第 6 章 化學組成

2 為什麼組成的知識 很重要？ 在自然界中的一切事物不是化學性就是物理性 的與其他物質結合 為了知道樣品中某一物質的量有多少，你就需 要知道這個樣品的組成 一些應用︰  在飲食中氯化鈉裡的含鈉量  在鐵礦中含有多少含鐵量作為鋼鐵製 品  水中的氫含量作為氫燃料  佛利昂 (Freon) 裡的氯含量 可估計臭氧的消 耗

3 以磅重計數釘子 我想要為一項工程買若干釘子， 但是五金商店以磅重販售釘子。 我怎樣知道在我所買的一磅重釘 子有多少支釘子呢？ 類似於  在已知質量的元素中有多少原 子？

4 以磅重計數釘子 一個五金商店顧客買 2.60 磅重釘子。 一打釘 子的質量有 磅重。 顧客買了多少支釘子？ 解析圖︰

5 以磅重計數釘子 顧客買 2.60 磅重的釘子可得 208 支釘子。 他透過重量數釘子﹗

6 以磅重計數釘子 假如果他買的是不同尺寸釘子，又怎麼辦？  這一打還是 磅重嗎？  2.60 磅重還是 208 支釘子嗎？  所造成的轉換因子將怎樣影響？

7 由莫耳計算原子數 如果我們能找岀特定原子數的質量， 我們就 能利用這資訊將元素樣品的質量轉換成樣品中 的原子數。 我們將利用的原子數為 x ，我們稱 為一莫耳 1 mole = x 分子 如同 1 打 = 12 件

8 化學的包裹 ─ 莫耳 莫耳 = 其原子粒數等於在 12 克重的 C-12 裡其 所含原子數量  1 個 C-12 原子的重量恰好為 12 amu  1 莫耳 C-12 原子的重量恰好為 12 克 1 莫耳中的原子粒數稱為 亞佛加厥數 ( Avogadro’s Number) = x  1 mole C 原子重量為 g 並有 x 個原子 一個 C 原子的平均質量是 amu

範例 6.1 莫耳和原子數之間的轉換

10 範例︰ 一枚銀戒指含有 1.1 x 個銀原子。 多少莫耳的銀在 這枚戒指裡？

11 範例︰ 一枚銀戒指含有 1.1 x 個銀原子。 多少莫耳的銀 在這枚戒指裡？ 寫下所提供的數量和它的單位。 已知 ︰ 1.1 x Ag atoms

12 寫下要尋求的數量和／或它的單位。 試求︰ ? moles 資訊 已知 ︰ 1.1 x Ag atoms 範例︰ 一枚銀戒指含有 1.1 x 個銀原子。 多少莫耳的銀 在這枚戒指裡？

13 收集需要的轉換因子 1 mole Ag atoms = x Ag atoms 資訊 已知 ︰ 1.1 x Ag atoms 試求︰ ? moles 範例︰ 一枚銀戒指含有 1.1 x 個銀原子。 多少莫耳的銀 在這枚戒指裡？

14 寫下解析圖的轉換單位︰ 資訊 已知 ︰ 1.1 x Ag atoms 試求︰ ? moles 轉換因子︰ 1 mole = x 範例︰ 一枚銀戒指含有 1.1 x 個銀原子。 多少莫耳的銀 在這枚戒指裡？ atoms Ag moles Ag

15 使用解析圖︰ = x moles Ag = 1.8 x moles Ag 解答︰ 資訊 已知 ︰ 1.1 x Ag atoms 試求︰ ? moles 轉換因子︰ 1 mole = x 解析圖 : atoms  mole 範例︰ 一枚銀戒指含有 1.1 x 個銀原子。 多少莫耳的銀 在這枚戒指裡？

