第九章 化學反應

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(1)

第九章 化學反應

講義

9-1 元素的活性

9-2 分子式與化學反應式 9-3 粒子觀點

9-4 原子量和分子量

9-5 莫耳

(2)

★ 9-1 元素的活性

一、氧化:元素與氧作用生成化合物的反應,稱為_______反應,

反應所產生的含氧的化合物稱為__________。

(一)燃燒是劇烈的氧化反應,同時放出光和熱;生鏽則是緩慢的氧化反應。

(二)易與氧作用的元素,容易燃燒,反應速率較快,則它對氧的_______也較大。

二、鈉、銅實驗的比較:

燃燒情形 火焰顏色

燃燒產物 在水中溶 解的情形

藍色石蕊 試紙的變 化

紅色石蕊 試紙的變 化

產物水溶 液的酸鹼 性

活性大小

鈉( ) 銅( )

三、影響反應速率的因素:

(一)活性大小

(二)顆粒大小(表面積)

(三)溫度高低

(四)濃度大小

(五)催化劑

【練習】

1. 將鈉、銅兩種金屬各一小粒,放於燃燒匙中,置於火焰上加熱,待燃燒完畢後,將其生成物 加水溶解後,以石蕊試紙測試,試回答下列問題:

(1)鈉與銅取出後,將表面的氧化層除去後,哪一個又迅速氧化了?______。

(2)鈉為什麼必須存放在石油中?_______________________________。

(3)鈉較易著火,火焰呈______色,燃燒生成_________,溶於水能使紅色石蕊試紙變____

_色,是為_____性。

(4)銅不燃燒,僅外表生成_________色的________,不溶於水,為____性反應。

(5)由上述實驗,可知二者活性大小順序為_________(以元素符號回答)。

(6)實驗步驟中,每完成一種金屬的燃燒後,需用________清洗燃燒匙。

2. (A)物質的活性(B)濃度(C)接觸面積(D)溫度(E)催化劑;

試以代號回答下列各項影響其反應速率的因素為何?

(1)冬天的食物比較不易腐敗:_______。

(2)銅比鈉不易燃燒:_______。

(3)木材劈成細木片易著火:________。

(4)煤氣一點火就燃燒:________。

(5)雙氧水加入二氧化錳使反應速率變快:_______。

(6)濃度越大的鹽酸侵蝕大理石的速率越快:_______。

金屬

項目 觀察 結果

(3)

★ 9-2 分子式與化學反應式

一、 以元素符號及數字表示純物質組成的式子,稱為________。

(一)分子式能表示純物質分子所含的原子 及 。

(二)化學式寫法:

1.金屬元素的符號寫在前面,非金屬元素的符號寫在後面。

例:NaCl(氯化鈉,即食鹽);CuO(氧化銅)。

【註】Na(鈉)、Cu(銅)為金屬元素,Cl(氯)、O(氧)為非金屬元素。

2.中文的名稱(中文學名)則和寫符號的順序相反。

例:中文學名為氯化鈉(俗名為食鹽),其化學式寫成NaCl。

3.氧化物中氧的符號寫在後面。

例:氧化銅,其化學式寫成CuO。

4.化合物如果含多種元素,其分子式必須按碳、氫、氧等的次序書寫。

例:葡萄糖的分子式是C6 H12 O6 ;蔗糖的分子式為C12 H22 O11。 5.各元素之間的結合量有一定的限制,不可以任意杜撰。

例:NaCl:鈉與氯形成的化合物,其原子數比為 l:l。

 MgCl2 :鎂與氯形成的化合物,其原子數比為 1:2。

 CaCl2 :鈣與氯形成的化合物,其原子數比為 1:2。

6.另有一些表現集合性質的原予集團稱為根,也寫在後面。

例:碳酸鈣CaCO3,其中CO3-2為碳酸根。

二、化學反應式:化學反應需符合 學說及 定律,因此需加上係數,使反應物與生成物 的 數目相等。

(一)化學反應式的寫法:

以「鎂的燃燒」做為例子,說明如下:

1.用通當的化學式來表示反應物和生成物。

如:鎂燃燒時與空氣中的氧反應生成氧化鎂。

例:鎂( Mg )和氧分子( O2 )是反應物,氧化鎂( Mg O )是生成物。

2.用箭號「 → 」表示化學反應之方向,箭號左邊是反應物,右邊是生成物。

如果反應物或生成物不只一種,一律以加號「 十 」連接起來。

例:Mg + O2 → Mg O

(反應物) 箭號 (生成物)

