基礎化學（一）

國立中科實驗高中

National Experimental High School at Central Taiwan Science Park

基礎化學（一）

黃 錦 旋 編 著 2015 年 11 月

第3章 化學反應

3-1 化 學 式

3-2 化 學 反 應 式

3-3 化 學 計 量

3-4 化 學 反 應 的 熱 量 變 化

姓 名 ：

班 級座號 ：

第 3章 化 學 反 應 3-1 化 學 式

凡 用 元 素 符 號 和 阿 拉 伯 數 字 表 示 物 質 組 成 之 式 子 ， 稱 為 化 學 式 。 化 學 式 可 分 為 ： 實 驗 式 、 分 子 式 、 結 構 式 與 示 性 式 。

3-1.1 實 驗 式

表 示 組 成 物 質 的 原 子 種 類 和 原 子 數 比 的 最 簡 化 學 式 （ 亦 稱 為 簡 式 ）。 金 屬 晶 體 、 離 子 晶 體 及 網 狀 固 體 常 以 實 驗 式 表 示 ， 因 為 它 們 都 是 原 子 （ 或 離 子 ） 互 相 堆 積 而 成 連 綿 不 斷 的 巨 大 結 構 ， 因 而 無 分 子 存 在 。 如 Na、 K、 Fe、 NaClNaCl、 KNOKNO₃₃、 金 剛 石 、 石 墨 (C)及 石 英 (SiOSiO₂₂)等 。

1. 如 醋 酸 之 實 驗 式 為 CHCH₂₂OO， 此 表 示 ： (1) 醋 酸 分 子 是 由 碳 、 氫 、 氧 元 素 組 成 。

(2) 醋 酸 分 子 中 碳 、 氫 、 氧 原 子 數 之 最 簡 比 為 1： 2： 1， 但 不 能 表 示 醋 酸 分 子 中 確 實 的 碳 、 氫 、 氧 原 子 個 數 。

2. 可 由 化 合 物 元 素 組 成 求 實 驗 式 ：

(1) 利 用 元 素 分 析 的 方 法 ， 測 定 化 合 物 中 所 含 元 素 的 質 量 或 百 分 率 組 成 。 (2) 再 將 各 元 素 的 質 量 或 組 成 百 分 比 除 以 其 原 子 量 ， 求 得 各 元 素 原 子 莫 耳 數

之 最 簡 單 整 數 比 。

(3) 設 化 合 物 含 有 A、 B、 C三 元 素 ： A： B： C＝ ^A

A

含 元 素 重

原子 量 ： ^B B

含 元 素 重

原 子 量 ： ^C C

含 元 素 重

原 子 量 ＝ pp： qq： rr (4) 寫 出 實 驗 式 ： AA_ppBB_qqCC_rr。

3. 若 為 碳 氫 化 合 物 ， 可 經 由 燃 燒 法 ， 所 含 之 C生 成 CO2， 所 含 之 H生 成 H2O， 由 所 生 CO2的 質 量 可 求 C之 質 量，由 所 生 H2O的 質 量 可 求 H之 質 量。若 含 有 氧 成 分 ， 則 化 合 物 質 量 扣 除 C、 H的 質 量 後 ， 剩 餘 即 為 氧 之 質 量 。

氧 氣

待 測 樣 品

CuO CuO

使樣品完全反應

Mg(ClO₄)₂ Mg(ClO₄)₂ 過氯酸鎂吸收HH₂₂OO

NaOH

NaOH或Ca(OH)Ca(OH)₂₂ 強 鹼 吸 收COCO₂₂

(1) C之 質 量 ＝ 所 生 C O2質 量

2

C 12

CO 44

× （即 ）

（即 ）

(2) H之 質 量 ＝ 所 生 H2O質 量

2

2H 2 H O 18

× （即 ）

（即 ）

(3) O之 質 量 ＝ 化 合 物 質 量 ¡ C¡ C之 質 量 ¡ H¡ H之 質 量。再 依 上 述 第 2.點 方 法 即 可 求 出 簡 式 。

4. 實 驗 式 相 同 的 物 質 ， 如 乙 炔 (CC₂₂HH₂₂)、 苯 (CC₆₆HH₆₆)具 有 下 列 性 質 ： (1) 元 素 的 重 量 百 分 組 成 相 同 。

(2) 等 重 的 物 質 ， 具 有 相 同 的 原 子 數 。 3-1 .2 分 子 式

表 示 一 分 子 內 所 含 原 子 種 類 和 確 實 的 原 子 數 目 ， 即 表 示 物 質 組 成 和 分 子 量 的 化 學 式 。

1. 利 用 分 子 量 ＝ （ 實 驗 式 式 量 ） × n， 其 中 n 為 正 整 數 ， 求 出 n 值 。

2. 把 實 驗 式 中 的 各 原 子 數 乘 以 n 倍 ， 即 可 求 得 分 子 式 。 故 不 同 物 質 ， 其 實 驗 式 可 能 相 同 ， 但 是 分 子 式 可 能 不 同 ， 例 如 乙 炔 (CC₂₂HH₂₂)與 苯 (CC₆₆HH₆₆)的 實 驗 式 均 為 CHCH。

3-1 .3 結 構 式 與 分 子 模 型

表 示 一 分 子 中 含 有 之 各 原 子 ， 其 原 子 間 的 結 合 情 形 。 通 常 結 構 式 只 表 示 原 子 間 的 鍵 結 情 形 （ 結 構 式 中 ， 原 子 間 的 連 接 短 線 稱 作 化 學 鍵 ）， 但 不 表 示 其 真 正 分 子 形 狀 ， 因 為 結 構 式 是 平 面 的 ， 而 分 子 是 立 體 的 。

1. 同 分 異 構 物 ： 分 子 式 相 同 而 結 構 式 不 同 的 兩 化 合 物 。

2. CC₂₂HH₆₆OO有 兩 種 不 同 分 子 ， 分 別 為 乙 醇 (C(C₂₂HH₅₅OH)OH)與 甲 醚 (CH(CH₃₃OCHOCH₃₃))。

C C O H

H H

H H

H

C O C H

H H H

H H

乙 醇 甲 醚

3-1 .4 示 性 式

表 示 一 分 子 中 含 有 何 種 官 能 基 而 簡 示 其 特 性 的 化 學 式 ， 多 用 於 表 示 有 機 化 合 物 ， 例 如 ： 甲 酸 HCOOHHCOOH、 乙 酸 CHCH₃₃COOHCOOH， 強 調 羧 基 (¡COOH)(¡COOH)； 甲 醇 CHCH₃₃OHOH、

乙 醇 CC₂₂HH₅₅OHOH， 強 調 羥 基 (¡OH)(¡OH)； 甲 酸 甲 酯 HCOOCHHCOOCH₃₃、 乙 酸 乙 酯 CHCH₃₃COOCCOOC₂₂HH₅₅， 強 調 酯 基 (¡COO¡)(¡COO¡)。

純 物 質 水 乙 醇 乙 酸 （ 醋 酸 ）

實 驗 式 HH₂₂OO CC₂₂HH₆₆OO CHCH₂₂OO 分 子 式 HH₂₂OO CC₂₂HH₆₆OO CC₂₂HH₄₄OO₂₂

結 構 式

示 性 式 ^{HOHHOH C}C2₂HH₅₅OHOH CHCH₃₃COOHCOOH

自 修 講 義 （ 泰 宇 版 ） 範 例 解 析

《 範 例 1》 實 驗 式

下 列 哪 一 種 物 質 的 化 學 式 是 簡 式 ， 而 非 分 子 式 ：

(A) NaClNaCl (B) CuCu (C) SiOSiO₂₂ (D) HClHCl (E) CC₁₂₁₂HH₂₂₂₂OO₁₁₁₁ 答 案 ： (A)(B)(C)

