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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

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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）。

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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

合

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：

合

物

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

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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

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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

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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，