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2009/12/30

判斷化合物的化學式(上)

 

化學式的判斷方法是透過測量樣品的重量,可能透過分解它的組成元素(原子),也可能透過與起反應,產生像「二氧化碳CO2」、「水H2O」、「氮氣N2」之類的物質,收集它們,然後一一測量每一個成分的重量。


化學原理啟迪25

1.           當我們製造出一個新的化合物,第一件引起人興趣的事情就是它的化學式

2.           化學式的判斷方法是透過測量樣品的重量,可能透過分解它的組成元素(原子),也可能透過與起反應,產生像「二氧化碳CO2」、「水H2O」、「氮氣N2」之類的物質,收集它們,然後一一測量每一個成分的重量。

3.           概略地說明分析化合物成分的儀器如下:在第1段火爐空間中,灌入過多的「氣」使樣品燃燒,於是樣品內的「碳」轉換成「二氧化碳」,所有的「氫」轉換成「水」;

4.           產生的「二氧化碳」和「水」透過恰當的物質吸收,儲存在第2段和第3段空間,透過測量吸收「二氧化碳」和「水」的物質的重量增加多少,可以得知樣品「碳」與「氫」的重量。

5.           這個分析方式能提供化合物中每一種元素的質量,這個資訊可用來判斷每種元素在化合物中的重量百分比(質量百分比)

6.           假設有一個物質,是由碳、氫、氮組合而成;這個物質重0.1156g,和「氧」起反應產生0.1638g的「二氧化碳」,和0.1676g的「水」。

7.           假設這個化合物所有的「碳」都轉換成「二氧化碳」,我們就可以判斷在0.1156g樣品中所含的「碳」的重量。為了知道樣品中的含「碳」量,我們必須弄清楚「二氧化碳」中的碳含量。

8.           二氧化碳CO2莫耳重量molar mass是,碳12.011g/mol 2(15.999)g/mol44.009 g/mol

9.           二氧化碳中的「碳」的重量百分比,就是12.011g/mol÷44.009g/mol二氧化碳 ;那麼,我們就可求出在0.1638g的二氧化碳中,「碳」的重量是多少?

0.1638g二氧化碳 × 12.011g / 44.009g二氧化碳) = 0.04470g

10.       0.04470g「碳」是從不知名的樣品0.1156g而來的。因此這個化合物中,「碳」的重量百分比是:

0.04470g 「碳」/0.1156g「樣品化合物」)× 100 38.67

11.       用同樣的步驟,可以求出「氫」的重量百分比。我們假設0.1156g的樣品化合物,都轉換成「水」。水的莫耳量18.015公克,並且,在水分子中,「氫」的比例是2.016g/18.015g水。因此,在0.1676g的水中,「氫」的質量是:

0.1676g × 2.016gH/18.015g水)=0.001876g

12.       在樣品化合物中,「氫」的重量百分比是:

0.01876g / 0.1156g樣品化合物 × 100 16.23

13.       不知名的化合物的組成成分只有「碳」、「氫」和「氮」。到目前為止,我們已經確定「碳」的比重是38.67%,「氫」的比重是16.23%。剩下元素就是「氮」:

100.00 38.67%碳+16.23%氫)=45.10%氮

14.       我們已經確定了,這個化合物有38.67%碳、16.23%氫、45.10%氮。接著,我們要用這些數據來求得化學式。

15.       因為一個化合物的化學式,指的是在這個化合物中,每種組成原子的數量,所以我們必須把這些元素的質量,轉換成原子數量;

16.       要達到這個目的,最簡單的辦法就是把未知的化合物設定為100.00g;因此,碳的比重38.67%,就是每100.00g的化合物,有38.67g克的碳;如此類推。

17.       為了判斷不知名化合物的化學式,我們要計算38.67g「碳」的碳原子數量16.23g「氫」的氫原子數量45.10g「氮」的氮原子數量

38.67g × 1mol/12.011g= 3.220mol

16.23g × 1mol/1.008g= 16.10 mol

45.10g × 1mol/14.007g= 3.220 mol

18.       100.00g不知名的化合物中,有3.220莫耳的碳原子,16.10莫耳的氫原子,和3.220莫耳的氮原子。 (摘錄Steven S. Zumdahl 的《化學原理Chemical Principles)



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