化學

(1)

第3章化學反應的質量關係

化學

任課教師：顏明賢

第三章

化學反應的質量關係

崑山科大材料工程系

(2)

本章內容



3.1 原子量



3.2 元素的莫耳質量與亞佛加厥數



3.3 分子量



3.4 質譜儀



3.5 化合物的組成百分率



3.6 實驗式的測定方法



3.7 化學反應與化學方程式



3.8 反應物與生成物的數量



3.9 限量試劑



3.10 產率

(3)

崑山科大材料工程系 3



原子量



原子的質量以amu為表示單位；1 amu = 1/12

12

C，碳-12為碳的一種同位素，其原子核含6個 質子與6個中子，此原子量定義為12 amu。



1個氫原子的平均質量為碳-12的8.400%，因此，

氫的原子量為0.084 × 12.00 amu=1.008 amu 。



1 amu亦稱 1 da

3.1 原子量

(4)

平均原子量



週期表上碳的原子量為12.01 amu而非12.00 amu, 這是依照自然界元素所含同位素比例計算的原子量。週期表上所表示的即為平均原子量。計算方式如下：



例如，碳-12及碳-13的天然含量分別為98.90%

及1.10%，而碳-13的原子量為13.00335 amu，因此碳原子的平均原子量為：

(0.9890) × (12.00000 amu)＋ (0.0110) × (13.00335 amu) = 12.01 amu

(5)

碳-12與碳-13的天然含量

(6)

(7)

3.2 元素的莫耳質量與亞佛加 厥數



莫耳(mole)為SI制單位。



莫耳質量(molar mass)：6.022 × 10

²³

個粒子所含之質量以g/mol或 kg/mol表示；6.022 1415× 10

²³

稱為亞佛加厥數(N

_A ) 。



N

_A

＝ 6.0221415 × 10

²³

(8)

克與amu換算



碳-12的莫耳質量為12.00g，相當於6.022 × 10

²³

個原子的重量；即一個碳原子的質量為 12.00/ 6.022 × 10

²³

g = 12.00 amu

1g = 6.022 × 10

²³

amu 1amu = 1.661 × 10

^-24

g

(9)



質量(m) ，莫耳質量(M) ，粒子數(N)及莫耳數(n)關係如下：N / N

_A

= n = m / M。

(10)

碳、硫、鉄、銅線及汞等元 素一莫耳的量

(11)

(12)

(13)

氦氣球及鋅金屬

(14)

(15)

元素態硫

(16)

3.3 分子量



分子量為分子中所有原子的原子量總和，

例如，H

₂

O的分子量為

H 的原子量 × 2 ＋ O 的原子量

= 2(1.008 amu)＋16.00 amu ＝18.02 amu



分子量也可以決定化合物的莫耳質量，化合 物的莫耳質量(g)與分子量(amu)的數值相同，

例如，水的分子量為18.02 amu，因此水的莫耳質量為18.02 g。

(17)

(18)

(19)

(20)

3.4 質譜儀



質譜儀為測量質量最直接且準確的方法

，

^它

利用離子荷質比(e/m)在電場中曲率半徑的 大小作質量測定

。

(21)

自然界氖的同位素質譜圖

(22)

3.5 化合物的組成百分率



化學式表示化合物組成元素的原子數，而質量組成百分率

為化合物中各元素的質量百

分率；



實驗式各元素呈最簡單整數比，由元素分析數據計算組成百分率求得。分子式則必需確定分子量才能由實驗式算出

：

分子式＝ n (實驗式)

(23)

H ₂ O ₂ 及H ₃ PO ₄ 分子

(24)

(25)

一

由百分組成求實驗式

(26)

(27)

（續）

(28)

抗壞血酸（維它命C）

(29)

(30)

乙醇分子

(31)

3.6 實驗式的測定方法

(32)

分子式的決定



從質量的組成百分率計算只能得到實驗式，

因為此化學式的係數總是化簡成簡單整數。

要得到真正的分子式，除了需要知道實驗式之外，還要知道化合物的莫耳質量，化合物 的莫耳質量為實驗式的莫耳質量之整數倍。

(33)

(34)

（續）

(35)

3.7 化學反應與化學方程式



化學反應是物質改變成一種或數種物質的程序，

而化學方程式使用化學符號描述化學反應所發生的事情。

(36)

(37)

化學方程式的平衡

1.

確認反應物和生成物的化學式。

2.

嘗試改變化學式係數使方程式左右原子數相等。

3.

先平衡只出現一次元素的化學式，再平衡出現兩 次以上的元素。

4.

確認方程式已平衡。



Ex. 2KClO

₃

→ 2 KCl + 3O

₂

C

₂

H

₆

+ 7/2O

₂

→ 2CO

₂

+ 3H

₂

O

(38)

氯酸鉀KClO ₃ 的加熱反應

(39)

乙烷ethane分子

(40)

(41)

（續）

(42)

3.8 反應物與生成物的數量



化學計量為定量探討化學反應中反應物與生成物。

將化合物轉換成莫耳數，然後依化學方程式中的係數，計算反應物或生成物的量，此法稱為莫耳法。

(43)

N ₂ 和H ₂ 反應生成NH ₃

(44)

(45)

(46)

(47)

葡萄糖glucose分子

(48)

3.9 限量試劑



限量試劑

反應物最先耗盡者稱之；反之過量者稱為過 量試劑。

(49)

(50)

(51)

（續）

(52)

尿素分子urea

(53)

3.10 產率



產率 yield %

為生成物實際產量與所有限量試劑皆生成產 物理論產量的百分比率。

(54)

(55)

（續）

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