1-2 原子與分子

1-2.1 化學上的重要定律與原子說1-2.2 分子的概念

原子說

分子說

德莫克列特士

物質均由不可分割的基本粒子所組成

此粒子命名為原子

原子說道耳頓

分子說亞佛加厥

學習目標：

1.了解質量守恆定律、定比定律、倍比定律及原子說的內容。

2.了解氣體化合體積定律、亞佛加厥定律及分子的概念。

1-2 原子與分子

1-2.1 化學上的重要定律與原子說

原子說

質量守恆定律

定比定律

拉瓦節

普魯斯特

道耳頓

倍比定律

拉 瓦 節 質量守恆定律

反應前各物質的總質量恆等於反應後各物質之總質量

質量守恆定律 (1771) －拉瓦節

探討燃燒的本質

定比定律 (1799) －普魯斯特化合物中所含各元素的質量都有一定的比值的概念

(1) 燃燒氫 0.25g 得 H2O 2.25g

(2) 以定量之氫還原 1.592g 之氧化銅得銅 1.272g 及 H2O 0.36g

依此證明定比定律

兩個不同來源的 H2O ，其 H 與 O 的比值皆為 1 ：8 ，證明定比定律

(1) 2.25g 之 H2O 中， H 之質量為0.25g ， O 之質量為 2.00g ，故 H2O 中 H ： O ＝ 0.25 ： 2.00 ＝ 1 ： 8

(2)O 之質量＝ 1.592 － 1.272 ＝ 0.32(g)

H 之質量＝ 0.36 － 0.32 ＝ 0.04(g)

故 H2O 中 H ： O ＝ 0.04 ： 0.32 ＝ 1 ：

8

倍比定律 (1803) －道耳頓元素重

化合物碳重 氧重

CO 3 4

CO2 3 8

倍比定律 (1803) －道耳頓

2 1 CO2

1 1CO

氧重比 碳重比 元素重

化合物

道耳頓－原子說 (1803)1.一切物質都是由原子所組成，原子是不可再分割的最基本粒子。

2.相同元素的原子均具有相同的質量與性質，不同元素的原子之質量和性質則不同。

3.不同元素的原子可以簡單整數比結合成化合物。

4.化學反應是原子重新排列，在化學反應中原子的種類與數目並未改變。

原子說 質量守恆定律

4.化學反應是原子重新排列，在化學反應中原子的種類與數目並未改變。

2.相同元素的原子均具有相同的質量與性質，不同元素的原子之質量和性質則不同。

+

⇒ 反應前後質量守恆

原子說 定比定律

★一種化合物中各原子的數量比固定。

2.相同元素的原子均具有相同的質量與性質，不同元素的原子之質量和性質則不同。

+

⇒ 化合物中各元素質量有一定比值

原子說 倍比定律★兩種化合物具有相同組成原子 ( 假設為 A 、 B) ，若固定 A 原子質量 ( 亦即原子數相等 ) ，則 B

原子之數量比即等於其質量比，且為簡單整數比。圖解： 2.相同元素的原子均

具有相同的質量與性質，不同元素的原子之質量和性質則不同。

範例 1-2

在汽車的內燃機引擎中，氮與氧能形成數種氮氧化合物，其中二氧化氮 (NO2) 為一種具刺激性臭味的紅棕色有毒氣體，可引發光化學煙霧，是造成空氣汙染的成分之一。已知每 0.655 克氮可與 1.50 克氧反應生成二氧化氮；另一種無色的氮氧化物， 4.12 克中含有 1.50 克氧。由此等數據說明倍比定律，並求該無色氮氧化物之化學式。

解答：1. 氧質量固定 (1.50 克 ) ，氮原子質量比為 0.655 ： (4.12 － 1.50) ＝ 1 ： 4

為簡單整數比。

2. 因另一氮氧化物中氮元素質量為 NO2 之 4 倍，故知該化合物中，與每兩個氧原子結合之氮原子數目為 4 ， N 、 O 比例為 4 ： 2 ，化學式為 N2O 。

練習題 1-2下列各組物質，何者可說明倍比定律？ ( 多選 )

(A) 二氧化硫 (SO2) 與三氧化硫 (SO3)

