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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
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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。
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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
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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
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，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，