烯、奈米 碳管、石墨烯 石墨 H°f（石墨）=0 氧 氧氣、臭氧 氧氣 H°f（氧氣）=0 磷 白磷、紅磷、黑磷 紅磷 H°f（白磷）=0 硫 斜方硫、單斜硫、彈性硫 斜方硫 H°f（斜方硫）=0 【科學知識家】 ⊙元素的莫耳生成熱（Hf） 1. 25℃、1 atm 下的元素單質，Hf = 0。 如：H2(g) → H2(g)的H 為 H2(g)的生成熱反應式，但反應物 = 生成物，故Hf = 0 2. H2(g) → H2(l)的H 為 H2(l)的Hf，亦為 H2(g)的莫耳液化熱。 3. I2(s) → I2(g)的H 為 I2(g)的Hf，亦為 I2(s)的莫耳昇華熱。 4. Br2(l) → Br2(s)的H 為 Br2(s)的Hf，亦為 Br2(l)的莫耳凝固熱。 一元素的狀態若非其在 25 ℃、1 atm 下的狀態，則Hf為 25 ℃、1 atm 下的狀態反應而得 的物理變化熱。 5. 若元素於自然界存在同素異形體，則訂自然界最多或最穩定狀態的Hf = 0，其它狀態則≠0。 6. 化合物由元素單質反應而得，其反應熱= Hf ≠0，故 CO2(g)、H2O(l)、CuSO4(s)等化合物的Hf ≠0。 二、莫耳燃燒熱 1. 標準莫耳燃燒熱（Hc°）：在標準狀態（1 atm、25℃）下，一莫耳物質與氧氣完全燃燒時所 放出的熱量，稱為該物質的標準莫耳燃燒熱。 (1) 氫的標準莫耳燃燒熱： H2(g) + 1 2O2(g) → H2O(l) Hc° = －285.8 kJ/mol 氫的標準莫耳燃燒熱 = 水的標準莫耳生成熱 (2) 碳的標準莫耳燃燒熱： C(s) + O2(g) → CO2(g) Hc° = －393.5 kJ/mol 碳的標準莫耳燃燒熱 = 二氧化碳的標準莫耳生成熱 2. 不可燃燒的物質，其燃燒熱視為零。
例如：水（H2O）、二氧化碳（CO2）、氮（N2）、氧（O2）及鈍氣（He、Ne…）等物的燃 燒熱為零。 3. 緩和氧化不一定會放熱。如： 1 2N2(g) + 1
2O2(g) →NO(g) H = + 90.3（kJ/mol NO） 4. 若生成熱尚可燃燒，則該H 不是燃燒熱。 如：C(s) +1 2O2(g) → CO(g)的H = －110.5（kJ）便不是碳的莫耳燃燒熱，因為 CO 還可燃燒， 故－110.5 kJ 僅為 CO 的莫耳生成熱。 C(s) + O2(g) → CO2(g) H = －393.9（kJ） 才是碳的莫耳燃燒熱。 三、熱值 (1) 定義：每克物質完全燃燒所放出的熱量，即 kcal/g（仟卡／克）。 (2) 應用：商業行為中，重量是較易稱取，所以用熱值作為單位計價，如：液 態瓦斯（LPG）。 【科學知識家】 (1) 元素的燃燒熱也是其燃燒產物的生成熱。 C(s)＋O2(g) → CO2(g)，ΔH＝－394 kJ 碳的燃燒熱 二氧化碳的生成熱 (2) 化合物的分解反應為其生成反應之逆反應，因此分解熱與生成熱同值異號。 H2(g)＋ 1 2 O2(g) → H2O(l)，ΔH＝－286 kJ … 水的莫耳生成熱 H2O(l) → H2(g)＋ 1 2 O2(g)，ΔH＝286 kJ … 水的莫耳分解熱 例題58 ―98.指考― 下列有關反應熱及物質能量轉換的敘述，何者正確？ (A) 1 莫耳的純物質，由液體氣化為氣體所需的熱量，少於其由氣體凝結為液體所放出的熱量 (B)有一化學反應，其產物的莫耳生成熱比反應物的莫耳生成熱小，則此反應為吸熱反應 (C)二氧化碳溶於水的莫耳溶解熱等於二氧化碳的莫耳凝結熱 (D)二氧化碳的莫耳生成熱等於石墨的莫耳燃燒熱 (E)二氧化碳的莫耳汽化熱等於乾冰的莫耳昇華熱。 答案：(D) 解析：(A) 1 莫耳的純物質，由液體氣化為氣體所需的熱量，等於其由氣體凝結為液體所放出的熱 量。 (B)化學反應之產物的莫耳生成熱比反應物的莫耳生成熱小，則此反應可能為放熱反應。 (C) 1 莫耳二氧化碳溶於水所放出的熱量，就是二氧化碳溶於水的莫耳溶解熱；而 1 莫耳二 氧化碳氣體凝結為液體所放出的熱量，就是二氧化碳的莫耳凝結熱，兩者並不相同。 (D) C(s)＋O2(g)→ CO2(g) 之反應熱，為二氧化碳的莫耳生成熱，也是石墨的莫耳燃燒熱。 (E) CO2(l)→ CO2(g) 是二氧化碳的莫耳汽化熱，CO2(s)→ CO2(g) 是乾冰的莫耳昇華熱，乾冰 的莫耳昇華熱大於二氧化碳的莫耳汽化熱。
