單元玖:化學計量

一、 原子量與分子量

()原子量:

1.原子量原子和分子都是極微小的粒子,不易測得一個原子或分子的實際質量,故西元1961年後,國際上公認以碳原子的原子量訂定為12,而其他的原子與碳-12的比值就是【原子量】。

2.標準元素:碳原子的原子量=12,是國際最早訂定的原子量,而且沒有單位,碳-12是用來和其他原子互相比較,以做為得到其他元素原子量的標準,故-12稱為標準元素

3.欲求得「氫」原子的原子量,須先求出氫原子與碳原子的比值,再將求出的比值乘上碳的原子量12即可。(如圖一)

 ()分子量:

1.分子量:分子是由二個以上的原子所構成,將一個分子中的原子種類及數目乘上原子量以後再加總所得到的和,便為該物質的分子量。

2.因為分子量是由原子量推算出來的,而原子量沒有單位,所以分子量也【沒有單位例如:甲烷的分子式為CH4,水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的分子量各為若干=?(如圖二.所示)

二、 計量單位-莫 耳

()莫耳的定義:

1.莫耳科學上常用的計量單位,且用在數量極大的物質,如白米、麵粉的顆粒數量。

2.IUPAC國際化學學會於(1967)年定義:取碳-12原子其總質量恰等於12公克時,此時的原子數目就稱為一莫耳。(如圖一)所示:

3.先有原子量及分子量,才有莫耳的出現:科學家特地累計許多的原子(分子)數,使其總質量恰等於原子量或(分子量)的大小,發現這些原子(分子)的總數為: 6×1023個,此一數目就稱為:1莫耳

4.6×1023個碳原子的總質量等於12公克,故一個碳原子的質量=

∴一個碳原子質量=2×1023公克。

()莫耳與原子量、分子量:

1.任何物質的總質量恰等於原子量(或分子量)的公克數時,其粒子數恰等於1莫耳。換言之,1莫耳(6×1023)原子(或分子)的總質量恰等於原子量(或分子量)+單位:公克

2.碳的原子量=12,則6×1023個碳原子的總質量恰為12公克,鈉的原子量=23,則6×1023個鈉原子的總質量恰為23公克

3.水的分子量H2O186×1023個水分子的總質量恰為18公克,二氧化碳的分子量CO244,則6×1023CO2分子的總質量恰為44公克。

 

三、 化學反應方程式與化學計量

()均衡係數的意義:

1.化學反應方程式中的係數:化學反應式中的係數代表兩種意義;
係數=分子數係數=莫耳數

2.例如:氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示:

3.上述化學反應式可作下列解釋:

(1)1氧氣分子2氫氣分子燃燒反應後,可生成2水分子

(2)1莫耳的氧分子和2莫耳氫分子,生成2莫耳水分子。

(3)6×1023個氧氣分子和1.2×1024個氫氣分子完全反應後,可以生成:1.2×1024個水分子。

()均衡係數與化學計量:

1.化學計量:由化學方反應方程式中的係數所代表的意義,推算反應物及生成物的莫耳數比,以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比,此種關係即稱為:化學計量。

2.我們仍以上述氫、氧燃燒生成水的反應為例:O22 H2 2 H2O,反應式中的均衡係數比122,(O2的係數為1,而係數為1時;習慣上常會省略不寫係數),這代表了下列意義:

(1)反應式中各物質的莫耳數比等於係數比,故氧:氫:水=122

(2)根據分子量的大小,(O232H22H2O18),故反應式中各物質的質量比的關係為,氧:氫:水=1×322×22×18,換言之,每32公克的氧氣要反應,就需要4公克的氫氣才能夠完全燃燒,且反應後可以生成36公克的水

(3)最後得到反應式中各物質的質量比為:氧:氫:水=819

四、 氣體反應與化學計量

1.化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比,也是代表物質的分子數比,在氣體的化學反應中,均衡係數還可以代表物質的體積比。

2.亞佛加厥學說:為西元1811義大利亞佛加厥所提出:「同溫同壓下;同體積的任何氣體,含有相同的分子數」。

3.根據亞佛加厥的理論;氣體在溫度與壓力保持一定之下,任何氣體無論其分子量大小如何,只要氣體的體積相同,則氣體所含的分子數必相同。換言之,體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同。

4.在系統的溫度和壓力不變的狀況下,無論其分子量大小或氣體的分子種類之不同,氣體的體積比即為氣體的分子數比(此即亞佛加厥假說)

5.依照上述原理,氣體發生化學反應時,在溫度與壓力維持不變之狀況下,氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比,因為均衡係數比代表分子數比,而氣體的分子數多寡又可決定氣體的體積大小。

6.例如:取氫氣與氯氣各10公升置於容器發生反應,反應後生成氯化氫氣體,其化學反應方程式為H2Cl22HCl,假設反應前後系統的溫度及壓力皆改變,則反應可生成氯化氫氣體若干公升?
H2Cl22HCl反應式的係數比為112,代表三種氣體之間的體積比為112,而參加反應的氫和氯氣皆為10公升,故體積比=101020,∴生成的氯化氫氣體體積=20公升莫耳:科學上常用的計量單位,且用在數量極大的物質,例如:白米、麵粉或細砂的顆粒數量。

7.莫耳」的由來:先有原子量及分子量,才有莫耳的出現。科學家特地累計許多的原子(分子)數,使其總質量恰等於原子量或(分子量)的大小,發現這些原子(分子)的總數為:6×1023個。碳的原子量=126×1023個碳原子的總質量恰為12公克,鈉的原子量=23,則6×1023個鈉原子的總質量恰為23公克。水的分子量H2O18,則6×1023個水分子的總質量恰為18公克,二氧化碳的分子量CO244,則6×1023CO2分子的總質量恰為44公克。

8.鈣的原子量=40,則1莫耳的鈣原子總質量=40公克。

9.質量40克的鈣金屬元素,含有6×1023原子。

 

創用CC標示:
CC