[莫斯利高中自然科學] 基礎化學(一) 第三章 化學反應
3-1 化學式與重量百分組成
化學式 1.以元素符號及原子個數來表示物質組成的式子，稱為化學式。 2.可傳達組成物質所含元素的種類、數目、原子間的聯結關係及化學特性。 分子式
實驗式(簡式)
原子的種類 重量百分組成 原子最簡單整數比
原子的種類 重量百分組成 原子真正的數目
結構式
原子的種類 重量百分組成 原子真正的數目 官能基 原子的結合方式
示性式
原子的種類 重量百分組成 原子真正的數目 官能基
平面投影，非立體 示性式是結構式的 式量：實驗式中各元素 分子式＝(實驗式)n 真實分子形狀是立 簡化。 原子量之總和。 分子量＝ 體的。 一般有機化合物以 式量×n（n 為整數） 示性式表示。 一定以實驗式表示者: 元素分子式: 化合物分子式:
名
稱
分子式
結構式
真實形狀
水 甲
烷
139
[莫斯利高中自然科學] 基礎化學(一) 第三章 化學反應
1.下列有關化學式的敘述，哪些正確？ (Ａ)結構式可以表示化合物中原子間的排列情形 (Ｂ)網狀固體因為沒有分子的單位，所以無法以結構式表示 (Ｃ)使用示性式的主要目的是補足分子式未能表示的官能基結構特性 (Ｄ)從分子式可以得知分子中組成原子的種類、數目與原子連結順序 (Ｅ)分子化合物的簡式（實驗式）可以從其元素分析數據及組成原子的原子量求得。 2.下列關於化學式的敘述，何者正確？ (Ａ)離子化合物通常以分子式表示 (Ｂ)實驗式可表明化合物的官能基 (Ｃ)分子式相同的化合物，其實驗式必定相同 (Ｄ)示性式相同的化合物，其分子式未必相同。 3.下列物質的化學式，何者為實驗式？
(A)鐵
(B)甲烷
(C)硫酸
(D)C60 (E)NH4Cl
4.各物質的化學式，何者為分子式？ (A) Na
(B) PbI2
(C) SiO2 (D) H2S (E)Al (F)C (G)C60 (H)C55H72MgN4O5 (I)MgCl2 (J)NH4Cl (K)P4 (L)C12H22O11 (M)HNO3 (N)He (O)KrF6 (P)(C6H10O5) n
5.以下哪些物質的化學式可以顯現該物質的特性？ (Ａ)丙酮（C3H6O） (Ｂ)乙二酸（H2C2O4） (Ｃ)丙醛（C2H5CHO） (Ｄ)甲酸乙酯（HCOOC2H5） (Ｅ)乙醚（C4H10O）
140
[莫斯利高中自然科學] 基礎化學(一) 第三章 化學反應
求實驗式的三種方法
☆求實驗式的題型：(1)由重量百分組成推導；(2)燃燒分析法；(3)含結晶水的離子化合物
題型一:由重量百分組成推導 實驗式： 1. 表示純物質組成的最簡單化學式，稱為實驗式；它僅能表明物質內所含原子種類與 不同原子間的最簡整數比，又稱簡式。而實驗式中各元素原子量的總和，稱為式量。 2. 相同實驗式的不同物質，具有相同重量百分組成的元素。 例如：乙酸（CH3COOH）與葡萄糖（C6H12O6），實驗式同為 CH2O。 12×2 ＝40％ 12×2＋1×4＋16×2 1×4 ＝6.7％ H％＝ 12×2＋1×4＋16×2 16×2 ＝53.3％ O％＝ 12×2＋1×4＋16×2
C％＝
結論: 實驗式相同時 1. 重量百分組成相同。 2. 等重時 有相同的原子數。 燃燒時，耗氧量、生成之 H2O 和 CO2 的量均相同。
3. 分子量的求法: (1)蒸氣密度法：適用於氣體或易揮發性之液體。
(2)亞佛加厥定律：同溫、同壓、同體積之不同氣體，其分子數皆相同。
141
[莫斯利高中自然科學] 基礎化學(一) 第三章 化學反應
1.下列關於等重的甲醛（HCHO）、乙酸（CH3COOH）和甲酸甲酯（HCOOCH3）之敘述， 何者正確？（原子量：H＝1，C＝12，O＝16） (Ａ)三者有相同的原子數 (Ｂ)分子數以乙酸最多 (Ｃ)分別與足量的氧氣充分燃燒，可生成等重的 CO2 (Ｄ)分別與足量的氧氣充分燃燒，消耗氧氣最少者為甲醛 (Ｅ)三者含碳的重量百分組成相等