16 檢查這個解答︰ 1.1 x Ag atoms = 1.8 x moles Ag 答案的單位，莫耳，是正確的。 答案有重大意義 由於 1.1 x 少於 1 mole 資訊 已知 ︰ 1.1 x Ag atoms 試求︰ ? moles 轉換因子︰ 1 mole = x 解析圖 : atoms  mole 範例︰ 一枚銀戒指含有 1.1 x 個銀原子。 多少莫耳的銀 在這枚戒指裡？

17 莫耳和質量之間的關係 1 mole 原子的質量稱為莫耳質量 molar mass 元素的莫耳質量，以克表示，數值上相 等於元素莫耳質量 amu

範例 6.2 原子的克重和莫耳之間的轉變

19 範例︰ 計算 57.8 g 硫的莫耳數是多少？

20 範例︰ 計算 57.8 g 硫的莫耳數 是多少？ 寫下所提供的數量和它的單位。 已知 : 57.8 g S

21 寫下要發現的數量和／或它的單位。 試求︰ ? moles S 資訊 已知 ︰ 57.8 g S 範例︰ 計算 57.8 g 硫的莫耳數 是多少？

22 收集需要的轉換因子 1 mole S atoms = g 資訊 已知 ︰ 57.8 g S 試求 ︰ ? moles S 範例︰ 計算 57.8 g 硫的莫耳數 是多少？

23 為轉換單位寫出解析圖︰ 資訊 已知 ︰ 57.8 g S 試求 ︰ ? moles S 轉換因子︰ 1 mole S = g g S 範例︰ 計算 57.8 g 硫的莫耳數 是多少？ moles S

24 使用解析圖︰ = mole S =1.80 mole S 答案 ︰ 資訊 已知 ︰ 57.8 g S 試求 ︰ ? moles S 轉換因子︰ 1 mole S = g 解析圖 : atoms  mole 範例︰ 計算 57.8 g 硫的莫耳數 是多少？

25 檢查這個解答︰ 57.8 g 硫 = 1.80 moles 硫 答案的單位， mole ，是正確的。 答案有的重要意義 因為 57.8 克超過 1 mole 。 資訊 已知 ︰ 57.8 g S 試求︰ ? moles 轉換因子︰ 1 mole S = g 解析圖 : atoms  mole 範例︰ 計算 57.8 g 硫的莫耳數 是多少？

範例 6.3 原子克重和原子數之間的轉換

27 範例︰ 在 16.2 g 的鋁罐裡鋁原子數有多少？

28 範例︰ 在 16.2 g 的鋁罐裡鋁原子 數有多少？ 寫下規定的數量和它的單位。 已知 : 16.2 g Al

29 寫下所提供的數量和 / 或它的單位。 試求 : ? atoms Al 資訊 已知 ︰ 16.2 g Al 範例︰ 在 16.2 g 的鋁罐裡鋁原子 數有多少？

30 收集需要的轉換因子 1 mole Al atoms = g Al 1 mole = x Al atoms 資訊 已知 ︰ 16.2 g Al 試求︰ ? atoms Al 範例︰ 在 16.2 g 的鋁罐裡鋁原子 數有多少？

31 為轉換單位寫出解析圖︰ 資訊 已知 ︰ 16.2 g Al 試求︰ ? atoms Al CF ︰ 1 mol Al = g 1 mol = x 範例︰ 在 16.2 g 的鋁罐裡鋁原子 數有多少？ g Almol Alatoms Al

32 使用解析圖︰ = x atoms Al = 3.62 x atoms Al 解答︰ 資訊 已知 ︰ 16.2 g Al 試求︰ ? atoms Al CF ︰ 1 mol Al = g 1 mol = x SM: g  mol  atoms 範例︰ 在 16.2 g 的鋁罐裡鋁原子 數有多少？

33 檢查解答︰ 16.2 g Al = 3.62 x atoms Al 答案的單位，原子，是正確的。 答案有意義的 因為 16.2 g 少於 1 mole ， g 。 資訊 已知 ︰ 16.2 g Al 試求︰ ? atoms Al CF ︰ 1 mol Al = g 1 mol = x SM: g  mol  atoms 範例︰ 在 16.2 g 的鋁罐裡鋁原子 數有多少？

