化合物的莫耳质量课件

1、CH 5化學計量與化學反應Chemical Quantities and Reactions5.1 莫耳5.2 莫耳質量5.3 化學反應與方程式5.4 反應之類型5.5 氧化-還原反應5.6 化學方程式中之莫耳關係5.7 反應之質量計算5.8 化學反應中之能量5.1 莫耳亞佛加厥數（Avogadros Number）在化學方面，諸如原子、分子和離子等粒子則是以莫耳（mole）計算，莫耳是一種包含 6.02 1023 個物項的單位。這個極大的數字，稱為亞佛加厥數（Avogadros number），是為了紀念義大利的物理學家阿米迪歐亞佛加厥（Amedeo Avogadro）。亞佛加厥數602 0

2、00 000 000 000 000 000 000 = 6.02 10231 莫耳的某元素 = 6.02 1023 個某元素的原子1855.1 莫耳亞佛加厥數告訴我們：1 莫耳的某化合物含有 6.02 1023 個組成該化合物的某些特定粒子。1 莫耳的某共價化合物含有亞佛加厥數個分子，例如 1 莫耳的 CO2 含有 6.02 1023 個 CO2 分子。1 莫耳的某離子化合物含有亞佛加厥數個化學式單元（formula units），而化學式單元則是某種離子化合物以其化學式所代表的離子團。1855.1 莫耳1845.1 莫耳1855.1 莫耳我們可以將亞佛加厥數視為一種轉換因子，用於物質的莫耳

3、和它所含粒子數之間的轉換。186觀念評量 5.1186範例 5.1187範例 5.1187範例 5.11875.1 莫耳化學式中各元素的莫耳（Moles of Elements in a Formula）我們已經知道：化合物其化學式中的下標數字係代表每種元素的原子總數。例如，在一分子的阿斯匹靈（化學式為 C9H8O4）中，有 9 個碳原子、8 個氫原子，以及 4 個氧原子。下標數字也可以表示在 1 莫耳阿斯匹靈中，每種元素的莫耳總數：9 莫耳的 C 原子、8 莫耳的 H 原子，以及 4 莫耳的 O 原子。1885.1 莫耳1885.1 莫耳1885.1 莫耳利用阿斯匹靈（C9H8O4）化學式中

4、的下標數字，我們可以寫出 1 莫耳阿斯匹靈中各種元素的轉換因子，如下所示。188觀念評量 5.2189範例 5.2189範例 5.2189問題 莫耳1. 計算下列各問題：a. 在 0.500 莫耳 C 中之 C 原子的個數b. 在 1.28 莫耳 SO2 中之 SO2 分子的個數c. 在 5.22 1022 個 Fe 中之 Fe 的莫耳d. 在 8.50 1024 個 C2H6O 分子中之 C2H6O 的莫耳2. 計算在 2.00 莫耳 H3PO4 中，下列各種原子的數量：a. H 的莫耳b. O 的莫耳c. P 的原子d. O 的原子1905.2 莫耳質量對任何的元素而言，所謂莫耳質量（mo

5、lar mass）是指某元素的克數與其原子量相等的質量。當我們稱取某元素的克數等於其莫耳質量時，即我們取得 6.02 1023 個原子的該元素。化合物的莫耳質量（Molar Mass of a Compound）將每個元素的莫耳質量乘以化學式中該元素的下標數字，並且將所有的結果相加，即可以計算出某一化合物的莫耳質量，如範例 5.3 所示。在本書中，莫耳質量的計算均四捨五入至十分之一位（0.1 g）或至少以三位有效數字表示。1905.2 莫耳質量191範例 5.31911925.2 莫耳質量利用莫耳質量之計算（Calculations Using Molar Mass）193問：K2Cr2O7

6、的莫耳質量如何獲得？5.2 莫耳質量193範例 5.4194範例 5.4194範例 5.41945.2 莫耳質量某化合物的莫耳、質量（克）、分子數（或離子化合物的化學式單元）和該化合物中各種元素的原子數及莫耳數之間的計算，可歸納為下列的流程圖：194問題 莫耳質量3. 計算下列各化合物的莫耳質量：a. KC4H5O6（塔塔粉）b. Fe2O3（鐵鏽）c. C19H20FNO3（藥名 Paxil，一種抗抑鬱劑）d. Al2(SO4)3（止汗劑）e. Mg(OH)2（制酸劑）f. C16H19N3O5S（羥氨卞青黴素，一種抗生素）4. 計算下列各化合物的莫耳質量：a. Cl2b. C3H6O3c.

