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2010/12/31

判斷化合物的化學式(下)

 

假設我們知道「實驗式CH5N」的化合物,莫耳量是31.06。我們怎麼判斷分子的化學式呢?


 化學原理啟迪25

1.          我們可以發現,在這個不知名的化合物中,各組成原子彼此最小的整數比,可用三種原子中,莫耳數最小的數值,來除每一個原子的莫耳數而獲得:

碳: 3.220/3.220 = 1

氫: 16.10/3.220 = 5

氮: 3.220/3.220 = 1

2.          這個化合物的化學式可寫成CH5N。這個化學式稱為「實驗式empirical formula」;它呈現了,一個化合物各種組成原子,彼此最簡單的整數比

3.          如果這個化合物是分子,那麼,它實際上的化學式可能是CH5N,也可能是C2H10N2,或C3H15N3,依此類推,也就是原子「最簡單整數比」的倍數;每一個以倍數增加的分子式,都不會改變「組成原子」彼此的比例關係

4.          分子如果以(CH5Nx來描述,x是整數,那個分子的「實驗式empirical formulaCH5N

5.          為了得到這個分子精確的化學式:分子式molecular formula,我們必須知道莫耳量molar mass

6.          假設我們知道「實驗式CH5N」的化合物,莫耳量是31.06。我們怎麼判斷分子的化學式呢?

7.          因為「分子化學式」一定是「實驗式」的整數倍,所以,我們首先必須知道CH5N實驗式的重量:

1C 1×12.011g = 12.011g

5H 5×1.008g = 5.040g

1N 1×14.007g = 14.007g

CH5N的質量  =  31.058g

8.          這個數值,跟這個化合物已知的莫耳重量一樣,所以,這個樣品物質是由化學式CH5N的分子組成的。

9.          通常,分子化學式跟實驗式是不一樣的,這個問題,接下來會繼續說明。(摘錄Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles)

徐弘毅:

1.          判斷化合物組成,最直接的方法就是測量樣品的「重量」。但是,籠統地把整個樣品裡的東西秤重,並沒有辦法推測出「組成成分」,必須想辦法「分解」這些化合物的組成元素,其中一個分解的方法就是讓化合物內的東西「燃燒」。

2.          燃燒,就是讓樣品跟「氧」起化學反應,如果樣品中有「碳」,就會產生「二氧化碳CO2」,如果有「氫」,就會產生「水H2O」等等,把產生的物質收集起來,一一測量每一種成分的重量,就可以推論出樣品中組成元素的重量。

3.          因為我們已經知道「水H2O」是由2個「氫」和1個「氧」組成,又能夠從元素符號表查到每種元素的「原子量」,所以,我們能夠從收集到的「水」的重量,計算出「氫H」的重量,而這些「氫H」都是從樣品而來的。用同樣的方法,就可以從「二氧化碳」計算出樣品中「碳」的質量。

4.          我們知道每種組成元素的「重量」,就能計算出每種元素的「重量百分比」,如果我們假定化合物的總重量是100g,就能很容易地依據它們的「重量百分比」,寫出100g樣品中,每種元素的個別「重量」。

5.          但是,光有元素的「重量」,而沒有每種元素的「莫耳數」(原子的顆粒數單位),仍然無法寫出化合物中每種原子的「比例關係」,那麼,如何求每種元素的「莫耳數」呢?

6.          我們可以從符號表查到每種元素的「原子量」,加上單位「公克g」,就成為元素每莫耳的「質量」;

7.          元素的重量÷元素的莫耳量=元素的莫耳數。依照這個公式,就可以計算出每種元素的「莫耳數」,互相比較就成為化合物的「實驗式」。

8.          如果光用儀器分析化合物、秤重,只能計算出「實驗式」;但是如果有更多的資訊,像是知道樣品化合物確實的「莫耳量」,那就可以透過比較「實驗式」的分子量,和化合物的「莫耳量」,求出化合物的「化學式」。



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