解 析 ： 非 分 子 結 構 的 物 質，僅 能 用 實 驗 式（ 簡 式 ）或 結 構 式 表 示， 如 金 屬 元 素 、 離 子 化 合 物 （ 組 成 元 素 為 金 屬 元 素 與 非 金 屬 元 素 ） 及 網 狀 共 價 固 體 （ 有 金 剛 石 、 石 墨 、 二 氧 化 矽 、 矽 元 素 等 ）， 皆 由 原 子 （ 或 離 子 ） 互 相 堆 積 而 形 成 連 綿 不 斷 的 巨 大 結 構 ， 而 無 分 子 存 在 。

所 以 CuCu、 NaClNaCl、 SiOSiO₂₂為 簡 式 ， 而 HClHCl、 CC₁₂₁₂HH₂₂₂₂OO₁₁₁₁是 分 子 式 （ 亦 是 實 驗 式 ）。

《 範 例 2》 實 驗 式

下 列 關 於 等 重 之 甲 醛 (HCHO)(HCHO)、 乙 酸 (CH(CH₃₃COOH)COOH)及 葡 萄 糖 (C(C₆₆HH₁₂₁₂OO₆₆))的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？

(A) 含 相 同 分 子 數 (B) 水 溶 液 均 不 導 電

(C) 完 全 燃 燒 時 ， 需 氧 量 相 同 (D) 三 者 之 元 素 重 量 百 分 組 成 相 等 (E) 三 者 為 同 分 異 構 物

答 案 ： (C)(D)

解 析 ： (1) 實 驗 式 相 同 的 化 合 物 ， 具 有 相 同 的 重 量 百 分 組 成 ， 在 等 重 時 ， 各 物 質 的 原 子 總 數 相 同 ， 且 完 全 燃 燒 時 ， 需 氧 量 也 相 同 ， 但 分 子 式 不 一 定 相 同 ， 故 不 一 定 是 同 分 異 構 物 。

(2) 甲 醛 分 子 式 為 CHCH₂₂OO， 乙 酸 分 子 式 為 CC₂₂HH₄₄OO₂₂， 葡 萄 糖 分 子 式 為 CC₆₆HH₁₂₁₂OO₆₆， 三 者 實 驗 式 皆 為 CHCH₂₂OO。

(A) 等 重 時 ，三 者 分 子 數 比 ， 甲 醛 ： 乙 酸 ： 葡 萄 糖 = 1 30 : 1

60 : 1

180 = 6 : 3 : 1

= 1 30 : 1

60 : 1

180 = 6 : 3 : 1 (B) 甲 醛、葡 萄 糖 為 非 電 解 質，水 溶 液 不 導 電；乙 酸 為 弱 酸，是 弱 電 解 質 ，

水 溶 液 可 導 電 。 (C) 燃 燒 反 應 為 ：

CH₂O + O₂ ! CO₂+ H₂O

CH₂O + O₂ ! CO₂+ H₂O 需 氧 量 = 1 30 £ 1

1 (mol)

= 1 30 £ 1

1 (mol) CH₃COOH + 2 O₂ !2 CO₂+ 2 H₂O

CH₃COOH + 2 O₂ !2 CO₂+ 2 H₂O 需 氧 量 = 1 60 £ 2

1 (mol)

= 1 60 £ 2

1 (mol) C₆H₁₂O₆+ 6 O₂ !6 CO₂+ 6 H₂O

C₆H₁₂O₆+ 6 O₂ !6 CO₂+ 6 H₂O 需 氧 量 = 1 180 £ 6

1 (mol)

= 1 180 £ 6

1 (mol)

(E) 分 異 構 物 是 分 子 式 相 同 ， 結 構 式 不 同 的 化 合 物 ， 因 三 者 分 子 式 不 同 ， 故 三 者 不 為 同 分 異 構 物 。

《 範 例 3》 分 子 式 與 元 素 重 量 百 分 組 成

哺 乳 動 物 的 紅 血 球 中，血 紅 素 約 含 重 0:33 %0:33 %的 鐵，如 果 血 紅 素 的 分 子 量 約 為68006800， 則 一 分 子 的 血 紅 素 中 含 有 幾 個 鐵 原 子 ？ （ 原 子 量 ： Fe=56）

(A) 5 (B) 4 (C) 3 (D) 2

答 案 ： (B)

解 析 ： (1) 元 素 重 量 百 分 組 成 × 100%

= 某元素原子量 化學式中含該元素的原子數 × 化合物的分子量

(2 ) 設 1分 子 血 紅 素 中 含 xx 個 FeFe原 子 ， 則 56 £x

6800 £100 % = 0:33 % ) x = 4 56 £x

6800 £100 % = 0:33 % ) x = 4

《 範 例 4》 分 子 式 與 元 素 重 量 百 分 組 成

某 有 機 化 合 物 6.0g，內 含 C、H、O等 元 素，使 用 燃 燒 分 析 法，經 過 附 圖 的 裝 置 後 ， 測 得 甲 U型 管 的 質 量 增 加 3.6g， 乙 U型 管 的 質 量 增 加 8.8g。 下 列 敘 述 何 者 正 確 ？

(A) 裝 置 中 的 Cu O可 將 燃 燒 樣 品 完 全 氧 化 (B) 裝 置 中 甲 、 乙 兩 支 U型 管 的 順 序 可 以 顛 倒 (C) 甲 U型 管 內 裝 的 是 氫 氧 化 鈉

(D) 試 樣 的 實 驗 式 為 CHCH₂₂OO

(E) 若 已 知 此 化 合 物 的 分 子 量 為 60， 則 其 分 子 式 為 CC₂₂HH₄₄OO₂₂ 答 案 ： (A)(D)(E)

解 析 ： (B) 甲 、 乙 兩 吸 收 管 不 可 互 調 ， 因 NaOHNaOH管 不 但 會 吸 收 COCO₂₂， 也 會 吸 收 燃 燒 產 物 的 水 蒸 氣 ， 若 對 調 就 無 法 計 量 COCO₂₂及 HH₂₂OO各 為 多 少 。

(C) 吸 收 管 內 裝 的 是 乾 燥 劑 過 氯 酸 鎂 (Mg(ClO(Mg(ClO₄₄))₂₂))， 乙 吸 收 管 內 裝 的 是 氫 氧 化 鈉 或 氫 氧 化 鉀 。

(D) WH=WH₂O£ 2

18 = 3:6 £ 2

18 = 0:4 (g) WH=WH₂O£ 2

18 = 3:6 £ 2

18 = 0:4 (g)，WC =WCO₂£ 12

44 = 8:8 £ 12

44 = 2:4 (g) WC =WCO₂£ 12

44 = 8:8 £ 12

44 = 2:4 (g) WO = Wsample¡ WH¡ WC = 6:0 ¡ 0:4 ¡ 2:4 = 3:2 (g)

WO = Wsample¡ WH¡ WC = 6:0 ¡ 0:4 ¡ 2:4 = 3:2 (g) 原 子 數 比 C : H : O = 2:4

12 : 0:4 1 : 3:2

16 = 1 : 2 : 1 C : H : O = 2:4

12 : 0:4 1 : 3:2

16 = 1 : 2 : 1， 實 驗 式 ： CHCH₂₂OO (E) 實 驗 式 式 量= 12 + 1 £ 2 + 16 = 30= 12 + 1 £ 2 + 16 = 30， 分 子 式 ＝ 實 驗 式 £ n£ n

n=

n= ^分子量

實驗式式量 = 60 30 = 2

= 60

30 = 2， 分 子 式 ： (CH(CH₂₂O)O)₂₂ = C= C₂₂HH₄₄OO₂₂

《 範 例 5》 化 學 式

有 關 化 學 式 的 敘 述 ， 下 列 何 者 錯 誤 ？

(A) 實 驗 式 可 表 示 分 子 內 原 子 的 種 類 和 原 子 最 簡 整 數 比

(B) 分 子 式 可 表 示 分 子 內 原 子 的 種 類 和 確 實 的 數 目，但 不 能 表 示 物 質 的 組 成 和 分 子 量 (C) 結 構 式 可 表 示 分 子 內 部 原 子 的 結 合 情 形，但 不 能 表 示 原 子 在 分 子 內 的 確 實 位 置 (D) 示 性 式 可 表 示 分 子 的 特 性 是 由 結 構 式 簡 化 而 成 的