2.下列關於 C2H4 和 C4H8 兩種化合物的敘述，何者正確？ (Ａ)兩者等重時所含的原子數相等 (Ｂ)兩者等重時所含的分子數相等 (Ｃ)兩者莫耳數不同時，其元素重量百分組成仍相等 (Ｄ)兩者的組成元素重量比可用以說明定比定律 (Ｅ)同溫、同壓下，兩者的蒸氣密度相等。
3.自然界的鐵礦有赤鐵礦(Fe2O3)、磁鐵礦(Fe3O4)和黃鐵礦(FeS2)。此三種鐵礦的含鐵百分 率，由高而低的順序何者正確？(原子量：S＝32、O＝16，Fe＝56)
4.食品中的蛋白質含量，可由測定其氮元素的含量來間接推算。臺灣在 97 年 9 月間發生 ， 的「毒奶」風波，係不肖廠商在奶粉中添加三聚氰胺（分子式：C3H6N6，分子量 126 g/mol） 以造成蛋白質含量較高的假象。假設正常奶粉中的蛋白質，其平均含氮量約 16.6％，則三 聚氰胺的含氮量約為正常奶粉中蛋白質平均含氮量的幾倍？ (A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 5 (E) 6
5.分析某醣類分子，得其中部分元素的百分組成為 C：40％、H：6.67％，又其分子量為 180。 試求：其分子式為何？ 分子式＝（實驗式）n
6.化合物 X 所含元素的百分組成為: C：40％、H：6.67％、O: 53.33％，又其在 STP 下 500ml 的 X 蒸氣重 1.34 克。其分子式為何？
142
[莫斯利高中自然科學] 基礎化學(一) 第三章 化學反應 題型二: 燃燒分析法 ★ 假設化合物含有碳、氫及氧三種元素。 1. 由燃燒(元素)分析法來求各元素的重量組成。
CO ＋ CuO ─→ CO2 ＋ Cu H2 ＋ CuO ─→
(1) 將已稱重之試樣(3~5mg)放入盤中。 (2) 通氧加熱，則化合物中的 C 轉成 CO2，H 轉成 H2O。
H2O ＋ Cu C ＋ CuO
─→
CO ＋ Cu
(3) CuO 可用來將燃燒未完全的 C、CO 及 H2 氧化成 CO2 和 H2O。 (4) 所生成的 H2O 會被乾燥管（內裝 Mg(ClO4)2 或無水 CaCl2）中的乾燥劑吸收； 而 CO2 會被含 NaOH 管所吸收。 (5) 稱量二管所增加的重量，即可得 H2O 和 CO2 的重量，進而求出試樣中 C、H 含量。 (6) 化合物中的氧量，則以「化合物總重－其他元素重」得氧重。 (7) 將各元素的重量組成或百分組成除以原子量，可得各元素的原子數比，即可得實驗式及式 量。 (8) 若可測得化合物的分子量，即可再求得分子式。 分子式＝（實驗式）n，而 n＝（
分子量 ）代入，即可得分子式。 式量
基本題型: 已知某有機純質含有碳、氫、氧三種元素，取其試樣 3.0 克混合空氣完全燃燒，燃燒後的產物，通 過高溫的 CuO 以將產物充分氧化，再依序通過甲（內盛無水過氯酸鎂） 、乙（內盛氫氧化鈉）兩支 U 形管。結果甲管重量增加 1.8 克，乙管重量增加 4.4 克。另取定量的此化合物使之完全氣化，在 （原子量：H＝1，C＝12，O＝ 同溫、同壓、同體積下，其質量為氧氣的 1.875 倍。回答下列問題： 16）(１)此有機物的重量百分組成。(２)此有機物的實驗式。(３)此有機物的分子式。
143
[莫斯利高中自然科學] 基礎化學(一) 第三章 化學反應
1.僅含碳、氫兩元素的某氣體化合物試樣，完全燃燒後得到水 0.27 克，並在 STP 時收集到 CO2 336 毫升，回答下列問題：（原子量：H＝1，C＝12，O＝16） (１)原試樣的重量多少？ (２)此碳氫化合物之實驗式為何？ (３)若原試樣在 STP 下體積為 112 毫升，則此物之分子式為何？
