Issuu on Google+





  

…………………………… 1-1

  

4

5……………………………… 2-1

  



……………………………… 3-1

  

……………… 4-1

  



 

#……………………………… 6-1

 

$、&、'………………………… 7-1

 

()*+……………………… 8-1

 

……………………………… 9-1

 

,……………………………… 10-1

 

-./0-.12……… 11-1

 

3……………………………… 12-1

!"…………………… 5-1


1-2

化 學

一、化學發展史 火的使用: 開啟人類“化學行為”之動力。 東方:中國古代煉丹術   只重果,不重因。 西方:埃及古代煉金術  歐洲中古煉金術: 現代化學開始建立「因」、「果」之科學觀念。 二、物質的種類 物質: 凡占有空間、具有質量、具有一定特性者,稱之為物質。 物質的分類: 純物質:只由一種分子構成之物質,具有一定之組成、特性。 混合物:由兩種或兩種以上的純物質構成,不具有一定之組成及特 性。 純物質: 包括元素及化合物。 元素:由同一種原子組成,其不能用物理或化學方法再分出本身以 外的其他物質。 一種元素只含有一種原子(不一定為一個原子),不同的元素含 有不同的原子。 元素是構成一切物質的基本單位,現在已知的元素共有 111 種, 其中有 88 種可在自然界中找到。 元素的命名:我國對於元素的命名是用一個國字表示一種元素。 較早的元素採用俗名。如:金、銀、銅、鐵、錫、鉛、硫等。 其他元素採外文名稱譯音。如:氯、矽、鈉、鎂、鈣、鋁等。 金屬元素: 固態者用「金」字旁表示。如:鈉、鉀、銅等。 液態者用「水」字旁表示。如:汞(唯一的液態金屬元素)。 非金屬元素:


第一章 基本概念

1-3

固態者用「石」字旁表示。如:碳、硫、矽等。 氣態者用「气」字頭表示。如:氫、氧、氦等。 液態者用「水」字旁表示。如:溴(唯一的液態非金屬)。 元素符號:化學上為了研究方便,每一種元素都用一個縮寫的符號 來代表,叫做元素符號。 採用各元素的拉丁文或英文名稱字母。 每一符號都不會多於兩個字母,第一個字母是大寫。 元素的分類:依元素性質分成金屬元素與非金屬元素兩大類。 金屬元素與非金屬元素性質的比較: 金 屬 元 密度較大 熔點較高 硬度較大 導電性和導熱性良好 物理性質 有金屬光澤 有延性和展性

素非 金 屬 元 素 密度較小 熔點較低 硬度較小(金剛石例外, 它是硬度最大的物質) 很難導電和導熱(石墨例 外,可導電) 沒有金屬光澤 沒有延性和展性 能與活潑的非金屬元素作用 能與活潑金屬元素作用 氧化物溶於水呈鹼性 氧化物溶於水呈酸性 化學性質 易形成帶正電的陽離子 易形成帶負電的陰離子( 氫離子例外) 反 應 特 性 發生失去電子之反應 發生得到電子之反應

元素之最: 金屬中最易導電及傳熱者為銀,其次為銅,鋁又次之。 延展性最佳的金屬是金。 熔點最低的金屬為汞(-38.87°C)(常溫下唯一的液態金屬) ,而熔點最高的金屬則為鎢(3410°C)。 密度最大的金屬是鋨(22.57),密度最小的金屬為鋰(0.534 ),密度(質量)最小的元素為氫。 非金屬中能導電者為石墨(成分元素為碳)。 常溫下唯一液態非金屬是溴,唯一液態金屬是汞。 硬度最大的物質是金剛石(C)。


1-4

化 學

活性最大的金屬元素為,活性最小的金屬元素為金,活性最 大的非金屬元素為氟。 地殼:氧最多,金屬以鋁最多(氧、矽、鋁、鐵)。 地心:鐵最多,約 90%。 空氣:氮、氧、氬最多。 化合物: 由二種或多種元素(原子),依一定比例經過化學變化而成的新物質 ,是為化合物。 化合物性質與組成元素的性質完全不同。例如:水是氫與氧二元素 組成,但水不具氫與氧的性質;食鹽成分氯化鈉是氯和鈉所組成, 但食鹽不具氯與鈉的性質。 兩種元素發生反應可產生一種或多種化合物。例如:氫與氧可化合 為水或過氧化氫;碳與氫可化合成很多種不同的碳氫化合物,如天 然氣或石油是由不同的液態碳氫化合物組成之混合物。 電解

化合物可分解成為它的成分元素。如:氯化鈉 鈉和氯。 混合物: 二種或二種以上的純物質,以任意比例相混合而成的物質。如:糖水 、空氣、酒。 混合物與化合物的區別: 混

物化

組織不均勻 仍具有原成分物質性質。例如: 糖溶於水生成糖水,仍具有糖的 性質 組成不一定(各成分間無一定重 量比) 由物理變化而成,可用物理方法 將其分離 沒有一定的特性(如:熔點、沸 點不固定)