答 案 ： (B)

解 析 ： 分 子 式 中 各 原 子 的 原 子 量 總 和 ， 稱 為 分 子 量 。

《 範 例 6》 化 學 式

某 有 機 物 含 C、H、N三 元 素，其 中 含 C與 H重 量 比 4：1，又 知 含 氮 重 量 百 分 率 24%，

則 其 實 驗 式 為 ？ (N = 14)(N = 14)

(A) CC₂₂HH₅₅NN (B) CHCH₂₂NN (C) CC₂₂HH₃₃NN₂₂ (D) CC₃₃HH₉₉NN 答 案 ： (D)

解 析 ： 含 N重 量 百 分 率 24 %24 %， 則 含 C、 H重 量 百 分 率 共 1 ¡ 24 % = 76 %1 ¡ 24 % = 76 %， 其 中 C重 量 百 分 率 為 76 % £ 4

4 + 1 = 60:8 76 % £ 4

4 + 1 = 60:8， H重 量 百 分 率 為 76 % £ 1

4 + 1 = 15:2 76 % £ 1

4 + 1 = 15:2。

原 子 數 比 C : H : N = 60:8

12 : 15:2 1 : 24

14 = 5:1 : 15:2 : 1:7 = 3 : 9 : 1 C : H : N = 60:8

12 : 15:2 1 : 24

14 = 5:1 : 15:2 : 1:7 = 3 : 9 : 1（ 最 簡 整 數 比 ） 實 驗 式 ： CC₃₃HH₉₉NN

【 例 題 1】 某 氣 體 化 合 物 之 組 成 為 C ; 46:2% ; N ; 53:8%C ; 46:2% ; N ; 53:8%， 在 標 準 溫 壓 下 ， 5.6升 該 氣 體 之 重 量 為 13克 ， 寫 出 其 分 子 式 。

【 例 題 2】 某 硫 酸 銅 結 晶 CuSOCuSO₄₄¢¢x Hx H₂₂OO含 結 晶 水 36.0%， 今 取 5.00克 CuSOCuSO₄₄¢¢x Hx H₂₂OO加 熱 到 100℃，失 去 部 分 結 晶 水 得 CuSOCuSO₄₄¢¢y Hy H₂₂OO有 3.56克，又 繼 續 加 熱 至 250℃ 得 3.20 克 的 CuSOCuSO₄₄¢¢z Hz H₂₂OO， 則 ： (CuSO(CuSO₄₄ = 160= 160、 HH₂₂O = 18)O = 18)

(A) x : y : z = 5 : 3 : 2x : y : z = 5 : 3 : 2 (B) x = 5 ; y = 3 ; z = 1x = 5 ; y = 3 ; z = 1 (C) x = 5 ; y = 1 ; z = 0x = 5 ; y = 1 ; z = 0 (D) x : y : z = 5 : 4 : 3x : y : z = 5 : 4 : 3

【 例 題 3】取 aa克 的 某 金 屬 氧 化 物MM_xxOO_yy用 HH₂₂還 原 可 得 cc克 之 HH₂₂OO，則 金 屬 M之 原 子 量 為 何 ？ (O = 16)(O = 16)

(A) 18cy ax 18cy

ax (B) 18ay ¡ 16cy cx 18ay ¡ 16cy

cx (C) 18ay cx 18ay

cx (D) 18cy ¡ 16ay ax 18cy ¡ 16ay

ax

【 例 題 4】 下 列 敘 述 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 實 驗 式 是 最 簡 單 化 學 式

(B) 分 子 式 可 以 決 定 組 成 原 子 數 目

(C) 金 屬 晶 體 無 分 子 式 ， 僅 以 實 驗 式 表 示 其 組 成

(D) 離 子 晶 體 之 化 合 物 無 分 子 式 ， 僅 以 實 驗 式 表 示 其 組 成 (E) 網 狀 晶 體 之 化 合 物 無 分 子 式 ， 僅 以 實 驗 式 表 示 其 組 成

練 習 題 ：

1. 100m g之 血 紅 蛋 白 質 含 有 鐵 質 3. 33m g， 若 每 分 子 中 含 有 4 個 鐵 原 子 ， 則 血 紅 蛋 白 質 之 分 子 量 約 為 ？ (Fe＝ 56)

(A) 6:7 £ 106:7 £ 10³³ (B) 4:8 £ 104:8 £ 10³³ (C) 7:6 £ 107:6 £ 10³³ (D) 8:4 £ 108:4 £ 10³³

2. 有 機 物 分 子 式 為 CC_nnHH_2n+22n+2OO， 經 充 分 燃 燒 後 ， 生 成 HH₂₂OO及 COCO₂₂重 量 比 為 6： 11， 則 該 有 機 物 可 能 為 何 ？

(A) CHCH₃₃OHOH (B) CHCH₃₃OCHOCH₃₃ (C) CC₃₃HH₇₇OHOH (D) CC₂₂HH₅₅OCOC₂₂HH₅₅ 3. 秤 取 1.7 7克 之 某 化 合 物，使 之 完 全 燃 燒 後 得 C O2 3.9 6克。 另 由 實 驗 測 得 該 化 合

物 4.50克 中 含 氮 1.07克 ， 則 該 化 合 物 之 實 驗 式 為 ？

(A) CC₂₂HH₇₇NN (B) CC₃₃HH₉₉NN (C) CC₂₂HH₈₈NN₂₂ (D) CC₄₄HH₁₁₁₁NN

4. 取 6.4 克 的 某 金 屬 氧 化 物 M2O3 ( s )， 以 碳 還 原 後 產 生 2.24 克 的 CO 與 0.88 克 的 CO₂， 則 金 屬 的 原 子 量 為 ？

(A) 28 (B) 42 (C) 56 (D) 84

5. mm克 鋁 片 在 純 氧 中 完 全 燃 燒 得 氧 化 物 nn克 ， 則 鋁 的 原 子 量 是 ？ （ 81日 大 ） (A) 6m

n ¡ m 6m

n ¡ m (B) ^{n ¡ m} 12m n ¡ m

12m (C) 24m

n ¡ m 24m

n ¡ m (D) 32m

n ¡ m 32m n ¡ m 6. 下 列 何 組 為 同 分 異 構 物 ？

(A) O₂、 O₃ (B) ^{2 3 5}U、^{2 3 8}U

(C) C2H6、 C3H8 (D) CH3OCH3、 C2H5OH 7. 下 列 敘 述 ， 何 項 錯 誤 ？

(A) SiO₂為 分 子 式

(B) 二 甲 醚 C H3OCH3與 乙 醇 C2H5OH為 同 分 異 構 物 (C) 亞 佛 加 厥 「 分 子 說 」 可 解 釋 氣 體 反 應 體 積 定 律 (D) CH₃COOH為 示 性 式

8. 將 1. 19 克 的 C oCO3在 真 空 中 加 熱 令 其 完 全 分 解 ，可 產 生 x克 的 CoO及 氣 體 y，將 這 x克 的 CoO放 置 空 氣 中 時 ， 則 吸 收 空 氣 中 的 氧 ， 增 加 重 量 產 生 第 二 種 鈷 的 氧 化 物 z重 為 0.803克 ， 則 下 列 敘 述 何 者 正 確 ？ (Co＝ 59)（ 多 選 ）