2.某氣態有機化合物僅含碳、氫、氧三種元素，取此化合物 4.50 克完全燃燒後，生成 6.60 克 CO2 及 2.70 克 H2O。又同溫、同壓下，測得此化合物的體積是等重量氧氣的 0.5 倍。（原 子量：H＝1，C＝12，O＝16） (１)此化合物的分子式為下列何者？ (Ａ) C2H6O2 (Ｂ) C2H4O2 (Ｃ) CH3O (Ｄ) CH2O。 (２)此化合物的分子量為多少？ (Ａ) 32 (Ｂ) 60 (Ｃ) 62 (Ｄ) 64。 測量氣體體積時的誤差率通常遠大於測量氣體質量時的誤差率，故實驗 的分子量應由「式量 × 正整數」來求出較為準確！
144
[莫斯利高中自然科學] 基礎化學(一) 第三章 化學反應 題型三: 含結晶水的離子化合物 指考命題範圍
1.將 2.5 g 之硫酸銅晶體（CuSO4．5H2O）加熱至某溫度時，失去一部分結晶水，變成 1.78 g 之粉末，此粉末之化學式為下列之哪一種？（原子量：Cu＝64、S＝32） (Ａ) CuSO4 (Ｂ) CuSO4．H2O (Ｃ) CuSO4．2H2O (Ｄ) CuSO4．3H2O
2.帶有結晶水的某化合物1.26克，經加熱除去所有結晶水後，其重量為0.90克。如無水物的 分子量為90，則在一莫耳的該化合物中，結晶水的莫耳數應該為多少？ (A)1 (B)2 (C)3 (D)4
3.取 CuSO4．5H2O 晶體 100 mg，置於石英容器內加熱，使其溫度緩緩升高，以觀察其重量 變化的情形。其測定結果如下圖所示，下列敘述何者正確？ （分子量：H2O＝18，CuO＝80，Cu2O＝144，CuSO4＝160） (Ａ) C ～ D 間存在的物質是 CuSO4．4H2O (Ｂ) B ～ C 間的反應為 CuSO4．5H2O → CuSO4．H2O＋4H2O (Ｃ) E ～ F 間存在的物質是 CuSO4 (Ｄ) G ～ H 間存在的物質為黑色的 Cu2O (Ｅ) F ～ G 間的反應為 CuSO4 → CuO＋SO3。
145
[莫斯利高中自然科學] 基礎化學(一) 第三章 化學反應
範圍: 實驗式 一、單選題 _______1.某化合物 XH4 含 X 重 87.5 %，則 1 個 X 原子的質量為(A)14 g(B)28 amu(C)35 amu(D)42 amu。 _______2.有關鐵之化合物，下列何者含鐵之百分組成最高？ 三鐵
(A)氧化鐵(III)
(B)氧化鐵(II)
(C)四氧化
(D)FeCO3。
_______3.含碳 40.9%、氫 4.58%，其餘為氧之有機物，其實驗式為何者？ (C)C2H3O2
(A)CH2O (B)CH3O
(D)C3H4O3。
_______4.某金屬之原子量為 w，若取該三價金屬之氧化物 x 克，將其完全還原後，可得 y 克金屬。試問 該金屬的原子量 w 可以用下列的哪一式子表示？
x y 24 y
(E)
(A)
8y x y
(B)
16( x y ) y
(C)
24 y x y
(D)
x y 。 16 x
_______5.下列哪一個化學式是實驗式？
(A)C6H12O6
(B)NaCl
(C)C60
(D)CH3COOH。
_______6.帶有結晶水的某化合物 1.26 克經加熱除去所有的結晶水後，其重量為 0.90 克，如無水物的分 子量為 90，則在 1 莫耳的該化合物中，結晶水的莫耳數應為多少？
(A)1
(B)2
(C)3
(D)4
(E)5。 _______7.氧的元素符號是 O，水的分子式是 H2O。下列哪一個是雙氧水（ 過氧化氫）的分子式？ O2 - H2O (B) H2O3
(C) HO2
(D) H2O2
(A)
(E) H3O2。
二、多選題 _______1.下列化合物，何者與甲醛(HCHO)具有相同的簡式？ (C)草酸(H2C2O4)
(D)丙酮((CH3)2CO)
(A)乙醇(C2H5OH)
(B)乙酸(CH3COOH)
(E)葡萄糖(C6H12O6)。
_______2.下列何種物質之化學式必須以實驗式來表示？
(A)銅 Cu
(B)金剛石 C (C)石英 SiO2