(B) 氧氣 (O2) 與臭氧 (O3)

(C) 氯 -35(35Cl) 與氯 -37(37Cl)

(D) 十氧化四磷 (P4O10) 與六氧化四磷 (P4O6)

(E) 水 (H2O) 與過氧化氫 (H2O2)

閱讀焦點：觀測物質表面的原子

1-2.2 分子的概念

原子說

倍比定律質量守恆定律

定比定律

氣體化合體積定律 分子說

氣體化合體積定律 (1808)－給呂薩克

在同溫、同壓下，反應物系中，氣體反應物與產物之體積間恆為簡單的整數比。

體積比⇒氫：氯：氯化氫＝ 1 ： 1 ：2

氫氣 氯氣

氯化氫

原子說

亞佛加厥假說 (1811)

在同溫、同壓下，同體積的氣體含有相同數目的「分子」。

體積比⇒氫：氯：氯化氫＝ 1 ： 1 ：2

氫氣 氯氣

氯化氫

)()(2

)(2 HCl2 Cl H

氯化氫分子氯分子氫分子

分子說

亞 佛 加 厥 定 律

範例 1-3

一氧化氮 (NO) 是不穩定的氣體，容易發生反應。同溫、同壓下，已知 30 毫升的 NO 完全反應後，會產生 10 毫升的 NO2

及 10 毫升的甲氣體，求甲氣體的化學式為何？

N2O

1.設甲氣體化學式為 NxOy

2.根據亞佛加厥定律，同溫、同壓下氣體的體積比等於其分子數比。

3.分子數比 NO ： NO2 ： NxOy ＝ 3 ： 1 ： 1

4.即 3NO → NO2 + NxOy

5.因反應前後原子個數相等，故 x ＝ 2 ， y ＝

1

6.所以甲的化學式為

解答：

練習題 1-3同溫、同壓下， 10 毫升甲烷 (CH4) 中含有 x 個原子，則多少毫升的氮氣亦含有 x 個原子？ (A) 5 (B) 10 (C) 25 (D) 50解答： 同溫、同壓下，體積比＝分子數比

2

x

5

xV 10 ：：

V=25

學習成果評量1. 由 X 和 Y 製成三種固體：第一種：含 X 4.31g ， Y 7.60g

第二種：含 X 35.9% ， Y 64.1%

第三種： X 0.718g 和 Y 反應生成 2.00g 的固體 依此證明定比定律

第一種固體 X ： Y ＝ 4.31 ： 7.60 ＝ 1 ：1.76

第二種固體 X ： Y ＝ 35.9 ： 64.1 ＝ 1 ：1.79

第三種固體 X ： Y ＝ 0.718 ： 1.282 ＝ 1 ：1.79

三個不同來源的固體中，其 X 與 Y 的比值近似，證明定比定律

2. 含有碳、氫 兩元素的兩種化合物， 26 克化合物 I 中含有氫元素 2 克， 15 克化合物 II 中含有氫元素 3 克，若化合物 I 為 C2H2 ，試問化合物 II 之化學式為何者？ (A) C2H4 (B) C2H6 (C) C3H8 (D) C4H103. 含有甲、乙 兩元素的兩種化合物， 20 克化合物 I 中含有甲元素 5 克， 30 克化合物 II 中含有乙元素 10 克，若化合物 I 為甲乙 2 ，試問化合物 II 之化學式為何者？ (A) 甲乙　 (B) 甲 2 乙　 (C) 甲乙 3 (D) 甲 2 乙 5

4. 已知兩化合物僅含氮和氟，23.67g 之化合物Ⅰ中含 19.00g 之 F 。26.00g 之化合物Ⅱ中含 19.00g 之 F ，則：(1) 兩化合物中各若干克的氮與 19.00g 的 F 化合？

(2) 化合物Ⅱ與Ⅰ所含氮量比為？(3) 若化合物Ⅰ為 NF3 ，則化合物Ⅱ之化學式為 N2F2 或 N2F4 ？(1) Ⅰ： 4.67 克， Ⅱ： 7.00 克

(2) Ⅰ：Ⅱ＝ 4.67 ： 7.00 ＝ 2 ： 3

(3) N2F4