(A) x ＝ 0.67 5

(B) y為 C O2， 在 STP下 y的 體 積 為 224mL (C) z為 Co₃O₄

(D) z中 含 鈷 原 子 0 .01莫 耳 (E) z中 含 氧 原 子 0 .04莫 耳

9. 下 列 各 種 物 質 以 何 種 化 學 式 表 示 較 適 當 ， 試 選 出 其 正 確 的 組 合 ：（ 多 選 ） (A) 金 屬 元 素 － 實 驗 式 (B) 網 狀 化 合 物 － 結 構 式

(C) 有 機 化 合 物 － 示 性 式 (D) 離 子 化 合 物 － 示 性 式 (E) 氣 態 元 素 － 分 子 式

10. 關 於 C H3COOH和 C6H1 2O6之 敘 述 ， 下 列 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 二 者 等 重 時 所 含 的 原 子 數 相 等

(B) 二 者 等 重 時 所 含 的 分 子 數 相 等 (C) 二 者 之 元 素 重 量 百 分 組 成 相 等 (D) 二 者 是 同 分 異 構 物

(E) 等 重 之 兩 種 化 合 物 和 O₂完 全 反 應 生 成 CO₂及 H₂O時 ， 所 需 之 O₂重 量 相 等 。 11. 下 列 化 學 式 不 是 分 子 式 的 有 ？ （ 多 選 ）

(A) H2SO4 (B) NaCl (C) F2 (D) Na2C O3

(E) MgO (F) SiO₂ (G) H₂O (H) C（ 金 剛 石 ） ( I ) Cu ( J ) C6 0 (K) P4 (L) S8

12. 下 列 有 關 化 學 式 的 敘 述 正 確 者 ？ （ 多 選 ）

(A) 用 元 素 符 號 來 表 示 物 質 組 成 的 式 子 ， 稱 為 化 學 式 (B) 實 用 上 ， 示 性 式 多 用 於 表 示 有 機 化 合 物

(C)決 定 分 子 式 在 原 則 上 ， 要 先 由 所 含 各 元 素 的 質 量 組 成 求 出 實 驗 式 ， 再 計 算 分 子 量 求 出 分 子 式

(D) 重 要 的 化 學 式 有 實 驗 式 、 分 子 式 、 結 構 式 及 示 性 式

(E) 結 構 式 只 表 示 原 子 與 原 子 間 聯 結 情 形，並 不 一 定 代 表 其 真 正 的 分 子 形 狀 結 構 Ans

：

元 素 分 析 的 流 程 概 念 圖

3-2 化 學 反 應 式

利 用 化 學 式 表 示 物 質 間 的 反 應 方 式 ， 以 及 反 應 物 與 生 成 物 間 反 應 計 量 間 的 關 係 式 ， 即 為 化 學 反 應 式 。

3-2.1 化 學 反 應 的 基 本 定 則

化 學 反 應 式 是 以 化 學 式 及 符 號 表 示 化 學 反 應 的 式 子

1. 寫 化 學 反 應 式 ， 必 須 根 據 反 應 的 事 實 ， 不 可 憑 空 臆 測 寫 化 學 反 應 式 。 2. 化 學 反 應 式 的 寫 法 ：

(1) 由 實 驗 決 定 反 應 物 與 產 物 ， 並 查 明 反 應 物 與 產 物 的 化 學 式 。

(2) 反 應 物 以 " + "" + "連 結 寫 於 " ! "" ! "之 左 ， 產 物 以 " + "" + "連 結 寫 於 " ! "" ! "之 右 。 (3) 通 常 附 記 反 應 條 件 （ 如 加 熱¢¢、 反 應 溫 度 、 壓 力 、 催 化 劑 … ） 於 " ! "" ! "上

方 或 下 方 ， 以 及 能 量 的 關 係 。

(4) 化 學 式 右 下 角 附 加「 狀 態 」的 標 記，(g)(g)表 式 氣 相 (gas)(gas)、(l)(l)表 式 液 相 (liquid)(liquid)、

(s)(s)表 式 固 相 (solid)(solid)、 (aq)(aq)表 式 水 溶 液 (aqueous solution)(aqueous solution)。

(5) 利 用 原 子 不 滅 （ 質 量 不 滅 ） 與 電 荷 不 滅 平 衡 化 學 反 應 式 。 N_2(g)+ 3 H_2(g) ¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡!^{Fe (Al2O3, K2O)}

400»500^±C ; 500»1000atm 2 NH_3(g) ¢H = ¡91:7 kJ N_2(g)+ 3 H_2(g) ¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡¡!^{Fe (Al2O3, K2O)}

400»500^±C ; 500»1000atm 2 NH_3(g) ¢H = ¡91:7 kJ 3-2 .2 化 學 反 應 式 的 表 示 法 與 平 衡

不 論 何 種 方 法 均 須 依 「 質 量 守 恆 」、「 原 子 守 恆 」 及 「 電 荷 守 恆 」 等 原 理 來 平 衡 化 學 反 應 式 係 數 。

1. 原 子 守 恆 ： 反 應 前 後 原 子 的 種 類 與 數 目 相 同 。 2. 電 荷 守 恆 ： 反 應 前 後 總 電 荷 數 相 等 。

3. 平 衡 化 學 反 應 式 最 常 用 的 方 法 為 觀 察 法 與 代 數 法 （ 未 定 係 數 法 ）。

(1) 觀 察 法 平 衡 CC₂₂HH₂₂+ O+ O₂₂ ! CO! CO₂₂+ H+ H₂₂OO a. 設 左 邊 CC₂₂HH₂₂的 係 數 為 1， 即

1 C₂H₂+ O₂ ! CO₂+ H₂O 1 C₂H₂+ O₂ ! CO₂+ H₂O。

b. 左 邊 碳 與 氫 原 子 均 為 2莫 耳 ， 故 得 右 方 之COCO₂₂係 數 為 2，HH₂₂OO之 係 數 為 1，即 1 C₂H₂+ O₂ ! 2 CO₂+ 1 H₂O

1 C₂H₂+ O₂ ! 2 CO₂+ 1 H₂O。

c. 又 因 右 邊 之 氧 原 子 為 5莫 耳 ， 故 左 邊 之 OO₂₂必 須 為 5 2 5

2 莫 耳 ， 即 1 C₂H₂+ 5

2 O₂ ! 2 CO₂+ 1 H₂O 1 C₂H₂+ 5

2 O₂ ! 2 CO₂+ 1 H₂O

d. 為 使 反 應 式 的 係 數 均 成 為 整 數 ， 則 左 右 邊 皆 乘 以 2， 即 2 C₂H₂+ 5 O₂ ! 4 CO₂+ 2 H₂O

2 C₂H₂+ 5 O₂ ! 4 CO₂+ 2 H₂O

(2) 代 數 法 平 衡 MnOMnO₂₂+ HCl ! MnCl+ HCl ! MnCl₂₂+ Cl+ Cl₂₂+ H+ H₂₂OO

a. 設 反 應 式 的 均 衡 係 數 為 a MnOa MnO₂₂+ b HCl ! c MnCl+ b HCl ! c MnCl₂₂+ d Cl+ d Cl₂₂+ e H+ e H₂₂OO b. 依 原 子 不 滅 ， 兩 邊 原 子 數 相 等 ， 則

MnMn原 子 守 恆 a = ca = c --- ○¹ OO原 子 守 恆 2 a = e2 a = e --- ○²

HH原 子 守 恆 b = 2 eb = 2 e --- ○³ ClCl原 子 守 恆 b = 2 c + 2 db = 2 c + 2 d --- ○⁴ 解 聯 立 方 程 式 ， 得 e = c + de = c + d、 d = a = cd = a = c

c. 設aa = 1= 1， 則cc= 1= 1、 d = 1d = 1、ee= 2= 2、 b = 4b = 4， 因 此 平 衡 的 化 學 反 應 式 為 MnO₂ + 4 HCl ! MnCl₂+ Cl₂+ 2 H₂O

