崑山科技大學材料工程系
100 學年度第一學期
普通化學與實驗(一)實驗報告 實驗四︰化學式的測定
四材料技一A
組別：第○組
實驗者：
學號: A0□G1□□ 姓名：○ ○ ○*
學號: A0□G1□□ 姓名: ○ ○ ○
學號: A0□G1□□ 姓名: ○ ○ ○
普通化學與實驗(一)實驗四︰ 化學式的測定
一.目 的︰
1. 了解化學式的定義及其種類。
2. 熟悉化學式的測定法—化合法與分析法。
3. 應用化合法測定氧化鎂的化學式，以及分析法測定氯酸鉀的化學式。
4. 分析氯酸鉀與氯化鉀未知混合物試樣中氯酸鉀所含的重量百分率。
二.相關知識︰
凡用元素符號表示物質組成之式統稱為化學式(chemical formula)，化學式的種 類有列五種：
1. 實驗式(empirical formula)：以最簡單的化學式，表示物質組成元素的原子數 比，稱為實驗式，又稱為最簡式(simplest formula)。
2. 分子式(molecular formula)：以化學式，表示一分子物質的組成，稱為分子式。
分子式中包括各組成元素之全部原子，化簡之，即為實驗式，因此，分子式 為實驗式量之倍數：
分子式=[實驗式]n
3. 構造式(structural formula)：係表示分子內，各原子與原子間相互排列及結合狀 態之化學式，稱為構造式。
4. 示性式(rational formula)︰係表示分子中 ，含有某種根或基的化學式，稱為示 性式，常用以表示有機物質之分子。
5. 電子式(electronic formula)︰係表示分子式中，各原子外層電子(即價電子)排列 的化學式，稱為電子式。
化學式所代表之量(即化學式中諸元素之原子量總和)稱為式量，若以克 為單位表示式量，則稱之為克式量(gram formula weight)。若化學式為分子式者，
稱為分子量(molecular weight)，即分子量為式量之一種。
化學式的測定為化學家重要工作之一，蓋任何新物質之發現，必須設法 測定其化學式。化學式的測定，可利用化合法或分析法，先測定化合物的最簡單 化學式(即實驗式)，再由分子量的測定，確定分子式。本實驗僅就化合法測定化 學式。
化學式的測定第一步驟為測定化合物中組成元素的種類；第二步驟為測 定化合物中所含元素的重量百分率；第三步驟將各元素的重量百分率換算為相對 元素的莫耳數比，並求出最簡莫耳數的整數比。以決定其最簡單化學式(即實驗 式)；第四步驟為測定化合物之分子量，以確定其分子式。
乙元素的原子數 乙元素的組成質量 甲元素的原子量
甲元素的組成質量 乙元素的莫耳數
甲元素的莫耳數
:
分子量的測定法有︰凝固點下降(freezing point depression)，沸點上昇法，即蒸氣
壓密度法。
化合法測定最簡單化學式
將已知質量之甲元素與過量之乙元素完全作用，形成一定質量之化合物 後，除去過量之乙元素，此時增加之質量，即為與甲元素相結合之元素質量，由 此即可測定其最簡單化學式。
【實驗例 9-1】
將 2.431g 鎂帶，至於坩鍋中，加熱使其充分氧化，得氧化鎂 4.031g。可由下列計 算，求得氧化鎂的最簡單化學式。
鎂原子的莫耳數= 0.100
) 24.312(
Mg 2.431g
鎂的原子量 與 2.431g 鎂作用的氧質量=4.031g–2.431g=1.600g