3.均衡化學反應式,使化學反應式能符合質量守恆定律。

【均衡方法】在化學式前加上係數,使箭號左右兩邊的原子數目總和相等。

例:2 Mg 十 O2 → 2 Mg O

2個鎂原子 2個氧原子 2個鎂原子與2個氧原子

【註】化學反應式中各化學式前面的阿拉伯數字,簡稱為係數,若係數是 l,則省略 不寫。

4.如果實驗在某種條件下進行,可在箭頭的上方或下方加以註明。

例:雙氧水分解成水與氧

(4)

Mn O2

2 H2 O --->2 H2 O 十 O2

※二氧化錳( 化學式為Mn O2 )為催化劑,可使反應速率加快。

Mn O2,可寫在箭頭的上方或下方。

(二)化學反應式適用來表表達實驗結果,而這結果是根據反應物參與反應測定出來的,不能 憑空杜撰。

【練習】

1.平衡下列各化學反應式的係數:

(1) Mg + O2 MgO

(2) H2O2 H2O + O2

(3) CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + NaCl

(4) H2 + O2 H2O

(5) NaOH + H2SO4 Na2SO4 + H2O

(6) S + O2 SO2

(7) CaCO3 + HCl CaCl 2+ CO2+ H2O

(5)

★ 9-3 粒子觀點

一、物質都是由原子構成的,一個或數個原子可能組成一個分子。

例:葡萄糖分子是由碳、氫、氧等三種原子所組成,分子式為C6 H12 O6 。 二、原子本身又是由更小的質子、中子與電子所構成。

∴ 分子、原子、質子、中子和電子等都是極小的粒子。

三、用粒子觀點來解釋:

物質的三態、物理與化學變化、溶解與過濾、元素與化合物等事實與現象。

(一)物質的三態:

冰為固態,水為液態,水蒸氣為氣態:

此三者外表形態雖然不同,但其組成分子都是水分子。

1.固態物質:各分子的堆積通常較為緊密,分子位置不能任意移動。

例:木塊、鐵具有一定的體積,其形狀不隨容器而改變。

2.液態物質:液態分子可以在容器內移動,如果液態分子脫離分子群體而逃逸,就 變成氣體。

例:水及牛奶可流動,其形狀依容器不同而改變,但其體積卻不變。而水分子脫 離水分子群體,蒸發成水蒸氣(氣體)。

3.氣態物質:氣態分子間的距離很大,較容易自由移動,可均勻散布在空間中,其 體積與形狀可隨容器而改變。

例:欲保持氣體體積,必須裝在密閉的容器內,如將空氣打人車胎或籃球中。

(二)物理變化與化學變化:

1.物理變化的過程中,原有的分子並未分解,也沒有新的分子產生。

例:冰的三態變化:冰塊熔化成液態水時,水分子間的位置由不能移動而變成可 以在容器內移動,而且分子間的距離改變了,但是水分子本身並沒有被破壞。

2.化學變化的過程中,原有的分子分解,原子重新組合成新的分子。

例:鎂經氧化成新的分子為氧化鎂。

即: 2Mg + O2 ---> 2MgO。

(三)溶解與過濾:(以 §7-2中食鹽與砂粒混合物分離之實驗為例)

1.食鹽與砂粒混合在一起,形成混合物,此一混合物並不均勻,可用肉眼察覺食鹽 與砂粒的顆粒不同。

2.將食鹽與砂粒的混合物溶於水中,並攪 拌一段時間後靜置,則食鹽可溶解在水 中,分散為極小的粒子,均勻散布在水 分子間,這些粒子太小,無法以肉眼看 見;但是砂粒因難溶於水,仍維持較大 的顆粒,沉澱於杯底。

3.將食鹽與砂粒的混合物水溶液過濾,由於水分子與食盥均為很小的粒子,可以通 過濾紙上的小孔,形成濾液。至於砂粒因顆粒較大,無法通過濾紙上的小孔,而 留在濾紙上,所以我們可以利用溶解過濾法,將砂粒與食鹽分開。

4.將食鹽與水混合的濾液放進蒸發皿中加熱,因水的沸點較低而先蒸發,留下沸點 較高的食鹽。

(6)

(四)元素與化合物:

1.根據道耳吞的學說,同一種元素的原子,其質量與大小均相同;不同元素的原子,

其質量與大小均不同。

2.依道耳吞的學說,可將元素定義為一種原子的純物質;化合物則含有兩種或多種 不同元素之原子的純物質。

例:氫氣是由氫分子組成的,而氫分子是由二個氫原子構成的,由於只含一種原 子(氫原子),所以氫是元素。同理,氧也是元素。

水是由水分子組成的,但水分子中含有氫原子及氧原子等兩種不同的原子,所 以水是化合物。

(五)純物質與混合物:

1.純物質中只含一種分子。

例:氫氣球中只有一種氫分子,所以氣球內的氫氣屬於純物質。

燒杯中盛有一杯水,杯中只有一種水分子,杯中的水也屬於純物質。

2.混合物中合兩種或多種以上的分子。

例:空氣中含有大量氮分子、氧分子及少量水蒸氣等不同分子,所以空氣是混合 物。

(7)

★ 9-4 原子量和分子量

一、原子和分子都是極小的粒子,其質量也很小,很難直接測得一個原子或分子的實際質量。

因此,通常以各元素原子的質量互相比較的數值,來表示原子的質量,稱為 。 二、現在國際上公定一種 原子(稱為碳-12)作為原子量的標準,定它的原子量為 12,由各

元素的原子質量與碳-12 原子質量的比值可算出各元素的原子量,原子量為原子間質量的 比值,所以 單位。

【練習】

1.甲元素原子對乙元素原子的質量比為 3:2,而乙元素原子對碳原子的質量比為 4:3,則甲原子 的原子量為_____、乙原子的原子量為_____。若碳原子量改為 6 時,則甲原子的原子量變為__

_ __。

2.有關 H2及2H 的敘述,何者正確?(A)前者表示一個氫原子,後者表示兩個氫分子(B)前 者表示一個氫分子,後者表示兩個氫原子(C)兩者皆表示為兩個氫原子(D)氫原子、氫分 子都是同樣的意義。答: 。

3.(A) (B) (C) (D)

(1)以上圖形,哪一個屬於元素?________。哪些個屬於化合物?________

(2)以上圖形中,共有____種原子;______種分子。

4.請寫出下列各化合物的化學式並算出其分子量。

(H=1,C=12,O=16,Mn=55,Mg=24,S=32,Cu=63.5,Ca=40,Cl=35.5,Na=23)

中 文 名 稱 化 學 式 分 子 量 中 文 名 稱 化 學 式 分 子 量

水 氯化鈉

二氧化錳 硫酸

二氧化硫 硫酸鈉

二氧化碳 碳酸鈉

氧化鎂 碳酸氫鈉

氧化銅 氫氧化鈉

氯化鈣 葡萄糖

(8)

★ 9-5 莫耳

一、日常生活裡,如果要計量的物質數量很大,為了方便,習慣上使用較大的單位來量度物質。

例如:一箱蘋果、二盒火柴、一袋麵粉等,都是常用的計量方式。

二、買米時,因白米顆粒小又數量多,故以斤、斗或袋為單位,而不計數米粒實際數目。

三、在科學上,因一個原子或分子不易稱量,且大部分物質是由數量很多的原子或分子集合而 成,若以個為單位,處理起來也很不方便;所以必須採取較簡便的計量方式,而以莫耳為 計量單位。

四、莫耳是科學上用來表示物質所含粒子(如電子、原子或分子等)數量的單位。

(一)l 莫耳大約是 600,000,000,000,000,000,000,000 個,即 6 的後面有 23 個 0,(二)莫耳可適用許多極小的粒子。例如:一莫耳原子,二莫耳電子,三莫耳分 子。

(三)1 莫耳純物質的質量,即為該物質的原子量(或分子量)的值加上公克的單位。

例:銅原子量是63.5, l 莫耳銅為 63.5 公克;

氧分子量是32, l 莫耳氧為 32 公克。

五、莫耳(亞佛加厥數)的計量:

(一)莫耳是化學上用來表示純物質所含原子或分子數目的單位,是化學計量上一個有效 的單位。

一莫耳含有 6×1023 個粒子,就如日常生活中「一打」含有12 的數量,此可適用於 極小粒子如分子、原子、電子等。

(二)原子量(分子量)與莫耳的關係:

l 莫耳原子(分子)的質量 = 原子量(分子量)× 公克。

L 個原子(分子)的質量=原子量(分子量)/(6×1023)公克。

例:水的分子式為 H2O,H 的原子量為 l,O 的原子量為 16。

故 水的分子量 =( l × 2 )十 16 = 18,l 莫耳水分子質量為 18 公克。

完成下列表格:(O=16;C=12;N=14;H=1;S=32;Na=23;Ca=40)

物質 分子式 分子量 質量(克) 莫耳數 所含粒子種類及數目(個)

氧 32 O2:

O:

二氧化碳 0.2

CO2: C:

O:

氨 3

NH3: N:

H:

硫酸 49

H2SO4: H:

S:

O:

(9)

氫氧化鈉 60

NaOH:

Na:

O:

H:

水 5

H2O:

H:

O:

葡萄糖 0.1

C6H12O6: C:

H:

O:

碳酸鈣 40

CaCO3: Ca:

C:

O:

Figure

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