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
★ 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
★ 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
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
★ 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。
（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。
★ 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
★ 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：
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：