34 化合物的莫耳質量 由原子重可計算出相關的分子重 分子式質量 = 1mole H 2 O = 2(1.01 amu H) amu O = amu 1 mole of H 2 O 含 2 mole H 和 1 mole O 莫耳質量 = 1 mole H 2 O = 2(1.01 g H) g O = g

範例 6.4 化合物克重和莫耳之間的轉換

36 範例︰ 計算 1.75 mole 水的質量有多少 ( 以克表示 )

37 範例︰ 計算 1.75 mole 水的質 量有多少 ( 以克表示 ) 寫下所提供的數量和它的單位。 已知 :1.75 mol H 2 O

38 寫下欲尋求的數量和／或它的單位。 試求︰ ? g H 2 O 資訊 已知 ︰ 1.75 mol H 2 O 計算 1.75 mole 水的質 量有多少 ( 以克表示 )

39 收集需要的轉換因子︰ 莫耳質量 H 2 O = 2 ( 原子質量 H)+ 1 ( 原子質量 O) = 2(1.01)+ 1(16.00) = g/ mol 1 mol H 2 O = g H 2 O 資訊 已知 ︰ 1.75 mol H 2 O 試求︰ ? g H 2 O 計算 1.75 mole 水的質 量有多少 ( 以克表示 )

40 為轉換單位寫出解析圖︰ 資訊 已知 ︰ 1.75 mol H 2 O 試求︰ ? g H 2 O CF ︰ 1 mole H 2 O = g H 2 O 計算 1.75 mole 水的質 量有多少 ( 以克表示 ) mol H 2 O g H 2 O

41 使用解析圖︰ = g H 2 O = 31.5 g H 2 O 解答︰ 資訊 已知 ︰ 1.75 mol H 2 O 試求︰ ? g H 2 O CF ︰ 1 mole H 2 O = g H 2 O Sol’n Map:mol  g 計算 1.75 mole 水的質 量有多少 ( 以克表示 )

42 檢查解答︰ 1.75 mol H2O = 31.5 g H2O 答案的單位，克，是正確的。 答案有重要意義 因為 31.5g 超過 1 mole 資訊 已知 ︰ 1.75 mol H 2 O 試求︰ ? g H 2 O CF ︰ 1 mole H 2 O = g H 2 O Sol’n Map:mol  g 範例 : 計算 1.75 mole 水的質 量有多少 ( 以克表示 )

範例 6.5 分子數和克重之間的轉換

44 範例︰ 試求 4.78 x 個 NO 2 分子其質量有多少？

45 範例︰ 試求 4.78 x 個 NO 2 分 子其質量有多少？ 寫下已知的數量和它的單位。 已知︰ 4.78 x NO 2 分子

46 寫下欲尋求的數量和／或它的單位。 試求︰ ? g NO 2 資訊 已知︰ 4.78 x molec NO 2 範例︰ 試求 4.78 x 個 NO 2 分 子其質量有多少？

47 收集需要的轉換因子 莫耳質量 NO 2 = 1( 原子質量 N)+ 2( 原子質量 O) = 1(14.01)+ 2(16.00) = g / mole 1 mole NO 2 molec = g NO 2 1 mole = x 資訊 已知︰ 4.78 x molec NO 2 試求︰ ? g NO2 範例︰ 試求 4.78 x 個 NO 2 分 子其質量有多少？

48 為轉換單位寫岀解析圖︰ molec NO2 資訊 已知︰ 4.78 x molec NO 2 試求︰ ? g NO2 CF ︰ 1 mol NO 2 = g 1 mol = x 範例︰ 試求 4.78 x 個 NO 2 分 子其質量有多少？ mol NO 2 g NO 2

49 使用解析圖︰ = g NO 2 =365 g NO 2 解答 資訊 已知︰ 4.78 x molec NO 2 試求︰ ? g NO2 CF ︰ 1 mol NO 2 = g 1 mol = x SM ︰ molec  mol  g 範例︰ 試求 4.78 x 個 NO 2 分 子其質量有多少？

