第 3 章

化學反應

3 化學反應

化學反應化學反應當化學家研究化學反應時，通常必須鑑定產物的組成是什麼？它的化學式如何表示？各反應物間的比例、反應的條件及能量變化為何？學習本章後，你將具有回答這些問題的初步能力。

第 3 章化學反應

3-1 化學式及百分組成3-2 化學反應式與平衡3-3 化學計量3-4 化學反應中的能量變化

3-1 化學式及百分組成1818 年瑞典化學家貝吉里斯提出制定元素符號的原則 ，此後物質的組成可以元素符號及阿拉伯數字組合的化學式來表示。

化學式可傳達的訊息包括組成物質的元素種類、各元素間的數目關係、原子間的聯結方式及其化學特性，本節將介紹幾種常見的化學式。

3-1 化學式及百分組成3-1.1 實驗式3-1.2 分子式 3-1.3 結構式3-1.4 示性式3-1.5 化合物的質量百分率組成

3-1 化學式及百分組成學習目標：

1.了解如何從元素分析求得實驗式2.再藉由分子量求分子式3.能寫出簡單分子的結構式及示性式4.能利用化學式計算出化合物中各成分

元素的質量百分組成

動畫：化學式

1-3.1 實驗式實驗式是表示物質組成的最簡單化學式。只表明分子所含原子的種類和原子數目的最簡單整數比，故又稱為 。

例如乙酸和葡萄糖之實驗式均為 CH2O ，表示它們所含碳、氫和氧的原子數比為 1 ： 2 ： 1 。

簡式

以實驗式表示的常見物質

二氧化矽 (SiO2) 、氮化硼 (BN)等

網狀結構的化合物

氯化鈉 (NaCl) 、氧化鎂 (MgO) 、硝酸鋇 (Ba(NO3)2) 等

離子化合物

矽 (Si) 、石墨 (C) 、鑽石 (C) 等網狀結構的元素

銀 (Ag) 、鐵 (Fe) 、銅 (Cu) 等金屬元素實　　　　例分　類

求得實驗式的過程

元素種類與質量化合物 元素分析

原子莫耳數元素質量 元素原子量

實驗式原子莫耳數比 轉換成最簡單整數比

求得實驗式的過程例如，在實驗室中電解水，可產生 3.00 克氫氣和 24.0 克氧氣。計算如下：

H ： O ＝ 2 ：1

⇒水的實驗式： H2O

元素分析實驗裝置O2 試料 CuO

Mg(ClO4)2 NaOH

H2O吸收管

CO2

吸收管

H 的質量 C 的質量

範例 3-1維生素 C 僅含碳、氫、氧三種元素，又稱抗壞血酸，可治療壞血病及預防流行性感冒。將 10.00

克的抗壞血酸進行燃燒反應，會產生 14.98 克二氧化碳與 4.11 克水，求抗壞血酸之實驗式。解答

抗壞血酸之實驗式為 C3H4O3

將各元素的質量轉換為原子莫耳數

碳、氫、氧原子的莫耳數比為：C ： H ： O ＝ 0.3403 ： 0.456 ： 0.341 ＝ 3 ：4 ： 3

練習題 3-1鈦 (Ti) 常用於航太科技，以 3.24 克的鈦金屬與氧反應可生成 5.40 克的金屬氧化物，求該氧化物的實驗式。 ( 原子量： Ti=47.87) 解答

因此，該氧化物的實驗式為 TiO2

2 ： 10.135 ： 0.067716

3.24-5.40 ：

47.87

3.24O ：Ti

3-1.2 分子式分子式是用來表示一分子內所包含之原子種類和數目，也就是表示該分子實際組成的化學式。

氮氣－ ，氧氣－ ，氯化氫－ .

多原子分子丙烷－ ，乙烯－ .

雙原子分子

N2 O2 HCl

C3H8 C2H4

例如：

過氧化氫之元素分析： H ： O ＝ 1 ： 1分子式與實驗式的關係

實驗式： HO 式量＝ 17

分子式： H2O2 分子量＝ 34

分子量＝式量 × 2

分子式＝ ( 實驗式 )2

分子量恰為式量的整數倍

分子量＝ ( 式量 )n ， n ＝ 1 ， 2 ， 3…

…

分子式與實驗式的關係則為

分子式＝ ( 實驗式 )n ， n ＝

1 ， 2 ， 3… …

分子式與實驗式的關係

以醋酸為例：分子式與實驗式的關係

實驗式： CH2O 式量＝ 30.03

分子量＝ 60.03

60.03 ＝ 30.03 × n

分子式＝ (CH2O)2

n ＝ 2

分子式＝ C2H4O2

常見化合物的分子式與實驗式

範例 3-2

某氮氧化合物經分析含氮 1.52 克及氧 3.47 克，已知其莫耳質量介於 90 至 95 之間，求此化合物的分子式及分子量。( 原子量： N=14.01)