物質的性質:

組織均勻 不具原成分物質性質。例如:氫 和氧化合成水,水不具氫或氧之 特性 組成一定(各成分間有一定重量 比) 由化學變化而成,可用化學方法 將其分離 有一定的特性(如:熔點、沸點 固定)


第一章 基本概念

1-5

物理性質(物性):不變成其他物質時,所觀測或量得之性質。 化學性質(化性):本身或與其他物質作用變成其他物質時,所顯 示之性質。 物質的變化: 物理變化:物質變化過程,不產生新物質者。 化學變化:物質變化過程,產生新物質者。 三、化學上基本定律 質量不滅定律: 提出:1774 年由拉瓦錫所提出。 內容:物質在化學變化前後其質量總和永遠不變。 :鎂光燈中,原為鎂線及氧氣二反應物,當電流通過時,二者 反應而放出閃光,此時鎂及氧均消失而得白色氧化鎂生成物 。但秤未反應前鎂及氧質量及最後氧化鎂質量,發現二者恆 相等。 定比定律(定組成定律): 提出:1799 年由普勞斯特提出。 內容:化合物之各成分元素質量間比恆為一定;亦可說參與化學變 化之諸物質,其質量間恆有一定之比例。 倍比定律: 提出:1803 年,道爾頓分析乙烯與甲烷之組成時,確定此一定律之 存在。 內容:二元素若以不同之比例化合成二種以上之化合物時,則與一 定量之甲元素化合所需之元素之量間恆成一簡單整數比。亦即,如 果兩種元素可以結合成數種化合物,則此種化合物中,與一定質量 的甲元素所結合的乙元素,他們彼此間的質量會成一簡單整數比。 :以 CO 及 CO2 之生成為例。 CO CO2

C%

O%

42.86 27.27

57.14 72.73


1-6

化 學

   今設 C 重量一定,發現在 CO 中,C:O  1:1.33;在 CO2 中,C:O  1:2.66,故與一定量 C 化合所需之氧重 為 1:2。 氣體反應定律: 提出:1808 年由給呂薩克提出。 內容:當溫度與壓力不變時,氣體之各反應物與生成物間之體積成 一簡單整數比。 :2 體積之氫 1 體積之氧 2 體積之水蒸氣。 原子學說: 提出:1808 年由英國人道爾頓提出。 內容: 原子乃構成物質的基本粒子,一切物質均由此小而不可分割的粒 子組成。 同一元素其原子大小、性質、重量相同,不同元素則異。 相同原子構成元素;不同原子以簡單整數比結合成化合物。 原子不能再分割,只能以整個原子結合,化學變化乃原子之重組 、重排。 原子學說可用以合理解釋質量不滅定律、定比定律、倍比定律,但 無法合理解釋氣體反應體積定律。 原子學說之修正: 由於同位素之發現,乃知同種元素原子之質量不一定相同,但化 性相同。 在核反應中,原子可再分裂。 原子可再分成質子、電子、中子。 【補充】同位素:具有相同原子序,但質量數不同之原子。 分子學說: 提出:1811 年亞佛加厥為使原子學說能合理解釋氣體反應體積定 律,乃提出分子學說。 內容: 構成物質之單位稱為分子。


第一章 基本概念

1-7

分子乃為保存原物質化性之最小單位。 同種物質的分子性質相同;不同物質的分子性質、重量、大小均 不相同。 元素之分子由同種原子組成;化合物之分子由兩種以上之原子以 簡單整數比化合而成。 化學反應時,物質分子被破壞,重新組合成新分子,但原子則不 被分割。 氣體分子不斷向各方向直線運動,而產生壓力。 道爾頓原子說可合理解釋元素之各現象,亞佛加厥分子說則用以解 釋化合物之各現象。 四、原子量 原子質量單位(a.m.u.)為測定原子實際重量之一標準單位。 1 a.m.u  1.667  10 −24 g  1961 年 8 月訂原子量以 12 C 為標準,亦即 1 a.m.u 

1 12

12

C 原子之質

量。 因 a.m.u 數值太小使用不便,故訂定一元素原子之質量與 12C 元素一 原子質量間之比值為其原子量。 原子量為比值,故為無單位因次,若冠上「克」,則可使其較具體化 ,而得克原子量。 原子量即 1 莫耳原子之重量。現訂標準為 12 C  12.0000。 五、分子量 分子量: 等於化合物中各成分元素之原子量總和。 克分子量: 分子量既為原子量之總和,故為不名數,冠上「克」,則為克分子量 ,即 1 莫耳分子之重量。