氧原子的莫耳數= 0.100
) 15.944(
O 1.600g
氧的原子量
因此鎂原子的莫耳數︰氧原子的莫耳數=0.100︰0.100=1︰1(最簡整數比)。
故知氧化鎂的最簡化學式為 MgO。
惟加熱使鎂氧化之化合反應中，因空氣中含有 79％的氮，故有部份反應生成氮 化鎂，所以鎂帶與空氣加熱反應後，須再加水，將所生氮化鎂先轉變成氫氧化鎂 後，再行加熱分解，而使鎂帶完全變成氧化鎂。其反應方程式表示如下︰
O 2MgO
2Mg
(s) 2(g) (s)Mg N 3Mg
(s)N
2(S) 3 2(S)3Mg(OH) 2NH O
6H
Mg
3N
2(S) 2 (l) 2(S) 2(g)H O MgO
Mg(OH)
2(S)
(S)
2 (g)四. 儀器及藥品
本生燈 ×1，鐵架、鐵環及廣用夾 ×1，試管夾(16cm 長) ×1，坩堝夾(16cm 長) ×1，
瓷坩堝(15mL)及蓋 ×1，泥三角 ×1，砂紙 ×1，鎂帶 ×1g。
五.實驗步驟︰
1.取一潔淨的瓷坩堝(附坩堝蓋)置於泥三角架中，如圖 9-1 所示，以本生燈灼熱至 瓷坩堝底變紅並持續 5 分鐘，移去本生燈令坩堝冷卻至室溫後，用坩堝夾挾取至
天平精稱至 0.01g，並紀錄之。
2.取約 1g 的鎂帶(約 1.5m 長)，先用砂紙擦淨其表面後，剪斷或繞成平面圈圈置 入已稱知質量的瓷坩堝底中，再精稱並記錄其質量。
3.將坩堝及鎂帶，置入泥三角架上，加上坩堝蓋微開之。(其目的係使坩堝內之物 質有足夠的空氣燃燒，並防止坩堝內的氧化物逸失。)
4.弱火緩熱 4 分鐘，再調整火力至強熱，灼熱至坩堝底變紅並持續 15 分鐘(註 2)，
移去本生燈放冷置室溫後，用坩堝夾開蓋，滴加純水 2mL(40 滴)，復加蓋。按上 法緩熱，至坩堝中的內容物乾燥後，去蓋再強火灼熱 5 分鐘。
5.若坩堝中內容物呈黑色(表示含有氮化鎂)，須重複步驟 4 操作在滴加純水，完 全除去黑色物質至使坩堝中的化合物轉變成白色的氧化鎂(氧化鎂的熔點為 2800
℃)
6.冷卻至室溫、加蓋，精稱並記錄之。
7.推求氧化鎂的最簡單化學式。
8.實驗完畢將坩堝中氧化鎂傾入指定容器回收。
【註】
1.將灼熱用的坩堝洗淨烘乾後，以高溫灼熱，然後置於玻璃乾燥器內一段時間，
待冷卻再作稱量，重複灼熱一次，冷卻再稱量，如此重複迄重量不變(即定重)為 止(0.3mg 範圍)，此時坩堝製備完成以便實驗灼熱之用。
2.本生燈灼熱如不足使坩堝底變紅，改用酒精噴燈，或以(Muffle furnace 俗稱高溫 爐)加熱至 1000℃
3.若無鎂帶，則改以銅粉及硫粉代之。
操作流程圖︰(將步驟以方塊圖或儀器簡圖依序寫出)
六.實驗記錄︰
實 驗 次 數 第 1 次
坩堝空質量 (g)
坩堝+鎂的質量 (g) 坩堝+氧化鎂的質量 (g)
七. 實驗結果整理
實 驗 次 數 第 1 次
鎂的質量 (g) 氧化鎂的質量 (g) 氧的質量 (g) 鎂原子的莫耳數 (mol) 氧原子的莫耳數 (mol)
化合物 Mg︰O 原子的莫耳數(最簡整數比) 化合物 Mg︰O 原子的莫耳數比值
氧化鎂的最簡化學式(即實驗式)
氧化鎂的實驗式式量(原子量總和)
氧化鎂的分子量 (g/mol)
40.3044
分子量所相當實驗式量的倍數 氧化鎂的分子式
