第 3 章 化學反應
3 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。 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： 了解如何從元素分析求得實驗式 再藉由分子量求分子式 能寫出簡單分子的結構式及示性式 3-1 化學式及百分組成 學習目標： 了解如何從元素分析求得實驗式 再藉由分子量求分子式 能寫出簡單分子的結構式及示性式 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 。 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 分 類 實 例 金屬元素 銀(Ag)、鐵(Fe)、銅(Cu)等 網狀結構的元素 矽(Si)、石墨(C)、鑽石(C)等 分 類 實 例 金屬元素 銀(Ag)、鐵(Fe)、銅(Cu)等 網狀結構的元素 矽(Si)、石墨(C)、鑽石(C)等 離子 化合物 氯化鈉(NaCl)、氧化鎂(MgO)、 硝酸鋇(Ba(NO3)2)等 網狀結構的化合物 二氧化矽(SiO2)、氮化硼(BN)等
求得實驗式的過程
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：
練習題 3-1 解答 因此，該氧化物的實驗式為 TiO2 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
3-1.2 分子式 雙原子分子 多原子分子 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－ . 例如： N2 O2 HCl 雙原子分子 丙烷－ ，乙烯－ . C3H8 C2H4 多原子分子
分子式與實驗式的關係 過氧化氫之元素分析： H：O＝1：1 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
分子式與實驗式的關係 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 n＝2 分子式＝(CH2O)2 以醋酸為例： 實驗式：CH2O 式量＝30.03 分子量＝60.03 60.03＝30.03 × n n＝2 分子式＝(CH2O)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)
解答 氮原子的莫耳數與氧原子的莫耳數比為 1：2 故實驗式為NO2，式量＝46.01 分子式為(NO2)n 2. 分子量＝92.02
練習題 3-2 解答 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。 分子量＝128.16＝64.05 × n n≒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
3-1.4 示性式 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 )、 羥基 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。 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 C2H3O2 C4H6O4 HOOC (CH2)2COOH (CH2)2(COOH)2 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 分子式 實驗式
範例 3-4 香旱芹酮的分子式為 C10H14O，有兩種同分異構物存在，其中一 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。
解答 C10H14O 的分子量為 150.2
練習題 3-4 2008 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 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 解答 解答 ⇒分子式為C2H10N2 某物質含有38.67%碳、16.22%氫及45.11%氮，則此物質之實驗式為？ 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 ⇒分子式為C2H10N2 62 = 31.01 × 2
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 ⇒分子式為C3H8 ⇒分子量=44，與CO2同，故密度相等
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 或 (3) 示性式：C3H7OH (4) 結構式： (1) 分子式：C3H8O (2) 實驗式：C3H8O