故實驗式為 NO2 ，式量＝46.01

分子式為 (NO2)n

分子量 90 ＜ 46.01×n ＜ 95

得 n ＝ 2

解答

氮原子的莫耳數與氧原子的莫耳數比為 1 ：2

1. 分子式為 N2O4

2. 分子量＝ 92.02

練習題 3-2萘丸是含有碳與氫的化合物，常被用作驅蟲的臭丸，其實驗式為 C5H4，分子量為 128.16

，求其分子式。解答

C5H4 式量＝ 12.01 × 5 + 1 × 4 ＝64.05分子量＝ 128.16＝ 64.05 × nn≒2

分子式為 (C5H4)2 ⇒分子式為C10H8

3-1.3 結構式將原子和原子間聯結以化學鍵「—」表示出來的化學式，稱為結構式，例如水和甲烷的結構式：

水與甲烷的結構式及模型如下頁

水與甲烷的結構式及模型

同分異構物 有機化合物中，有許多分子式相同，但結構式不同的物質，例如：

名稱 分子式 結構式

二甲醚

乙醇

C2H6O

C2H6O

將結構式適當的簡化，把較具化學特性的原子或原子團表示出來，如：

• － OH( 稱為 ) 、

• － COOH( 稱為 ) 、

• － NH2( 稱為 ) ⋯⋯等，

以此強調其化學性質之化學式稱為示性式。

3-1.4 示性式

羥基

羧基

胺基

以甲醇及乙酸為例：

名稱 結構式 示性式

甲醇

乙酸

CH3OH

CH3COOH

範例 3-3甲基三級丁基醚是一種汽油添加劑，其目的在提高汽油的辛烷值，以減少汽油在引擎汽缸內燃燒時爆震的程度，其分子模型如下圖所示，寫出其：(1) 實驗式

(2) 分子式

(3) 結構式

(4) 示性式

C5H12O

C5H12O

(CH3)3COCH3

練習題 3-3丁二酸俗稱琥珀酸，其結構式如右圖所示，請寫出其：(1) 實驗式

(2) 分子式

(3) 示性式

C2H3O2

C4H6O4

HOOC (CH2)2COOH(CH2)2(COOH)2

3-1.5 化合物的質量百分率組成利用化學式可以計算化合物中各成分元素的質量百分率組成，化合物中元素 X 的質量百分率組成定義如下式所示： .

例如，水的分子式為 H2O

化學式 組成元素的質量百分率 求得

實驗式 測得分子量分子式

範例 3-4

類型存在於芫 荽 (香菜 ) 中，另一類型存在於薄荷油中，常被添加在口香糖 (如上圖 )、利口酒、香皂及香水中。求香旱芹酮的質量百分率組成。

香旱芹酮的分子式為 C10H14O，有兩種同分異構物存在，其中一

解答C10H14O 的分子量為 150.2

練習題 3-42008 年夏天爆發的毒奶粉事件，其主角為三聚氰胺，經分析其中含有 28.56％ 的碳元素、 4.80

％ 的氫元素及 66.64％ 的氮元素，且由另一實驗量測得其分子量為 126.14 。求三聚氰胺的實驗式及分子式。 ( 原子量： N ＝ 14.01)解答 2 2 1

14.01

66.64

1.00

4.80

12.01

28.56NHC ：：≒：：：：

三聚氰胺的實驗式為 CH2N2 (式量 =42.03)126.14 = 42.03 × 3 ⇒分子式為

C3H6N6

學習成果評量1.某物質含有 38.67% 碳、 16.22% 氫及 45.11%氮，則此物質之實驗式為？解答 1 5 1

14.01

45.11

1.00

16.22

12.01

38.67NHC ：：≒：：：：

⇒ 實驗式為 CH5N

2.承上題，若此物質之分子量為 62 ，則其分子式為？解答 CH5N式量 =31.01

62 = 31.01 × 2 ⇒分子式為 C2H10N2

3.某氣態烴 (CxHy)10 mL完全燃燒後生成同溫同壓下的 CO2 30 mL 及 H2O(g) 40 mL ，則： (多選題 )(A) 該烴分子式 C2H6 (B) 實驗式 CH3 (C) 此烴的重量百分組成： C 81.8％， H 18.2％　(D) 該烴分子式 C3H8 (E) 該烴在相同狀況下的密度與 CO2相同解答 OH4CO3O5HC 222yx

⇒分子式為C3H8

18.2%H %8.81100% 44

36C ，

⇒分子量 =44，與 CO2同，故密度相等

4.某鏈狀飽和一元醇其通式為 CnH2n1OH 經充分燃燒後，生成之 CO2 及 H2O 之重量比為 11 ： 6 ，則有關此化合物化學式：則： (1) 分子式？ (2) 實驗式？ (3) 示性式？ (4) 結構式？解答

4 318

6

44

11OH CO 22 ：：： 莫耳數比

8 3H C ：： (1) 分子式： C3H8O

(2) 實驗式： C3H8O

(3) 示性式： C3H7OH

(4) 結構式：

或