50 範例︰ 試求 4.78 x 個 NO 2 分子其質量有多 少？ 資訊 已知︰ 4.78 x molec NO 2 試求︰ ? g NO2 CF ︰ 1 mol NO 2 = g 1 mol = x SM ︰ molec  mol  g 檢查解答︰ 答案的單位；克，是正確的。 答案有重要意義 因為 4.78 x 個分子多於 1 mole 4.78 x molecules NO 2 = 365 g NO 2

51 化學式作為轉換因子 1 只蜘蛛  8 條腿 1 把椅子  4 條腿 1 個 H 2 O 分子  2 個 H 原子  1 個 O 原子 

52 在化學式裡的莫耳關係 我們計算原子和分子數是以莫耳為單位， 如果我們知道化合物的莫耳數，我們就能 找出組成元素的莫耳數 化合物的莫耳數組成份的莫耳數 1 mol NaCl1 mole Na, 1 mole Cl 1 mol H 2 O2 mol H, 1 mole O 1 mol CaCO 3 1 mol Ca, 1 mol C, 3 mol O 1 mol C 6 H 12 O 6 6 mol C, 12 mol H, 6 mol O

範例 6.7 化合物克重和 組成元素克重之間的轉換

54 範例︰ 香旱芹酮﹝ Carvone (C 10 H 14 O) ﹞，是綠薄荷油裡的主要組 成。 它有一種令人愉快的氣味和薄荷味道。 它經常 被添加到口香糖，液化劑，肥皂和香水。 試求 55.4 g 的 carvone 含碳的質量有多少。

55 範例︰ 試求 55.4 g 的 carvone (C 10 H 14 O) 含碳的質量有 多少。 寫下所提供的數量和它的單位。 已知 ︰ 55.4 g C 10 H 14 O

56 寫下欲尋求的數量和／或它的單位。 試求︰ ? g C 資訊 已知︰ 55.4 g C 10 H 14 O 範例︰ 試求 55.4 g 的 carvone (C 10 H 14 O) 含碳的質量有 多少。

57 收集需要的轉換因子 莫耳質量 C 10 H 14 O = 10 ( 原子質量 C )+ 14 ( 原子質量 H) + 1 ( 原子質量 O) = 10(12.01) + 14(1.01) + (16.00) = g/ mole 1 mole C 10 H 14 O = g C 10 H 14 O 1 mole C 10 H 14 O  10 mol C 1 mole C = g C 資訊 已知︰ 55.4 g C 10 H 14 O 試求︰ g C 範例︰ 試求 55.4 g 的 carvone (C 10 H 14 O) 含碳的質量有 多少。

58 為轉換單位寫出解析圖︰ g C 10 H 14 O 資訊 已知︰ 55.4 g C 10 H 14 O 試求︰ g C CF ︰ 1 mol C 10 H 14 O = g 1 mol C 10 H 14 O  10 mol C 1 mol C = g 範例︰ 試求 55.4 g 的 carvone (C 10 H 14 O) 含碳的質量有 多少。 mol C 10 H 14 O mol C gCgC

59 使用解析圖︰ = g C = 44.3 g C 解答︰ 資訊 已知︰ 55.4 g C 10 H 14 O 試求︰ g C CF ︰ 1 mol C 10 H 14 O = g 1 mol C 10 H 14 O  10 mol C 1 mol C = g SM: g C 10 H 14 O  mol C 10 H 14 O  mol C  g C 範例︰ 試求 55.4 g 的 carvone (C 10 H 14 O) 含碳的質量有 多少。

60 檢查解答︰ 55.4 g C 10 H 14 O = 44.3 g C 答案的單位， g C ，是正確的。 答案有的重要意義 C 的數量少於 C 10 H 14 O 的數量。 資訊 已知︰ 55.4 g C 10 H 14 O 試求︰ g C CF ︰ 1 mol C 10 H 14 O = g 1 mol C 10 H 14 O  10 mol C 1 mol C = g SM: g C 10 H 14 O  mol C 10 H 14 O  mol C  g C 範例︰ 試求 55.4 g 的 carvone (C 10 H 14 O) 含碳的質量有 多少。