1-8

化 學

六、莫耳 定義: 因各原子、分子之實際重量太小,使用不便,乃定一新單位「莫耳」 ,1 莫耳 6.023  10 23 。此數亦稱「亞佛加厥」常數。 舉例: 1 個氫原子重 1.667  10 −24 g ,則 1 mole(莫耳)氫原子重 1.667  10 −24  6.023  10 23  1(g)。 七、亞佛加厥定律 提出: 1811 年由亞佛加厥氏提出。 內容: 在同溫、同壓下,等體積之一切氣體所含之分子數均相等。 標準狀況:0°C、1 atm 下之狀態為標準狀況(S.T.P.)。  1 莫耳氣體或 1 克分子氣體在 S.T.P.下所占體積為 22.4 升。 :已知在 S.T.P.下,氮之密度為 1.2506 克/升,試問其分子量 為何?  S.T.P.下,1 mole 任何氣體之體積為 22.4 升  1.2506  22.4  28.014(g),即其 1 mole 之重 故其分子量為 28.014  1 克分子之任何物質,其分子數即亞佛加厥數。  1 克原子之任何元素,其原子數即亞佛加厥數。 八、原子價 定義: 原子價即原子與個別原子化合之能力。 一般原子均只具一種原子價。 但亦有多數較複雜之元素(如 O 元素)具不同之化合能力,故有 兩種或多種之原子價。 原子價與原子構造、分子結構、週期表、電子之分布有關:


第一章 基本概念

1-9

氫為原子價之標準訂為一價。元素之價數視其與氫化合所需氫原子 數為其價數。例如: H 2 O ,O 為二價; NH 3 ,N 為三價。 氧為二價(正確說應為負二價)。 金屬為正價,非金屬為負價;氫為正一價,但與金屬化合時,氫為 負一價。 元素狀態之原子價為 0。如 H 2 、 O 2 、……等;離子之原子價即其 電荷,如 H + 、 Cu +2 、 Ag + 、……等。 化合物之總原子價為 0,即各組成原子之原子價代數和為 0。原子 團之總原子價即其電荷,故各組成原子之原子價代數和即其電荷數。 原子價必為整數。例如: NHO 3 中,N 為 5 價: H 2S 中,S 為 2 價; H 2SO 4 中,S 為 6 價; NO 2 中,N 為 4 價;KH 中,K 為 1 價、H 為 1 價。 九、當量 任何元素與 8 克氧或 1 克氫化合時,所需此元素之重量克數為其當量。 十、化學式 化學式為用元素符號來表示物質組成的式子,有下列數種: 實驗式: 表示一分子中,原子的種類及組成原子間最簡單整數比的化學式, 但並未把所有組成之原子列出。 實驗式之求法: :已知某化合物含 C 85.71% 及 H 14.29%,試問其實驗式 為何?

C% H% : 12 1 85.71 14.29    C:H  : 12 1  C:H 

   C:H  7.1425:14.29    C:H  1:2


1-10 化 學

   實驗式為 CH 2 已知一化合物含 C 40.0%、H 6.6% 及 O 53.4%,試問其 實驗式為何?  C:H:O 

40.0 6.6 53.4 : : 12 1 16

 C:H:O  3.33:6.6:3.33  C:H:O  1:2:1    實驗式為 CH2O 由於實驗式僅只表示分子中組成原子之最簡單整數比,故,如為

CH,則不能知道究竟是為 C2H2 或 C6H6。 分子式: 表示一物質中所有組成原子之種類及個數。如:醋酸為 C2H4O2、 草酸為 C2H2O4、……等。 分子式之求法: 分子量 n (n  1,2,3,……,必為整數 實驗式式量 :已知某化合物實驗式為 CH2O,又其分子量為 180,試問其 分子式為何?  n 

180 CH 2 O

 n 

180 30

 n  6    分子式(CH2O)6  C6H12O6 分子式可分成單質及化合物: 單質: 單原子分子:He、Ne、Ar、……等。 雙原子分子:F2、Cl2、O2、N2、……等。 多原子分子:S8、P4、O8、……等。 化合物:如 HCl、H2SO4、HNO3、……等。分子式雖已表示出所 有組成原子,但如遇同分異構物,則亦無從辨別。如同為 C2H6O


第一章 基本概念

1-11

,即無法知其為 C2H5OH 或 CH3OCH3,故須示性式。 示性式: 以特殊之官能基來指明此物究屬何物質?所謂官能基是指特殊之原子 團,為某一屬之化合物所共有,能表現此物群之特性。如: R - OH 醇、RCOOH 酸、……、ROR 醚等。 結構式: 把一物質中各原子組成之相關位置亦同時列出,而原子間之連接,則 以「鍵」表示。 :硫酸 H 2SO 4 結構式如下:

H

O

O S

H

O

O

   醋酸 CH 3 COOH 結構式如下:

十一、化學方程式 意義: 以元素符號表示各物之分子式,而列出反應物與生成物,習慣上左方 寫反應物,中間以「→」表反應方向,右方寫生成物。 各符號表示意義: 「→」除表反應方向外,且具「(等於)」之功用,其表示: 左方原子數右方原子數。 左方質量右方質量。 左方總能量右方總能量。 左方電荷右方電荷。 :H2  Cl2  2 HCl;2KClO3  2 KCl  3O2 「」表可逆反應。 方程式中之係數表各反應物及生成物之莫耳數,若是各物為氣體,


010fp361308