7、 Mg3(PO4)2d. AlF3e. C2H4Cl2f. SnF2195問題 莫耳質量5. 計算下列各物質的質量（克）：a. 2.00 莫耳的 Nab. 2.80 莫耳的 Cac. 0.125 莫耳的 Snd. 1.76 莫耳的 Cu6. 計算下列各物質的克數：a. 0.500 莫耳的 NaClb. 1.75 莫耳的 Na2Oc. 0.225 莫耳的 H2Od. 4.42 莫耳的 CO27. a. 化合物 MgSO4 稱為瀉鹽（Epsom salt）。如果要準備含有 5.00 莫耳瀉鹽的鹽浴，則需要瀉鹽多少克？ b. 1 瓶蘇打水中有 0.25 莫耳 CO2，則此瓶中的 CO2 有多少克？1

8、95問題 莫耳質量8. 下列物質各含多少莫耳？a. 50.0 克的 Ag b. 0.200 克的 Cc. 15.0 克的 NH3 d. 75.0 克的 SO29. 下列 25.0 克的物質中，其莫耳數各為多少？a. Neb. O2c. Al(OH)3d.Ga2S3195問題 莫耳質量10. 下列物質中，各含有 S 多少莫耳？a. 25 克的 S b. 125 克的 SO2c. 2.0 莫耳的 Al2S311. 丙烷（C3H8）是一種碳氫化合物，可用作烤肉的燃料，則：a. 1.5 莫耳的丙烷化合物有多少克？b. 34.0 克的丙烷化合物有多少莫耳？c. 34.0 克的丙烷中，碳有多少克？1955

9、.3 化學反應與方程式當某種物質轉變成一種或二種以上的新物質，且此新物質具有不同的化學式及不同的性質時，即發生了化學變化（chemical change），這些新物質的性質可能涉及顏色的變化，或是氣泡或固體的形成。1965.3 化學反應與方程式196問：為什麼晦斑的形成是一種化學變化？5.3 化學反應與方程式化學方程式描述化學反應（A Chemical Equation Describes a Chemical Reaction）因為參與反應物質的原子重新組合且具有新性質，所以化學反應一定會發生化學變化。當化學變化發生時，肉眼可以看見新物質的特性，這些特性說明了化學反應已經發生（表 5.3）。

10、在化學的領域裡，化學方程式（chemical equation）可以告訴我們某種化學反應所需之物質，以及其所形成之產物。1975.3 化學反應與方程式197問：在此反應中，化學變化的證據為何？觀念評量 5.31975.3 化學反應與方程式寫出化學方程式（Writing a Chemical Equation）在一個化學方程式（chemical eduation） 之中，反應物（reactants）的化學式寫在箭號的左邊，而產物（products）的化學式則寫在箭號的右邊。一般來說，方程式中的每個化學式之後會跟著包含英文字母的括號，這些字母說明了物質的物理狀態，例如固態（s）、液態（l）或氣態（

11、g）。假如物質是溶解於水中，則以水溶液（aq）表示。表 5.4 歸納了方程式中常用的一些符號。1985.3 化學反應與方程式1985.3 化學反應與方程式1985.3 化學反應與方程式確認已平衡之化學方程式（Identifying a Balanced Chemical Equation）當反應發生時，反應物原子之間的化學鍵會被打斷，同時形成新的化學鍵且生成產物。所有的原子均守恆，也就是說在化學反應期間原子不會增加、消失或轉變成別種原子。每一個化學反應均須以平衡的方程式（balanced equation）表示，在此平衡的方程式中，反應物和產物中的每一種元素在箭號兩邊的原子總數均相等。為了平衡

12、此方程式，我們必須在某些化學式之前寫上一些整數，這些整數稱為平衡係數（coefficient）。1995.3 化學反應與方程式199範例 5.5200範例 5.5200範例 5.5201範例 5.5201範例 5.5202觀念評量 5.4202觀念評量 5.4202範例 5.6202範例 5.6203範例 5.6203範例 5.6204範例 5.6204問題 化學反應與方程式12. 決定下列各方程式是已平衡或未平衡：a. S(s) O2(g) SO3(g)b. 2Al(s) 3Cl2(g) 2AlCl3(s)c. H2(g) O2(g) H2O(g)d. C3H8(g) 5O2(g) 3CO2