(D)蔗
糖 C12H22O11 (E)氧化鎂 MgO。
三、題組 1.某赤鐵礦含鐵 36%，該赤鐵礦含 Fe 2O3 的百分比為何？（即百分之多少？）(Fe＝56，O＝16)
2.碳酸氫鈉(NaHCO3)俗稱小蘇打或焙用鹼，可用於中和過量的胃酸及製作發粉等，工業用途很廣。(Na = 23.0， H = 1.0，C = 12.0，O = 16.0) (1)試計算碳酸氫鈉中鈉、氫、碳及氧的組成百分比。 (2)求出 168 g 的碳酸氫鈉中含鈉若干克？ 一、單選題 1.B
2.B 3.D
二、多選題 1.BE 三、題組 1.51.43%
4.C 5.B 6.B
7.D
2.ABCE 2.(1)Na = 27.4%，H = 12%，O = 57.1%;(2)46.0 g
146
[莫斯利高中自然科學] 基礎化學(一) 第三章 化學反應
一、單選題 _______1.某金屬之原子量為 a，若取該金屬 y 克，將其與氧完全反應後，得 x 克金屬氧化物，經檢驗後 知該金屬在氧化過程中形成＋3 價的離子。試問該金屬的原子量 a 可以用下列的哪一式子表示？ (A)
24 y x－y
(B)
x－y 24y
(C)
16( x－y ) y
8y 。 x－y
(D)
_______2.某種化合物之百分組成為鈉 18.54%，硫 25.82%，氧 19.35%及水 36.29%。其化學式應為何？(Na ＝23，S＝32，H＝1.00，O＝16.0)
(A)Na2SO4‧7H2O (B)Na2SO4‧10H2O (C)Na2S2O3‧2H2O
(D)Na2S2O3‧5H2O。 _______3.自然界的鐵礦有赤鐵礦(Fe2O3)、磁鐵礦(Fe3O4)和黃鐵礦(FeS2)。此三種鐵礦的含鐵百分率，由 高而低的順序何者正確？(S＝32，O＝16，Fe＝56) ＞FeS2
(C)FeS2＞Fe2O3＞Fe3O4
(A)Fe2O3＞Fe3O4＞FeS2
(B)Fe3O4＞Fe2O3
(D)Fe3O4＞FeS2＞Fe2O3。
_______4.某有機化合物的化學式為 CnH2nO，分析得知其所含碳的重量百分率為 40.0%，則化學式中的 n 值為若干？
(A)1
(B)2
(C)3
(D)4。
_______5.某赤鐵礦含鐵 28%，該赤鐵礦含 Fe2O3 的百分比為何？(Fe＝56，O＝16) (A)40 (D)80
(B)60
(C)70
%。
_______6.下圖是分析碳氫化合物組成的裝置。將試樣於純氧氣中燃燒後，產生水蒸氣及二氧化碳，使之 通過甲、乙二管。下列關於甲管的敘述，何者正確？ 氣
(B)甲管裝氫氧化鈉以吸收產生的二氧化碳
(A)甲管裝氫氧化鈉以吸收產生的水蒸
(C)甲管裝過氯酸鎂以吸收產生的水蒸氣
(D)甲管裝過氯酸鎂以吸收產生的二氧化碳。
_______7.若血紅素的分子量為 68000，其含鐵百分率為 0.33%，試問一分子的血紅素中含有多少個鐵原 子？(Fe＝56)
(A)2
(B)3
(C)4
(D)5
(E)6。
_______8.取 16.02 克的 PbCO3 置於真空中加熱，產生一種鉛的氧化物重為 13.70 克。則此氧化物的化學 式為何？(Pb＝207)
(A)PbO (B)PbO2
(C)Pb2O3
(D)Pb3O4。
＋
_______9.已知某金屬離子 Mn 的硝酸鹽式量為 X，該金屬的醋酸鹽式量為 Y，則該金屬的價數 n＝？(N ＝14)
(A)
X－Y 62
(B)
X－Y 59
(C)
X－Y 121
(D)
X －Y 。 3
_______10.若取某四價金屬之氧化物 x 克，將其完全還原後，可得 STP 下之氧氣 y 升及該金屬若干克。 試問該金屬原子量可用下列的哪一式子表示？（氣體在 STP 下之莫耳體積為 22.4L/mol） (A)
22.4 x 32 y y
(B)
22.4 x 16 y y
(C)
x 32 y
