單元捌：化學式與化學反應

一、 化學式的表示法 ：

(一)化學式的定義：

1.化學式：在描述化學反應的方法中；為簡化對物質的描述，常以元素符號及數字表示純物質的組成原子種類、原子數目或分子結構的式子，就被稱為化學式。

2.依據所要表達的重點或視使用的情形之不同，所使用的化學式表示法亦隨之不同，在國中階段，對初學者而言，最常使用的化學式為分子式。

3.構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量，稱為化學鍵結，此一力量用以連結各個原子形成分子，而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同，決定不同的物質種類及其性質。

4.化學式的種類：化學式的種類很多，常用的有「分子式」、「結構式」、「簡式」、「示性式」等，所能表達的條件和使用的目的各不相同，分述如下：

(1)分子式：旨在表達物質分子中；組成原子的【種類】和【數目】 。例如：水分子的組成是由兩個氫原子和一個氧原子組成，故其分子式寫成：H₂O。（如圖一所示）

(2)結構式：此法除了可表達一個分子中所含原子的種類和數目之外，尚可表達物質分子中所含原子的【結構方式】，結構式可視為物質分子模型的簡化圖形，此法大多數用在表示有機化合物的分子結構。例如：天然氣的主要成分為甲烷，其分子式為：CH₄，而其結構式為（如圖二所示）：

 (3)簡式：只表示原子數簡單的整數比，簡式通常用於實驗測量中。例如：葡萄糖的分子式為C₆H₁₂O₆，而其簡式為：CH₂O，代表構成葡萄糖分子的原子有碳、氫、氧三種原子，而葡萄糖分子中所含的碳、氫、氧原子三者原子的最簡單整數比為1：2：1。

(4)示性式：目的在表示物質分子的特性，以便加以分類的化學式，此種表示法通常用於有機化合物中，因為有機化合物的種類繁多，為便於分類及區分不同的物質；卻有相同的分子式而用。例如：在有機化合物的分類中有一項為醇類，其特性為分子結構中含有一個羥基：OH原子結構，故為容易分其為醇類，其化學式常以示性式表示，如圖三所示：

(二)同分異構物：

1.同分異構物：分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質，亦即組成物質的原子種類及數目是相同的，但組成物質的原子排列方式不同。

2.以甲醚和乙醇二者為例，甲醚的示性式為【CH₃OCH₃】、乙醇的示性式為【C₂H₅OH】但兩者的分子式皆為【C₂H₆O】。（如圖四所示）

3.即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同，但組成物質分子的原子排列方式不同，結果所表現出來的化學性質也不同，視為不同種類分子。

二、 化學反應方程式 ：

(一)何謂化學反應方程式：

1.化學反應方程式：以化學式、箭號、加號…等符號表示反應物和生成物發生的化學反應式子，包含物質狀態、化學反應所需的條件等。

2.化學反應方程式中以箭號「→」表示反應的方向，箭號左邊是反應物，右邊則是生成物，並以「＋」號連結各反應物及生成物。

3.在箭號上下方可表示化學反應所需的條件；包含溫度、壓力或催化劑…等，若箭號上方標示三角形者，代表反應需要加熱，屬吸熱的化學反應。例如碳酸鈣的加熱分解反應式（如表一所示）：

4.表一中的生成物CO₂↑右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態，若化學式的右側有向下的箭號「↓」則代表沈澱。

5.化學反應式中各物質的狀態表示法，於化學式右側以下標表示（如表二）：

(1)固態：（S）

(2)液態：（l）

(3)氣態：（g）

(4)水溶液：（aq）

(二)均衡化學反應式：

1.均衡係數：依據質量守恆定律，在化學反應發生前後，各種物質的質量總和是相等的，所以在化學反應前後，各物質的原子數目應維持不變，此種關係亦稱為：質量守恆或原子不減定律。

2.在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數相等，使化學反應式能符合【質量守恆定律】，此一化學反應式中的係數即稱為：均衡係數。

3.以鎂的燃燒為例：鎂金屬燃燒的化學反應式中，原子數與分子數表示法：

 

三、 化學計量 ：

1.鎂金屬燃燒的化學反應前、後，各物質的原子數關係如下圖四所示：

2.氫氣燃燒的化學反應式：一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒，成生兩個水分子，其化學反應方程式為，反應式中的均衡係數與反應前後各種物質的原子總數之關係；如下圖五所示：

3.化學反應式的係數代表各物質的分子數，而係數乘上分子式右下標的原子數才會等於該物質的總原子數。由表四可知反應前、後；氧原子、氫原子的總數目是相等的，故化學反應前後各原子的質量不變，因此化學反應的前、後，各物質的質量總和必遵守質量守恆定律。

(一)生活中常見的化學反應實例：

1.有許多化學反應與日常生活息息相關，例如：電流的化學效應、光合作用、氧化反應和食物在人體中的消化反應…等皆是。

(1)電流的化學效應（簡稱：電解），例如：電解水的反應。

(2)光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質：葡萄糖和氧氣等物質，與反應前的二氧化碳和水性質不同。

(3)氧化反應：燃燒、鐵的生鏽、動物的呼吸作用等。

2.化學反應前後；發生改變的只是物質的分子結構，其性質亦隨之改變，但參與化學反應的物質；質量總和並不改變，此為：質量守恆定律。