13、(g) 4H2O(g)13. 試平衡下列各方程式：a. N2(g) O2(g) NO(g)b. HgO(s) Hg(l) O2(g)c. Fe(s) O2(g) Fe2O3(s)d. Na(s) Cl2(g) NaCl(s)204問題 化學反應與方程式14. 試平衡下列各方程式：a. Mg(s) AgNO3(aq) Mg(NO3)2(aq) Ag(s)b. Al(s) CuSO4(aq) Cu(s) Al2(SO4)3(aq)c. Pb(NO3)2(aq) NaCl(aq) PbCl2(s) NaNO3(aq)d. Al(s) HCl(aq) AlCl3(aq) H2(g)2055.4 反應之

14、類型結合反應（Combination Reactions）在結合反應（combination reaction）中，二種或二種以上的元素或化合物結合而成一種產物。舉例來說，硫和氧氣結合而成的產物為二氧化硫。在圖 5.4 中，鎂元素和氧元素結合而成單一的產物，即氧化鎂。2Mg(s) O2(g) 2MgO(s)2055.4 反應之類型206問：在結合反應中，反應物中的各種原子會發生怎樣的變化？5.4 反應之類型分解反應（Decomposition Reactions）在分解反應（decomposition reaction）中，一種反應物分裂成二種或二種以上較為簡單的產物。舉例而言，氧化汞（II）

15、加熱之後會斷裂成汞原子和氧氣（圖 5.5）。2065.4 反應之類型207問：反應物和產物有怎樣的差異，才可以將此反應歸類為分解反應？5.4 反應之類型置換反應（Replacement Reactions）在置換反應中，化合物中的元素被其他的元素所置換。在單置換反應（single replacement reaction）中，一種參與反應的元素與其他化合物中的另一種元素交換位置。2075.4 反應之類型208問：反應物的化學式發生什麼變化，才可以將此反應歸類為單置換反應？5.4 反應之類型在雙置換反應（double replacement reaction）中，參與反應之化合物中的正離子彼此交

16、換位置。2085.4 反應之類型209問：反應物的化學式如何變化，才可以將此反應歸類為雙置換反應？5.4 反應之類型燃燒反應（Combustion Reactions）蠟燭的燃燒和汽車引擎內燃料的燃燒都是燃燒反應的實例。在燃燒反應（combustion reaction）中，一種含碳化合物（通常是一種燃料）在空氣中燃燒，即產生二氧化碳（CO2）、水（H2O）和能量，而能量的形式為熱或火焰。甲烷燃燒的方程式中，甲烷中的每一種元素均與氧氣形成一種化合物。丙烷（C3H8）燃燒的平衡方程式為：210觀念評量 5.52105.4 反應之類型211問題 反應之類型15. a. 為何下列反應稱為分解反應？2

17、Al2O3(s) 4Al(s) 3O2(g)b. 為何下列反應稱為單置換反應？Br2(g) BaI2(s) BaBr2(s) I2(g)212問題 反應之類型16. 將下列各反應分類為結合、分解、單置換、雙置換或燃燒反應：a. 4Fe(s) 3O2(g) 2Fe2O3(s)b. Mg(s) 2AgNO3(aq) Mg(NO3)2(aq) 2Ag(s)c. CuCO3(s) CuO(s) CO2(g)d. NaOH(aq) HCl(aq) NaCl(aq) H2O(l)e. ZnCO3(s) CO2(g) ZnO(s)f. Al2(SO4)3(aq) 6KOH(aq) 2Al(OH)3(s) 3

18、K2SO4(aq)g. Pb(s) O2(g) PbO2(s)h. C4H8(g) 6O2(g) 4CO2(g) 4H2O(s)2125.5 氧化-還原反應當你看到一根生鏽的釘子、銀湯匙上的晦斑或金屬上的鏽蝕，這代表你觀察到氧化。當我們開啟車上的燈，車子內的電池便進行氧化還原反應而產生電力。在我們的細胞內，葡萄糖會被氧化而產生能量，並且生成二氧化碳和水。我們每次呼吸時，氧氣可以提供細胞進行氧化。 2125.5 氧化-還原反應氧化-還原反應（Oxidation-Reduction Reactions）在一個氧化還原反應（redox）中，電子從一個物質轉移至另一個物質，假如有一個物質失去電子，則必