MnO₂ + 4 HCl ! MnCl₂+ Cl₂+ 2 H₂O （ 均 衡 係 數 為 1時 ， 1可 省 略 不 寫 ）

自 修 講 義 （ 泰 宇 版 ） 範 例 解 析

《 範 例 1》 化 學 反 應 式 的 意 義

下 列 有 關 2 H2 H_2g2g+ O+ O_2g2g! 2 H! 2 H₂₂OO(l)(l) 之 反 應 式 的 敘 述 ， 何 者 錯 誤 ？ (A) 同 溫 、 同 壓 下 ， 2 升 的 氫 與 1 升 的 氧 作 用 生 成 2升 的 水 (B) 同 溫 、 同 壓 下 ， 4 克 的 氫 與 3 2克 的 氧 作 用 生 成 3 6克 的 水 (C) 同 溫 、 同 壓 下 ， 2 莫 耳 的 氫 與 1 莫 耳 的 氧 作 用 生 成 2 莫 耳 的 水 (D) 同 溫 、 同 壓 下 ， 2 個 氫 分 子 與 1 個 氧 分 子 作 用 生 成 2 個 水 分 子 答 案 ： (A)

解 析 ： 平 衡 反 應 式 的 係 數 比 ＝ 反 應 莫 耳 數 比 ＝ 反 應 分 子 數 比 ＝ 同 溫 、 同 壓 下 反 應 氣 體 體 積 。

反 應 式 2 H2 H_2(g)2(g) ++ OO_2(g)2(g) !! 2 H2 H₂₂OO(l)(l)

反 應 莫 耳 數 比 22 :: 11 :: 22

反 應 分 子 數 比 2 £ 6:02 £ 102 £ 6:02 £ 10²³²³ :: 1 £ 6:02 £ 101 £ 6:02 £ 10²³²³ :: 2 £ 6:02 £ 102 £ 6:02 £ 10²³²³

同溫同壓下反應氣體體積比 22 :: 11 ¡¡¡¡

反應質量比 2 £ 22 £ 2 :: 1 £ 321 £ 32 :: 2 £ 182 £ 18

《 範 例 2》 方 程 式 平 衡 － 觀 察 法 試 以 觀 察 法 平 衡 ：

(1 ) FeSFeS₂₂ + O+ O₂₂ ! Fe! Fe₂₂OO₃₃+ SO+ SO₂₂

(2 ) CaCa₃₃(PO(PO₄₄))₂₂ + C + SiO+ C + SiO₂₂ ! CaSiO! CaSiO₃₃+ P+ P₄₄+ CO+ CO 答 案 ： (1) 4 FeS4 FeS₂₂+ 11 O+ 11 O₂₂ ! 2 Fe! 2 Fe₂₂OO₃₃+ 8 SO+ 8 SO₂₂

(2 ) 2 Ca2 Ca₃₃(PO(PO₄₄))₂₂+ 10 C + 6 SiO+ 10 C + 6 SiO₂₂ ! 6 CaSiO! 6 CaSiO₃₃+ P+ P₄₄+ 10 CO+ 10 CO

解 析 ： 觀 察 法 平 衡 方 程 式 之 原 則 為 ： 先 找 出 某 元 素 在 方 程 式 兩 邊 只 出 現 一 次 ， 且 原 子 數 不 相 等 者 ， 先 平 衡 之 ， 出 現 次 數 愈 多 者 ， 則 愈 後 平 衡 。

(1) FeSFeS₂₂+ O+ O₂₂ ! 1 Fe! 1 Fe₂₂OO₃₃+ SO+ SO₂₂（ 先 訂 FeFe₂₂OO₃₃的 係 數 為 1）

先 平 衡 Fe： 2 FeS2 FeS₂₂+ O+ O₂₂ ! 1 Fe! 1 Fe₂₂OO₃₃+ SO+ SO₂₂ 次 平 衡 S： 2 FeS2 FeS₂₂+ O+ O₂₂ ! 1 Fe! 1 Fe₂₂OO₃₃+ 4 SO+ 4 SO₂₂ 再 平 衡 O： 2 FeS₂+ 11

2 O₂ ! 1 Fe₂O₃+ 4 SO₂ 2 FeS₂+ 11

2 O₂ ! 1 Fe₂O₃+ 4 SO₂

最 後 將 係 數 化 成 最 簡 整 數 ： 4 FeS4 FeS₂₂+ 11 O+ 11 O₂₂ ! 2 Fe! 2 Fe₂₂OO₃₃+ 8 SO+ 8 SO₂₂

(2 ) CaCa₃₃(PO(PO₄₄))₂₂+ C + SiO+ C + SiO₂₂ ! CaSiO! CaSiO₃₃+ 1 P+ 1 P₄₄+ CO+ CO（ 先 訂 PP₄₄的 係 數 為 1）

先 平 衡 P： 2 Ca2 Ca₃₃(PO(PO₄₄))₂₂+ C + SiO+ C + SiO₂₂ ! CaSiO! CaSiO₃₃+ 1 P+ 1 P₄₄+ CO+ CO 次 平 衡 Ca： 2 Ca2 Ca₃₃(PO(PO₄₄))₂₂+ C + SiO+ C + SiO₂₂ ! 6 CaSiO! 6 CaSiO₃₃+ 1 P+ 1 P₄₄+ CO+ CO 再 平 衡 Si： 2 Ca2 Ca₃₃(PO(PO₄₄))₂₂+ C + 6 SiO+ C + 6 SiO₂₂ ! 6 CaSiO! 6 CaSiO₃₃+ 1 P+ 1 P₄₄+ CO+ CO 再 平 衡 O： 2 Ca2 Ca₃₃(PO(PO₄₄))₂₂+ C + 6 SiO+ C + 6 SiO₂₂ ! 6 CaSiO! 6 CaSiO₃₃+ 1 P+ 1 P₄₄+ 10 CO+ 10 CO 最 後 平 衡 C： 2 Ca2 Ca₃₃(PO(PO₄₄))₂₂+ 10 C + 6 SiO+ 10 C + 6 SiO₂₂ ! 6 CaSiO! 6 CaSiO₃₃+ 1 P+ 1 P₄₄+ 10 CO+ 10 CO

《 範 例 3》 方 程 式 平 衡 － 代 數 法 試 以 代 數 法 平 衡 ：

(1 ) KIOKIO₃₃+ Na+ Na₂₂SS₂₂OO₅₅ ! I! I₂₂+ K+ K₂₂SOSO₄₄+ Na+ Na₂₂SOSO₄₄+ SO+ SO₃₃ (2 ) ClOClO^¡₃^¡₃ + OH+ OH^¡¡+ MnO+ MnO₂₂ ! Cl! Cl^¡¡+ MnO+ MnO^2¡₄^2¡₄ + H+ H₂₂OO

答 案 ： (1) 4 KIO4 KIO₃₃+ 5 Na+ 5 Na₂₂SS₂₂OO₅₅ ! 2 I! 2 I₂₂+ 2 K+ 2 K₂₂SOSO₄₄+ 5 Na+ 5 Na₂₂SOSO₄₄+ 3 SO+ 3 SO₃₃ (2) ClOClO^¡₃^¡₃ + 6 OH+ 6 OH^¡¡+ 3 MnO+ 3 MnO₂₂ ! Cl! Cl^¡¡+ 3 MnO+ 3 MnO^2¡₄^2¡₄ + 3 H+ 3 H₂₂OO

