3-3 化學計量 3-3.1 莫耳數間的轉換 3-3.2 質量間的轉換 3-3.3 限量試劑與產率 在化學反應式中，有關反應物與產物之間的數量關係，稱為化學計量。藉著化學計量，可從反應物的劑量去估算產物的產量。反之，化學計量也可以預估想要得到多少產物則需要多少反應物。 3-3.1 莫耳數間的轉換 3-3.2 質量間的轉換 3-3.3 限量試劑與產率

3-3 化學計量 學習目標： 以3-2的基礎，寫出完整的化學反應式， 進而做各種的定量計算

3-3.1 莫耳數間的轉換 化學反應式中，各物質之係數所代表的意義為各物質在化學反應時，其莫耳數變化量的比例關係。以哈柏法製氨氣為例：

消耗 1 莫耳氮氣與 3 莫耳氫氣反應可生成 2 莫耳氨 5 莫耳氮氣+足量的氫氣反應→多少莫耳氨？ ⇒ x＝10 莫耳 NH3

範例 3-7 解答 ⇒ x＝ 0.29莫耳 H2 所有的鹼金屬都會和水反應，產生氫氣及氫氧化物，金屬鋰和水的反應式如下： 當 0.58 莫耳鋰與水完全反應，可產生多少莫耳氫氣？ 解答 係數比＝莫耳數比 ⇒ Li：H2＝2：1 ⇒ x＝ 0.29莫耳 H2

練習題 3-7 解答 一氧化氮(NO)與氧反應產生二氧化氮(NO2)，為形成光化學煙霧的關鍵步驟： 若產生 6.24 莫耳二氧化氮，需消耗多少莫耳氧氣？ 解答 係數比＝莫耳數比 ⇒ NO2：O2＝2：1 ⇒ x＝3.12 莫耳 O2

3-3.2 質量間的轉換 將求得之莫耳數轉換成質量，過程如下：

以168克氮氣與過量氫氣反應，理論上可以製得多少克氨氣呢？ ⇒ x = 12 莫耳 NH3 其質量為：

範例 3-8 硝酸為酸雨的成分之一，它是由空氣汙染物二氧化氮與氧氣及水反應所形成的，其反應式如下： 假設 O2 與 H2O 過量，求 3.0×103 kg 二氧化氮，可以形成多少千克的硝酸？

解答 ⇒ x＝65 kmol HNO3

練習題 3-8 葡萄糖(C6H12O6)氧化後產生二氧化碳及水，並供應生物生長與活動所需的能量，其反應式為： 若消化 571克 C6H12O6，最多可產生 CO2 多少克？

解答 ⇒ x＝19.03 mol CO2

3-3.3 限量試劑與產率 化學反應中完全耗盡的反應物稱為限量試劑，反應中產物的最大量由其決定；可生成產物的最大量稱為理論產量；實際反應所得的產物量則稱為實際產量。以硫粉在氟中燃燒為例： 六氟化硫(SF6)為一種無色、無味的極穩定化合物，常用為電子裝備與雷達導波之絕緣氣體或電子工業中的氣態絕熱材料。

⇒ F2為限量試劑 假設 6 莫耳 S 與 15 莫耳 F2 反應，可以得到多少莫耳的SF6 呢？ 依反應物與產物間的莫耳變化量比例關係：

⇒ F2為限量試劑 假設 6 莫耳 S 與 15 莫耳 F2 反應，可以得到多少莫耳的SF6 呢？ 另一種判斷方法：將各反應的莫耳數，除以其平衡反應式的係數，所得的商最小者即為限量試劑。 ⇒ F2為限量試劑

產率 化學反應的實際產量通常少於理論產量，例如： 1. 反應無法百分之百進行。 2.反應較複雜，產物又會和反應物或其他產物進行另一種反應，因而使產量降低。 化學反應的效率，可用產量百分率表示：