19、定有另一個物質獲得電子。失去電子稱為氧化（oxidation），獲得電子稱為還原（reduction）。 2135.5 氧化-還原反應利用下列方式來記憶這些定義：LEO GERLoss of Electrons is Oxidation：失去電子為氧化Gain of Electrons is Reduction ：獲得電子為還原OIL RIGOxidation Is Loss of electrons：氧化為失去電子Reduction Is Gain of electrons：還原為獲得電子2135.5 氧化-還原反應氧化-還原（Oxidation-Reduction）一般來說，金屬原子會失去

20、電子而形成正離子，非金屬原子則會獲得電子而形成負離子。因此，我們說金屬被氧化，而非金屬被還原。銅經風化作用出現在表面的綠色物質稱為銅綠，它是一種 CuCO3 和 CuO 的混合物。當銅金屬與空氣中的氧氣反應時，其產物是氧化銅(II)，現在我們可以檢視此氧化及還原反應。2Cu(s) O2(g) 2CuO(s)2145.5 氧化-還原反應因為 CuO 中的銅離子（Cu2）具有 2 的電荷，所以每個銅原子失去2 個電子。因此，銅金屬（Cu）在本反應中是被氧化。Cu(s) Cu2(s) 2 e 氧化：失去電子因為 CuO 中的氧離子（O2 ）具有 2 的電荷，所以每個氧原子獲得 2 個電子。因此，氧氣

21、在本反應中是被還原。O2(g) 4 e 2O2(s) 還原：獲得電子2145.5 氧化-還原反應形成 CuO 的方程式涉及二種同時發生的反應，一種為氧化，另一種為還原。在每個氧化和還原反應中，失去電子的數目與獲得電子的數目必定相等。因此，我們將 Cu 的氧化反應乘以 2 倍。在反應二邊各消去 4e 後，我們可以得到形成 CuO 之氧化-還原全反應的方程式。 2Cu(s) 2Cu2(s) 4e 氧化O2(g) 4e 2O2(s) 還原2Cu(s) O2(g) 2CuO(s) 氧化還原方程式2145.5 氧化-還原反應以下鋅與硫酸銅(II) 的反應亦然，有一個氧化一定伴隨著一個還原（圖 5.8）。

22、將各原子與離子反應的方程式表示如下：Zn(s) Cu2(aq) SO42(aq) Zn2 (aq) SO42 (aq) Cu(s)在此反應中，Zn 原子失去 2 個電子而形成 Zn2。在此同時，Cu2 獲得 2 個電子，而 SO42 離子則是沒有發生變化的旁觀離子（spectator ions）。Zn(s) Zn2(aq) 2 e Zn 的氧化Cu2 (aq) 2 e Cu(s) Cu2 的還原2155.5 氧化-還原反應215問：在氧化反應中，Zn(s) 是失去電子或獲得電子？觀念評量 5.6215觀念評量 5.62165.5 氧化-還原反應生物系統內的氧化與還原（Oxidation and

23、 Reduction in Biological Systems）2165.5 氧化-還原反應氧化可能也會涉及加入氧或失去氫，而還原可能也會涉及失去氧或獲得氫。在身體的細胞內，有機（碳）化合物的氧化會涉及氫原子（H）的轉移，而氫原子是由電子和質子所組成。舉例來說，典型生化分子的氧化與 2 個氫原子（或 2H 與 2e）轉移至某種質子接受體有關，其中的質子接受體可以是輔酶（coenzyme），例如核黃素腺嘌呤二核苷酸（flavin adenine dinucleotide；FAD），此輔酶會被還原成 FADH2。2165.5 氧化-還原反應在很多生化學的氧化還原反應中，氫原子的轉移對細胞內能量的