61 組成百分率 在化合物中每一種元素的百分率 由質量 可由下述來決定 1. 化合物的化學式 2. 化合物的實驗質量分析 由於實驗關係，百分率總加也許是 100%

62 質量百分率作為轉換因子 質量分率告訴你在 100 克的化合物中的組 成元素質量  NaCl 中有 39 % 鈉意即 100 克 NaCl 含有 39 g 鈉 這能被作用一個轉換因子  100 g NaCl  39 g Na

63 範例 ：由 C 2 H 5 OH 化學式求組成分率 1. 決定 1 mole 化合物中每種元素的質量 2 moles C = 2(12.01 g) = g 6 moles H = 6(1.008 g) = g 1 mol O = 1(16.00 g) = g 2. 由所有元素質量的相加決定出化合物的莫耳 質量 1 mole C 2 H 5 OH = g

64 由 C 2 H 5 OH 化學式求樣品組成百分率 3. 每種元素的質量除以化合物的莫耳質量 並乘以 100%

65 範例：若有 30.0 g 樣品含 24.0 g 的 C ， 3.2 g 的 O 和其餘為 H ，試求 Carvone 的組成 百分率？ 1. 決定在樣品內所有元素的質量 C = 24.0 g, O = 3.2 g H = 30.0 g – (24.0 g g) = 2.8 g

66 範例：若有 30.0 g 樣品含 24.0 g 的 C ， 3.2 g 的 O 和其餘為 H ，試求 Carvone 的組成 百分率？ 3. 每種元素的質量除以樣品的總質量並乘 以 100%

67 實驗式 在分子裡原子的最簡單整數比率稱為實驗式  可由組成百分率或結合的質量所決定 分子式是實驗式的倍數 % A mass A (g) moles A 100g MM A % B mass B (g) moles B 100g MM B moles A moles B

68 實驗式 Hydrogen Peroxide( 過氧化氫 ) 分子式 = H 2 O 2 實驗式 = HO Benzene( 苯 ) 分子式 = C 6 H 6 實驗式 = CH Glucose( 葡萄糖 ) 分子式 = C 6 H 12 O 6 實驗式 = CH 2 O

69 找岀實驗式 1) 把百分比轉換成克重 a) 若已是克重就可跳過 2) 把克轉換成莫耳 a) 利用每種元素的莫耳質量 3) 使用莫耳作為下標寫出虛擬式 4) 全部除以最小的莫耳數 5) 全部莫耳比乘上一數值使成正整數 a) 如果比率 0.5 ，則全部乘以 2 ； 如果比率 0.33 或是 0.67 ，則全部乘以 3 等等 b) 如先前已是整數則省略

範例 6.11 由試驗數據尋求實驗式

71 範例︰ 實驗室的阿斯匹林分析確定其組成質量分率如下。 求其實驗式。 C = 60.00% H = 4.48% O = 35.53%

72 範例︰ 試求阿斯匹林的實驗式 已知組成的質量百分率 寫下已知的量和它的單位。 已知 C = 60.00% H = 4.48% O = 35.53% 因此 100 克的阿斯匹林有 克 C ， 4.48 克 H 和 克 O

73 寫下要尋求的量和／或它的單位。 試求︰ 實驗式， C x H y O z 資訊 已知︰ g C, 4.48 g H, g O 範例︰ 試求阿斯匹林的實驗式 已知組成的質量百分 率

74 收集需要的轉換因子︰ 1 mole C = g C 1 mole H = 1.01 g H 1 mole O = g O 資訊 已知︰ g C, 4.48 g H, g O 試求︰ 實驗式， C x H y O z 範例︰ 試求阿斯匹林的實驗式 已知組成的質量百分率