(D)
11.2 x 16 y 。 y
_______11.取 3.2 克的 TiO2 於氫氣中受熱，失去部分的氧，質量減少 0.32 克，形成另一種氧化物，則此 氧化物之化學式為何？(Ti＝48)
(A)Ti2O (B)TiO
(C)Ti2O3
(D)Ti3O4。
147
[莫斯利高中自然科學] 基礎化學(一) 第三章 化學反應 _______12.已知某金屬之二種氯化物，分別含此金屬 44.1%及 34.46%，則此金屬之原子量為多少？(Cl＝ 35.5)
(A)56 (B)96.4
(C)185
(D)240。 ＋
_______13.某金屬 a 克，完全溶解於鹽酸時，產生 b 莫耳的氫氣及 M3 離子。下列何者為此金屬之原子 量？
(A)
3a 2b
(B)
2b ab
(C)
3b ab
(D)
2a 3b
(E)
ab 。 2b
_______14.氣體甲在空氣中燃燒，其燃燒產物進行測試如附圖所示。在試管 A 內產生 的液體可使白色硫酸銅粉末變藍色，且有白色沉澱物在試管 B 內形成。請 問甲是：
(A)氨
(B)一氧化碳
(C)氫
(D)甲烷。
_______15.食品中的蛋白質含量，可由測定其氮元素的含量來間接推算。臺灣在 97 年 9 月間發生的「毒 奶」風波，係不肖廠商在奶粉中添加三聚氰胺（分子式 C3H6N6 、分子量 126 克／莫耳）， 以造成蛋白質含量較高的假象所導致。假設正常奶粉中的蛋白質，其平均含氮量約 16.6%，則 三聚氰胺的含氮量約為正常奶粉中蛋白質平均含氮量的幾倍？
(A)2
(B)3
(C)4
(D)5
(E)6。
二、多選題 _______1.下列物質的化學式，何者為實驗式？
(A)鐵
(B)甲烷
(C)硫酸
(D)C60
(E)NH4Cl。
三、題組 1.某同學欲以實驗測定某二價金屬的原子量，他以坩堝稱取一定量的金屬，強熱使其完全氧化，冷卻後再稱 其重，扣除坩堝重後，可得該金屬氧化物的質量。王同學重複做了十多次實驗，就所得的實驗數據，選取 了較有把握的數次實驗，其數據如下表。
金屬粉末的質量(g)
1.00
3.00
6.01
7.05
8.00
9.00
金屬氧化物的質量(g)
1.66
5.01
9.03
11.75
13.35
X
根據上表的實驗數據，回答下列問題。 (1)試在答案卷的方格紙上，以金屬粉末的質量為橫軸、金屬氧化物中氧的質量為縱軸作圖。 請根據所給的金屬的原子量表，求出該金屬的原子量（須列出重要計算式，作圖及原子量）。 (2)寫出該金屬氧化物的化學式。 (3)試求出上表中的 X 值？
2.王同學欲以實驗測定金屬的原子量，請李老師指導。李老師給王同學一瓶未貼標籤的常見金屬粉末，建議 王同學以氧化法，測定該金屬的原子量。王同學做實驗，每次以坩堝稱取一定量的金屬，強熱使其完全氧 化，冷卻後再稱其重，扣除坩堝重後，可得該金屬氧化物的質量。王同學重複做了十多次實驗，就所得的 實驗數據與李老師討論後，選取了較有把握的六次實驗，其數據如下表：
金屬粉末的質量 (g)
0.10
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
金屬氧化物的質量 (g)
0.17
0.91
1.13
1.29
1.50
1.64
148
[莫斯利高中自然科學] 基礎化學(一) 第三章 化學反應 根據上表的實驗數據，回答下列問題： (1)試在方格紙上以金屬粉末的質量為橫軸（即 x 軸）作圖，求出該金屬的大約原子量。（須作圖求出其原 子量） (2)寫出該金屬氧化物的化學式。
一、單選題 1.A 2.D
3.B
4.A 5.A 6.C
7.C 8.D
9.D
10.A 11.C 12.A 13.A 14.D
15.C
二、多選題 1.ABCE 三、題組 1.(1)
24.0;(2)MgO;(3)15.00
2.(1)
金屬原子量＝27
;(2)M2O3 或 Al2O3
149