24、產生是不可或缺的。舉例而言，甲醇（CH3OH）是一種有毒的物質，其在體內的代謝可以用下列反應表示。甲醛可進一步地被氧化，亦即加入氧而產生甲酸。2175.5 氧化-還原反應最後，甲酸被氧化成二氧化碳和水。甲醇氧化的中間產物非常毒，它會干擾身體細胞內的關鍵反應，因而導致失明甚至死亡。總而言之，我們發現氧化和還原所使用之特殊定義，端視其反應發生的過程而定。所有的這些定義歸納於表 5.6 中。氧化永遠涉及電子的失去，但是也可以視為加入氧或失去氫原子。還原永遠涉及電子的獲得，但是也可視為失去氧或獲得氫。2175.5 氧化-還原反應217問題 氧化-還原反應17.在下列各敘述中，指出何者為氧化，何者為還原

25、？a. Na(aq) e Na(s)b. Ni(s) Ni2 (aq) 2e c. Cr3 (aq) 3 e Cr(s)d. 2H (aq) 2 e H2(g)18.在下列各反應中， 辨認各反應物何者被氧化，何者被還原？a. Zn(s) Cl2(g) ZnCl2(s)b. Cl2(g) 2NaBr(aq) 2NaCl(aq) Br2(l)c. 2PbO(s) 2Pb(s) O2(g)d. 2Fe3 (aq) Sn2 (aq) 2Fe2 (aq) Sn4 (aq)218問題 氧化-還原反應19.在人類細胞的粒腺體內，ATP 可以產生能量，而 ATP 則是由位於電子傳遞鏈（electron tra

26、nsport chain）之細胞色素（cytochromes）內的鐵離子，在其進行氧化反應與還原反應後所提供。辨認下列各反應是氧化或還原。a. Fe3e Fe2b. Fe2 Fe3e20.亞麻油酸（linoleic acid）是一種不飽和脂肪酸，它和氫氣反應後會形成飽和脂肪酸。試問在氫化反應中， 亞麻油酸被氧化或被還原？C18H32O2 2H2 C18H36O2亞麻油酸2195.6 化學方程式中之莫耳關係質量守恆（Conservation of Mass）在任何的化學反應裡，反應物中物質的總量等於產物中物質的總量。假如所有反應物都經秤重，則其總質量等於產物的總質量，此即為著名之質量守恆定律（l

27、aw of conservation of mass），其意義為：在一個化學反應中，參與反應之物質總質量不會有變化。因此，當原來的物質變化成新的物質時，物質不會損失或是增加。2195.6 化學方程式中之莫耳關係舉例來說，當銀和硫反應生成硫化銀時，則銀的表面會形成晦斑。2Ag(s) S(s) Ag2S(s)在此反應中，參與反應之銀原子數是硫原子數的二倍。假如有 200 個銀原子參與反應，則需要 100 個硫原子才能使反應完全。話雖如此，反應中會有很多很多的原子存在，假使我們用莫耳的量來計算，則方程式中的係數便可以詮釋莫耳。因此，2 莫耳的銀會與 1 莫耳的硫反應。既然個別的莫耳質量可以確定，故銀

28、和硫的量也可以用個別的質量（克）來陳述。2195.6 化學方程式中之莫耳關係一個化學方程式可以有多種詮釋方式（表5.7）。2205.6 化學方程式中之莫耳關係2205.6 化學方程式中之莫耳關係由方程式所得之莫耳2莫耳因子（MoleMole Factors from an Equation）當鐵和硫反應時，其產物為硫化鐵()iron() sulfide。2Fe(s) 3S(s) Fe2S3(s)此方程式已經平衡，所以可得知此反應中鐵和硫的比例。由方程式係數所得之比例關係，我們可以寫出反應物之間，以及反應物和產物之間的莫耳-莫耳因子。使用於莫耳-莫耳因子的係數為精確數值：無有效數字位數的限制。2

29、205.6 化學方程式中之莫耳關係2215.6 化學方程式中之莫耳關係221觀念評量 5.7221觀念評量 5.72225.6 化學方程式中之莫耳關係使用莫耳莫耳因子的計算（Using MoleMole Factors in Calculations）無論是準備一道食譜，或調整引擎內燃料和空氣合適的混合比，或是在藥物實驗室裡調製藥品，我們都需要知道所使用之反應物的正確用量，以及有多少產物會形成。利用前述已平衡的方程式：2Fe(s) 3S(s) Fe2S3(s)，我們可以寫出所有可能的轉換因子，現在我們將利用莫耳-莫耳因子應用於化學反應的計算。222範例 5.7222範例 5.7223問題 化學