75 寫出解析圖︰ g C, H, O mol C, H, O mol ratio empirical formula 資訊 已知︰ g C, 4.48 g H, g O 試求︰ 實驗式， C x H y O z CF: 1 mol C = g; 1 mol H = 1.01 g; 1 mol O = g 範例︰ 試求阿斯匹林的實驗式 已知組成的質量百分率

76 利用解析圖︰ 計算每種元素的莫耳 資訊 已知︰ g C, 4.48 g H, g O 試求︰ 實驗式， C x H y O z CF: 1 mol C = g; 1 mol H = 1.01 g; 1 mol O = g SM: g C,H,O  mol C,H,O  莫耳比  實驗式 範例︰ 試求阿斯匹林的實驗式 已知組成的質量百分率

77 利用解析圖︰  寫虛擬式 資訊 已知︰ g C, 4.48 g H, g O 試求︰ 實驗式， C x H y O z CF: 1 mol C = g; 1 mol H = 1.01 g; 1 mol O = g SM: g C,H,O  mol C,H,O  莫耳比  實驗式 範例︰ 試求阿斯匹林的實驗式 已知組成的質量百分率 C H 4.44 O 2.221

78 利用解析圖︰  除以最小的莫耳數 以求得莫耳比 資訊 已知︰ g C, 4.48 g H, g O 試求︰ 實驗式， C x H y O z CF: 1 mol C = g; 1 mol H = 1.01 g; 1 mol O = g SM: g C,H,O  mol C,H,O  莫耳比  實驗式  範例︰ 試求阿斯匹林的實驗式 已知組成的質量百分率

79 利用解析圖︰  下標乘上因子以得正整數 資訊 已知︰ g C, 4.48 g H, g O 試求︰ 實驗式， C x H y O z CF: 1 mol C = g; 1 mol H = 1.01 g; 1 mol O = g SM: g C,H,O  mol C,H,O  莫耳比  實驗式  範例︰ 試求阿斯匹林的實驗式 已知組成的質量百分率 { } x 4 C9H8O4

80 這些分子有相同的實驗式。 但分子怎樣不同？ 化合物分子 式實驗式 glyceraldehyde ( 甘油糖 ) C3H6O3C3H6O3 CH 2 O erythrose ( 赤藻糖 ) C4H8O3C4H8O3 CH 2 O arabinose ( 樹膠糖 ) C 5 H 10 O 5 CH 2 O Glucose ( 葡萄糖 ) C 6 H 12 O 6 CH 2 O

81 這些分子有相同的實驗式。 但分子怎樣不同？ 化合物分子 式實驗式莫耳質量， 克 glyceraldehyd e ( 甘油糖 ) C3H6O3C3H6O3 CH 2 O90 erythrose ( 赤藻糖 ) C4H8O3C4H8O3 CH 2 O120 arabinose ( 樹膠糖 ) C 5 H 10 O 5 CH 2 O150 Glucose ( 葡萄糖 ) C 6 H 12 O 6 CH 2 O180

82 分子式 分子式是實驗式的倍數 為了確定分子式，你需要知道實驗式和 化合物的莫耳質量 Molar Mass real formula Molar Mass empirical formula = factor used to multiply subscripts

83 範例：確定杜松子香油烴 (Cadinene) 它的 分子量 若已知它的莫耳質量為 204 g 和實 驗式為 C 5 H 8 1. 決定實驗式 也許需要計算如前述的 C5H8C5H8 2. 決定實驗式的莫耳質量 5 C = g, 8 H = g C 5 H 8 = g

84 3. 以化合物的莫耳質量除以實驗莫耳 質量 求至接近的正整數 範例：確定 Cadinene 它的分子量，若已知 它的莫耳質量為 204 g 和實驗式為 C 5 H 8

85 4. 實驗式乘上一因子後可得前述的分 子量 (C 5 H 8 ) 3 = C 15 H 24 範例：確定 Cadinene 它的分子量，若已知 它的莫耳質量為 204 g 和實驗式為 C 5 H 8