解 析 ： 利 用 觀 察 法 將 可 決 定 的 係 數 先 決 定 ， 不 能 決 定 的 係 數 設 立 未 知 數 ， 並 利 用 原 子 不 滅 及 電 荷 不 滅 立 方 程 式 。 最 後 解 聯 立 方 程 式 得 未 知 數 。

(1 ) KIOKIO₃₃+ Na+ Na₂₂SS₂₂OO₅₅ ! I! I₂₂+ K+ K₂₂SOSO₄₄+ Na+ Na₂₂SOSO₄₄+ SO+ SO₃₃，用 觀 察 法，先 平 衡 I，再 平 衡 K， 得 2 KIO2 KIO₃₃+ Na+ Na₂₂SS₂₂OO₅₅ ! 1 I! 1 I₂₂+ 1 K+ 1 K₂₂SOSO₄₄+ Na+ Na₂₂SOSO₄₄+ SO+ SO₃₃

設 立 未 知 數 ： 2 KIO2 KIO₃₃++x Nax Na₂₂SS₂₂OO₅₅ ! 1 I! 1 I₂₂ + 1 K+ 1 K₂₂SOSO₄₄++y Nay Na₂₂SOSO₄₄++z SOz SO₃₃ (a ) Na原 子 不 滅 ：2 x = 2 y2 x = 2 y

(b) S原 子 不 滅 ：2 x = 1 + y + z2 x = 1 + y + z 解 聯 立 方 程 式 (c) O原 子 不 滅 ：6 + 5 x = 4 + 4 y + 3 z6 + 5 x = 4 + 4 y + 3 z

得 ： x = 5 x = 25

2、 y = 5 y = 25

2、 z = 3 z = 23

2， 再 將 反 應 式 係 數 化 為 最 簡 整 數 關 係 ， 得 ： 4 KIO₃+ 5 Na₂S₂O₅ ! 2 I₂+ 2 K₂SO₄+ 5 Na₂SO₄+ 3 SO₃

4 KIO₃+ 5 Na₂S₂O₅ ! 2 I₂+ 2 K₂SO₄+ 5 Na₂SO₄+ 3 SO₃

(2 ) ClOClO^¡₃^¡₃ + OH+ OH^¡¡+ MnO+ MnO₂₂ ! Cl! Cl^¡¡+ MnO+ MnO^2¡₄^2¡₄ + H+ H₂₂OO， 用 觀 察 法 先 平 衡 H原 子 得 ： ClO^¡₃ + 2 OH^¡+ MnO₂ ! Cl^¡+ MnO^2¡₄ + 1 H₂O

ClO^¡₃ + 2 OH^¡+ MnO₂ ! Cl^¡+ MnO^2¡₄ + 1 H₂O

設 立 未 知 數 ： w ClOw ClO^¡₃^¡₃ + 2 OH+ 2 OH^¡¡++x MnOx MnO₂₂ !!y Cly Cl^¡¡++z MnOz MnO^2¡₄^2¡₄ + 1 H+ 1 H₂₂OO (a) Cl原 子 不 滅 ： w = yw= y

(b) Mn原 子 不 滅 ： x = zx= z

(c) O原 子 不 滅 ：3 w + 2 + 2 x = 4 z + 13 w + 2 + 2 x = 4 z + 1

(d) 電 荷 數 原 子 不 滅 ： w £ (¡1) + 2 £ (¡1) = y £ (¡1) + z £ (¡2)w £(¡1) + 2 £ (¡1) = y £ (¡1) + z £ (¡2) 解 聯 立 方 程 式 ， 得 ： w = 1

w= 31

3、xx= 1= 1、 y = 1 y= 31

3、zz = 1= 1， 再 將 係 數 化 為 最 簡 整 數 關 係 ， 得 ： ClOClO^¡₃^¡₃ + 6 OH+ 6 OH^¡¡+ 3 MnO+ 3 MnO₂₂ !!ClCl^¡¡+ 3 MnO+ 3 MnO^2¡₄^2¡₄ + 3 H+ 3 H₂₂OO

【 例 題 5】 平 衡 ZnZn²⁺²⁺+ I+ I^¡¡+ IO+ IO^¡₃^¡₃ + H+ H₂₂O + SOO + SO^2¡₄^2¡₄ !!ZnZn₅₅(OH)(OH)₈₈SOSO₄₄+ I+ I₂₂

【 例 題 6】 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+ y O₂ ! z

xH₂C = CH₂+ y O₂ ! z CH₂ O C

H₂ （ 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)(x + y + z)的 最 小 數 值 為 何 ？ （ 96指 考 ）

(A) 4 (B) 5 (C) 6 (D) 7 (E) 8

練 習 題 ：

1. 平 衡 下 列 方 程 式 ？

(1) NH₃ +O₂ →NO+H O₂ (2) C H_{8 18} +O₂ →CO₂ +H O₂

(3) Cu+HNO₃ →Cu(NO )_{3 2} +H O₂ +NO

(4) KMnO₄ +H SO_{2 4} +H S₂ →K SO_{2 4} +MnSO₄ +H O₂ + S (5) AuCl₄⁻ +AsH₃+H O₂ →Au+Cl⁻ +H AsO_{3 3} +H⁺

3-3 化 學 計 量

反 應 後 ， 針 對 反 應 物 及 生 成 物 的 質 量 和 莫 耳 數 ， 進 行 定 量 的 分 析 或 計 算 ， 稱 為 化 學 計 量 ， 常 以 莫 耳 數 法 行 之 。

3-3.1 化 學 反 應 中 質 量 的 關 係

在 平 衡 的 化 學 反 應 式 中 ， 各 物 質 的 係 數 比 ＝ 分 子 數 的 變 化 量 比 ＝ 莫 耳 數 的 變 化 量 比 ＝ 氣 體 體 積 的 變 化 量 比 （ 同 溫 同 壓 下 ）。 化 學 計 量 之 祕 訣 ：

1. 寫 出 平 衡 的 化 學 反 應 式 。 2. 將 已 知 量 換 算 為 莫 耳 數 。

3. 利 用 反 應 式 的 均 衡 係 數 ， 以 比 例 法 求 出 待 求 物 質 的 莫 耳 數 。 (1) 方 程 式 係 數 比 ＝ 反 應 莫 耳 數 比 ＝ 反 應 分 子 數 比 。

(2) 氣 體 反 應 體 積 定 律 ： 同 溫 同 壓 下 ， 氣 體 反 應 時 ， 反 應 體 積 比 ＝ 反 應 莫 耳 數 比 ＝ 方 程 式 係 數 比 。

4. 將 求 得 的 莫 耳 數 轉 換 成 符 合 問 題 要 求 的 量 。

已知的 莫耳數

未知的

均衡係數 莫耳數

利用

已知的 質量

已知的 粒子數

已知氣 體體積

分子量 6 . 0 2 1 0^{2 3}

莫耳體積

未知的 質量

未知的 粒子數

未知氣 體體積

分子量

6 . 0 2 1 0^{2 3}

莫耳體積

3-3 .2 限 量 試 劑

反 應 時 最 先 完 全 被 用 盡 的 反 應 物 量 ， 可 決 定 生 成 物 的 產 量 ， 此 種 完 全 用 盡 的 試 劑 ， 稱 為 限 量 試 劑 。

1. 尋 找 限 量 試 劑 的 方 法 ， 以 各 反 應 物 的 初 始 莫 耳 數

均 衡 係 數 ， 所 得 比 值 最 小 者 即 為 限 量 試 劑 。

2. 限 量 試 劑 的 量 可 決 定 生 成 物 的 產 量 。

3. 由 限 量 試 劑 完 全 反 應 而 得 生 成 物 的 最 大 產 量 叫 做 「 理 論 產 量 」； 實 際 產 量 除 以 理 論 產 量 即 得 「 產 量 百 分 率 」， 產 率 ＝ 實際 產 量 ×100%