範例 3-9 二氧化鈦是常見的白色顏料，經常用於油漆或修正液中，亦可製成奈米級光觸媒。由氣態的四氯化鈦和氧氣反應，可以得到固態的二氧化鈦及氯氣。取 6.71×103克四氯化鈦和 2.54×103克氧氣反應，回答下列問題：(原子量：Ti=47.87) (1) 寫出此反應的平衡反應式。 (2) 何者為限量試劑？ (3)最多可產生二氧化鈦若干克？ (4)若實際產生 2.12×103克二氧化鈦，則其產量百分率為何？

解答 (2)求出反應物之莫耳數 (TiCl4 之分子量為 189.67；O2 之分子量為 32.00) ⇒ TiCl4為限量試劑

(3)消耗 35.4 莫耳 TiCl4 可得 TiO2 之理論產量 (4) 產量百分率：

練習題 3-9 將 612克氨與 1144克二氧化碳反應，回答下列問題： (原子量：N＝14) 尿素((NH2)2CO)可由氨與二氧化碳反應產生： 將 612克氨與 1144克二氧化碳反應，回答下列問題： (原子量：N＝14) (1)何者為限量試劑？ (2)尿素之理論產量為何？ (3)若尿素實際產量為 843克，則其產量百分率為何？

解答 (1)求出反應物之莫耳數 (NH3 之分子量為 17；CO2 之分子量為 44) ⇒ NH3為限量試劑

(2)尿素之理論產量：((NH2)2CO之分子量為 60) (3)尿素之產量百分率：

學習成果評量 實驗室常以氯酸鉀(KClO3)加熱製造氧氣 若使49.0 克的氯酸鉀完全分解，試問： (1)可產生多少克的氯化鉀？ (2)所產生的氧氣有多少莫耳？ (式量：KClO3＝122.5，KCl＝74.6)

解答 平衡化學反應式： (1) KClO3莫耳數＝49.0/122.5＝0.40(莫耳) 由係數比＝莫耳數比， KClO3：KCl＝2：2 得KCl莫耳數＝ 0.40莫耳， 產生KCl質量＝ 0.40 × 74.6＝29.8(克) (2) KClO3莫耳數：O2莫耳數＝2：3 產生O2莫耳數＝ 0.60(莫耳)

2.在汽車發生劇烈碰撞時，安全氣囊會利用疊氮化鈉(NaN3)的高溫分解反應，迅速產生氮氣而充飽。化學反應式如下： NaN3(s)→ Na(s) + N2(g)(未平衡) 若在常溫、常壓下，要產生73.5 升的氮氣，則至少需疊氮化鈉多少克？ (在常溫、常壓下，1 莫耳氮氣占有24.5 升的體積) (原子量：Na＝23.0，N＝14.0)

解答 平衡化學反應式： N2莫耳數＝73.5/24.5＝3.00(莫耳) 由係數比＝莫耳數比， NaN3：N2＝2：3 得NaN3 莫耳數＝ 2.00莫耳， 需NaN3質量＝ 2.00 × 65.0＝130(克)

解答 3. 銀戒指在含硫化氫的空氣中，會反應生成黑色的硫化銀與水。 (原子量：Ag＝108，S＝32) (1) 寫出此反應的化學反應式。 (2) 若1.08 克銀戒指在0.034 克硫化氫與0.32 克氧中完全反應後，何者為限量試劑？可產生硫化銀多少克？ 解答 (1) 4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O (2)限量試劑為 H2S 產生Ag2S 0.248(克)

4. V2O5、Cl2與C可反應生成VOCl3與COCl2。今由65. 0克V2O5，165克Cl2與12. 0克碳反應可得42 4. V2O5、Cl2與C可反應生成VOCl3與COCl2。今由65.0克V2O5，165克Cl2與12.0克碳反應可得42.0克VOCl3，則其產率為？ (原子量：V＝51，Cl＝35.5) 解答 (1) 化學反應式： V2O5 + 6Cl2 + 3C → 2VOCl3 + 3COCl2 (2)各反應物之莫耳數：

限量試劑為C VOCl3理論產量為： ⇒ x＝0.5 莫耳 VOCl3 ⇒生成VOCl3 0.5 × 173.5 ＝86.75(克) 產率＝