30、方程式中的莫耳關係21. 寫出下列各方程式中所有的莫耳 莫耳因子：a. 2SO2(g) O2(g) 2SO3(g)b. 4P(s) 5O2(g) 2P2O5(s)22. 氫氣與氧氣反應會產生水。2H2(g) O2(g) 2H2O(g)a. 若與 2.0 莫耳的 H2 反應，需要 O2 多少莫耳？b. 假如與 5.0 莫耳的 O2 反應，則需要 H2 多少莫耳？c. 當 2.5 莫耳的 O2 反應時，則會形成 H2O 多少莫耳？223問題 化學方程式中的莫耳關係23.當碳和二氧化硫一起加熱後，會產生二硫化碳和一氧化碳。5C(s) 2SO2(g) CS2(l) 4CO(g)a. 若與 0.500

31、莫耳的 SO2 反應，則需要 C 多少莫耳？b. 當 1.2 莫耳的 C 反應時，則會產生 CO 多少莫耳？c. 欲產生 0.50 莫耳的 CS2，則需要 SO2 多少莫耳？d. 當 2.5 莫耳的 C 反應時，則會產生 CS2 多少莫耳？2245.7 反應之質量計算當我們在實驗室裡進行化學實驗時，我們會測量出反應物確實的質量。由以克為單位的質量，我們可以決定反應物的莫耳數。藉由利用莫耳-莫耳因子，我們可以預測反應生成產物的莫耳數。如此一來，產物的莫耳質量便可以用來將莫耳轉換回以克為單位的質量，如範例 5.8 所示。224範例 5.8224範例 5.8225範例 5.8225範例 5.8225

32、問題 反應的質量計算24. 鈉與氧氣反應會產生氧化鈉。4Na(s) O2(g) 2Na2O(s)a. 當 57.5 克的 Na 反應時，則產生 Na2O 多少克？b. 假如你有 18.0 克的 Na，則此反應需要 O2 多少克？c. 欲產生 75.0 克的 Na2O，則此反應需要 O2 多少克？25. 氨氣與氧氣反應會形成氮氣和水。4NH3(g) 3O2(g) 2N2(g) 6H2O(g)a. 與 13.6 克的 NH3 反應，需要 O2 多少克？b. 當 6.50 克的 O2 反應時，則可以產生 N2 多少克？c. 當 34.0 克的 NH3 反應時，則會形成水多少克？226問題 反應的質量

33、計算26. 二氧化氮與水反應會形成硝酸(HNO3)和一氧化氮。3NO2(g) H2O(l) 2HNO3(aq) NO(g)a. 與 28.0 克的 NO2 反應，需要 H2O 多少克？b. 當 15.8 克的 NO2 反應時，則可以產生 NO 多少克？c. 當 8.25 克的 NO2 反應時，則會形成 HNO3 多少克？2265.8 化學反應中之能量化學反應如果要能發生，則反應物的分子必須彼此互相碰撞，且必須具有適當的位向及能量。即便是碰撞具有適當的位向時，還必須具有足以將反應物的化學鍵打斷的能量。打斷反應物原子間的化學鍵所需之能量稱為活化能（activation energy）。假如分子碰撞

34、的能量低於活化能，則分子會彈開且無反應發生。雖然反應物發生了很多次碰撞，但是只有少數能導致產物的形成。2265.8 化學反應中之能量2275.8 化學反應中之能量發生反應所需之三種條件（Three Conditions Required for a Reaction to Occur）1.碰撞：反應物必須碰撞。2.位向：反應物必須適當排列以打斷化學鍵，且形成新的化學鍵。3.能量：碰撞必須提供活化能。2275.8 化學反應中之能量放熱反應（Exothermic Reactions）在每個化學反應中，隨著反應物轉變成產物時，熱量會被吸收或釋放。反應物和產物之間的能量差稱為反應熱（ heat of reaction）。在放熱反應中，反應物的能量高於產物的能量，故熱量在放熱反應中被釋放出來。放熱反應，釋放熱量（發散） 2275.8 化學反應中之能量吸熱反應（Endothermic Reactions）在吸熱反應中，反應物的能量低於產物的能量，故熱量在吸熱反應中會被吸收。舉例來說，當氫