理 論 產 量 。 4. 生 成 物 的 產 率 是 工 廠 製 程 效 能 的 重 要 指 標 之 一 。

自 修 講 義 （ 泰 宇 版 ） 範 例 解 析

《 範 例 1》 反 應 式 與 化 學 計 量

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 ， 附 圖 表 示 反 應 物 和 產 物 的 濃 度 隨 反 應 時 間 的 變 化 關 係 。 下 列 哪 一 項 可 表 示 X和 Y的 化 學 反 應 式 ？ (A) X + Y ! ZX + Y ! Z (B) X + 2 Y ! ZX + 2 Y ! Z

(C) 2 X + Y ! Z2 X + Y ! Z (D) X + Y ! 2 ZX + Y ! 2 Z (E) X + 2 Y ! 2 ZX + 2 Y ! 2 Z

答 案 ： (B)

解 析 ： 反 應 時 的 莫 耳 數 比 ＝ 反 應 式 係 數 比 。

80秒 時 反 應 莫 耳 數 比 ) X : Y : Z = (0:8 ¡ 0:6) : (0:7 ¡ 0:3) : (0:2 ¡ 0) = 1 : 2 : 1)X : Y : Z = (0:8 ¡ 0:6) : (0:7 ¡ 0:3) : (0:2 ¡ 0) = 1 : 2 : 1 所 以 反 應 式 記 為 X + 2 Y ! ZX + 2 Y ! Z

《 範 例 2》 化 學 計 量 與 重 量

火 箭 燃 料 是 肼 (N(N₂₂HH₄₄))， 氧 化 劑 是 NN₂₂OO₄₄， 其 燃 燒 方 程 式 為 ： NN₂₂HH₄₄+ N+ N₂₂OO₄₄ !!NN₂₂+ H+ H₂₂OO

（ 未 平 衡 ）。 試 由 火 箭 燃 料 反 應 計 算 ： (N = 14)(N = 14) (1 ) 與 NN₂₂HH₄₄ 2:002:00莫 耳 反 應 所 需 的 NN₂₂OO₄₄莫 耳 數 。 (2) 與 NN₂₂HH₄₄ 2:002:00莫 耳 反 應 後 產 生 的 NN₂₂克 數 。 (3 ) 與 NN₂₂OO₄₄ 0:920:92克 反 應 後 產 生 的 HH₂₂OO克 數 。

(4 ) 與 NN₂₂HH₄₄ 0:640:64克 反 應 後 產 生 的 NN₂₂在 0℃ 、 1atm時 的 體 積 。 答 案 ： (1)1.00莫 耳 ， (2)84克 ， (3)0.720克 ， (4)0.672升

解 析 ： 平 衡 的 反 應 式 為 2 N2 N₂₂HH₄₄+ N+ N₂₂OO₄₄ !!3 N3 N₂₂+ 4 H+ 4 H₂₂OO， 平 衡 反 應 式 的 係 數 比 = 反 應 莫 耳 數 比 。

∴ 未 知 量 莫 耳 數 ＝ 已 知 量 莫 耳 數× 未知量係數 已知量係數 (1 ) NN₂₂OO₄₄莫 耳 數 ＝ NN₂₂HH₄₄莫 耳 數£ 1

2 = 2:00 £ 1

2 = 1:00 (mol)

£ 1

2 = 2:00 £ 1

2 = 1:00 (mol) (2 ) NN₂₂克 數 ＝ ( N( N₂₂HH₄₄莫 耳 數£3

2 ) £ 28 = ( 2:00 £ 3

2 ) £ 28 = 84 (g)

£3

2 ) £ 28 = ( 2:00 £ 3

2 ) £ 28 = 84 (g) (3 ) HH₂₂OO克 數 ＝ ( N( N₂₂OO₄₄莫 耳 數£4

1 ) £ 18 = ( 0:92 92 £ 4

1 ) £ 18 = 0:72 (g)

£4

1 ) £ 18 = ( 0:92 92 £ 4

1 ) £ 18 = 0:72 (g) (4) NN₂₂體 積 ＝ ( N( N₂₂HH₄₄莫 耳 數£3

2 ) £ 22:4 = ( 0:64 32 £ 3

2 ) £ 22:4 = 0:672 (L)

£3

2 ) £ 22:4 = ( 0:64 32 £ 3

2 ) £ 22:4 = 0:672 (L)

（ 標 準 溫 壓 (STP)下 ， 氣 體 的 莫 耳 體 積 為 22:4 L22:4 L）

《 範 例 3》 化 學 計 量 與 限 量 試 劑

將 銀 4.32g、0.1M硫 化 氫 水 溶 液 30m L及 氧 0.16g混 合，依Ag + HAg + H₂₂S + OS + O₂₂ ! Ag! Ag₂₂S + HS + H₂₂OO

（ 未 平 衡 ） 完 全 反 應 。（ 原 子 量Ag = 108Ag = 108， S = 32S = 32）

(1) 試 寫 出 完 整 的 平 衡 反 應 式 。 (2) 何 者 為 限 量 試 劑 ？ (3 ) 產 生 硫 化 銀 的 克 數 為 若 干 ？

答 案 ： (1)4 Ag + 2 H4 Ag + 2 H₂₂S + OS + O₂₂ ! 2 Ag! 2 Ag₂₂S + 2 HS + 2 H₂₂OO， (2)HH₂₂SS， (3)0.744克 解 析 ： (2) 反 應 物 莫 耳 數：nAg= 4:32

108 = 0:04 (mol) nAg= 4:32

108 = 0:04 (mol)、nnHH₂₂SS= 0:1 £ 30 £ 10= 0:1 £ 30 £ 10^¡3¡3 = 0:003 (mol)= 0:003 (mol) nO₂ = 0:16

32 = 0:005 (mol) nO₂ = 0:16

32 = 0:005 (mol)， 比 較 ^nAg 4 nAg

4 、 nH₂S

2 nH₂S

2 、 nO₂

1 nO₂

1 最 小 者 為 限 量 試 劑 。 ) H₂S

) H₂S 為 限 量 試 劑

(3 ) 產 生 硫 化 銀 的 克 數 = 0:003 £ 2

2 £(108 £ 2 + 32) = 0:744 (g)

= 0:003 £ 2

2 £(108 £ 2 + 32) = 0:744 (g)

《 範 例 4》 化 學 計 量 與 產 率

某 化 合 物 甲 經 元 素 分 析 得 知 含 N： 46.6%、 H： 6.7%、 C： 20.0%及 O： 26.7%， 又 知 其 分 子 量 為 60， 可 由 氨 與 二 氧 化 碳 反 應 製 得 並 生 成 水 。 今 在 高 壓 反 應 容 器 內 加 入 17克 的 氨 與 55克 的 二 氧 化 碳 ， 使 兩 者 充 分 反 應 ， 並 將 產 物 經 過 純 化 後 可 得 到 24克 的 化 合 物 甲 ， 則 ：

(1 ) 求 化 合 物 甲 的 實 驗 式 。

(2 ) 寫 出 製 造 化 合 物 甲 的 化 學 反 應 式 並 平 衡 之 。 (3 ) 上 述 反 應 中 ， 化 合 物 甲 的 產 率 為 多 少 %？

答 案 ： (1)NN₂₂HH₄₄COCO， (2)2 NH2 NH₃₃+ CO+ CO₂₂ !!NN₂₂HH₄₄CO + HCO + H₂₂OO， (3)80%

解 析 ： (1) 原 子 個 數 比 N : H : C : O = 46:6 14 : 6:7

1 : 20:0

12 : 26:7

16 = 3:33 : 6:7 : 1:67 : 1:67 N : H : C : O = 46:6

14 : 6:7

1 : 20:0

12 : 26:7

16 = 3:33 : 6:7 : 1:67 : 1:67

= 2 : 4 : 1 : 1

= 2 : 4 : 1 : 1（ 最 小 之 數 遍 除 各 項 ， 最 後 化 成 最 簡 整 數 比 ） 實 驗 式 = N= N₂₂HH₄₄COCO， 式 量= 14= 14£ 2 + 1 £ 4 + 12 + 16 = 60£ 2 + 1 £ 4 + 12 + 16 = 60

分 子 式 ＝ 實 驗 式 £n ) n = 60

60 = 1 )

£n ) n= 60

60 = 1 ) 化 合 物 甲 的 分 子 式 為 NN₂₂HH₄₄COCO (3 ) 反 應 物 莫 耳 數 ：nNH₃ = 17

17 = 1 (mol) nNH₃ = 17

17 = 1 (mol)、 nCO₂ = 55

44 = 1:25 (mol) nCO₂ = 55

44 = 1:25 (mol)， 1

1 < 1:25 1 1

1 < 1:25 1 ) NH₃

) NH₃ 為 限 量 試 劑 ， 化 合 物 甲 的 理 論 產 量 = 1 £ 1

1 £60 = 30 (g)

= 1 £ 1

1 £60 = 30 (g) 化 合 物 甲 的 產 率 = 24

30 £100 % = 80 %

= 24

30 £100 % = 80 %

《 範 例 5》 混 合 物 的 化 學 計 量

將 含 有 硫 粉 與 碳 粉 的 混 合 物 9.2克 ， 與 足 量 氧 氣 完 全 燃 燒 後 生 成 SOSO₂₂與 COCO₂₂的 混 合 氣 體 共 重 28.4克 ， 試 問 原 混 合 物 中 含 硫 粉 的 重 量 為 多 少 克 ？

答 案 ： 3.2克

解 析 ： 混 合 物 之 化 學 計 量 ， 先 分 別 假 設 混 合 物 之 莫 耳 數 ， 再 依 條 件 解 聯 立 。 設 硫 粉 有 xx莫 耳 、 碳 粉 有 yy莫 耳

S + O₂ !SO₂

S + O₂ !SO₂ 完 全 燃 燒 生 成 xx莫 耳 SOSO₂₂ C + O₂ !CO₂

C + O₂ !CO₂ 完 全 燃 燒 生 成 yy莫 耳 COCO₂₂ 32 x + 12 y = 9:2

32 x + 12 y = 9:2 （ 原 混 合 物 重 量 ） 64 x + 44 y = 28:4

64 x + 44 y = 28:4 （ SOSO₂₂及 COCO₂₂總 重 量 ） 解 聯 立 方 程 式 ， 得 ： x = 0:1 (mol)x= 0:1 (mol)、 y = 0:5 (mol)y = 0:5 (mol) 硫 粉 的 重 量 = 0:1 £ 32 = 3:2 (g)= 0:1 £ 32 = 3:2 (g)

《 範 例 6》 多 步 驟 反 應 之 化 學 計 量 KClO₄

KClO₄可 根 據 下 列 反 應 製 備 ：（ 原 子 量 ： K = 39K = 39， Cl = 35:5Cl = 35:5）

Cl₂+ 2 KOH ! KCl + KClO + H₂O Cl₂+ 2 KOH ! KCl + KClO + H₂O 3 KClO ! 2 KCl + KClO₃

3 KClO ! 2 KCl + KClO₃ 4 KClO₃ !3 KClO₄+ KCl 4 KClO₃ !3 KClO₄+ KCl

今 欲 製 備 27.7克 KClOKClO₄₄， 在 STP下 至 少 需 ClCl₂₂多 少 升 ？

(A) 4.48 (B) 8.96 (C) 17.9 2 (D) 44.8 答 案 ： (C)

解 析 ： ClCl₂₂+ 2 KOH ! KCl + KClO + H+ 2 KOH ! KCl + KClO + H₂₂OO nnCCll₂₂ : n: nKCKCllOO = 1 : 1= 1 : 1 3 KClO ! 2 KCl + KClO₃

3 KClO ! 2 KCl + KClO₃ nnKCKCllOO: n: nKCKCllOO₃₃ = 3 : 1= 3 : 1 4 KClO₃ !3 KClO₄+ KCl

4 KClO₃ !3 KClO₄+ KCl nn_KCKCllOO₃₃ : n: n_KCKCllOO₄₄ = 4 : 3= 4 : 3 計 量 莫 耳 數 比 nnCCll₂₂ : n: nKCKCllOO : n: nKCKCllOO₃₃ : n: nKCKCllOO₄₄ = 12 : 12 : 4 : 3= 12 : 12 : 4 : 3 假 設 需 STP下 的Cl₂ = x (L) ) x

22:4 : 27:7

138:5 = 12 : 3 ) x = 17:92 (L) Cl₂ = x (L) ) x

22:4 : 27:7

138:5 = 12 : 3 ) x = 17:92 (L)

《 範 例 7》 混 合 物 化 學 計 量

20m L的 某 氣 體 烴 類 完 全 與 1 20m L氧 氣 作 用 ， 在 常 溫 下 ， 氣 體 體 積 變 為 8 0m L， 將 此 剩 餘 氣 體 通 過 KOHKOH(aq)(aq)後 體 積 變 為 20mL， 則 此 烴 分 子 式 為 ？

(A) C3H8 (B) C4H1 0 (C) CH4 (D) C3H4

答 案 ： (A)

解 析 ：

C_mH_n(g) +

μ4 m + n 4

¶

O_2(g) ¡! mCO_2(g) + n

2 H₂O(l)

C_mH_n(g) +

μ4 m + n 4

¶

O_2(g) ¡! mCO_2(g) + n

2 H₂O(l)

20 (mL)

20 (mL) 120 (mL)120 (mL)

¡20

¡20 ¡20 £ 4 m + n

¡20 £ 4 m + n4

4 ^{+20 m+20 m} ─ ─ 0

0 120 ¡ (20 m + 5 n)120 ¡ (20 m + 5 n) 20 m20 m

由 題 意 知 ， 剩 餘 氧 氣 體 積 ： 120 ¡ (20 m + 5 n) = 20120 ¡ (20 m + 5 n) = 20

產 生 COCO₂₂體 積 ：20 m = 80 ¡ 20 ) m = 320 m = 80 ¡ 20 ) m = 3， 代 回 上 式 ， 得n = 8n = 8 所 以 此 烴 分 子 式 為 CC₃₃HH₈₈

【 例 題 7】把 CaCOCaCO₃₃和 MgCOMgCO₃₃的 混 合 物 充 分 加 熱 ， 至 質 量 不 再 改 變 時 ， 所 得 殘 留 物 質 質 量 是 原 混 合 物 質 質 量 的 一 半 ， 則 殘 留 物 中 的 Ca、 Mg兩 元 素 的 莫 耳 數 比 是 ？ (Ca = 40 ; Mg = 24)

(Ca = 40 ; Mg = 24)

(A) 1： 1 (B) 1： 2 (C) 1： 3 (D) 2： 1

【 例 題 8】銀 16.2克，硫 化 氫 2.04克 與 氧 0.64克 混 合，依Ag + HAg + H₂₂S + OS + O₂₂ ! Ag! Ag₂₂S + HS + H₂₂OO 反 應 （ 反 應 式 未 平 衡 ）， 則 下 列 敘 述 何 者 正 確 ？ (Ag = 108Ag = 108、 S = 32S = 32)（ 多 選 ） (A) 平 衡 方 程 式 ， 各 物 種 係 數 總 和 為 11 (B) O₂為 限 量 試 劑

(C) 剩 下 Ag 0. 07 莫 耳 (D) 產 生 H2O 0.7 2克 (E) 產 生 Ag2S 0.0 4莫 耳