倍比定律

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基礎化學(一)
黃淑芬
老師
質量守恆定律
• 物質發生化學變化時,反應前後的總質量相等。
密閉系統
開放系統
反應前
反應後
反應前
反應後
空氣
空氣
Hg
HgO
Hg
Hg
HgO
Hg
2Hg(s) + O2(g) → 2HgO (s)
基本化學定律
定律
年代
提出者
內容
(1)一切物質由最小粒子所組成,這種
粒子叫做【原子 】,原子不能再分割。
(2)相同元 素的原 子 , 質量 與 大小都
【 相同 】,反之亦然。
原
(3)不同元素的原子,能以簡單整數比
子 1803 道耳頓
結合形成【 化合物】。
說
(4) 化 學 反 應 只 是 物 質 中 的 原 子
【重新排列組合】,反應前後各原子
的【個數】、【 種類】、【質量】並
沒有改變。
原子的早期概念

希臘哲學家德謨克利特-不可再分割的粒子
註:僅哲學思維,但事實上並無驗證
原子說-需要修正之處




原子可再分割成更小的粒子,如【電子】、【質子】、
【中子】等。
因元素有【同位素】的存在,故同一種元素的原子
(16O、17O)質量可以不相同;反之,相同質量的原
子(14C、14N),也可以是不同元素的原子。因【同
素異形體】的存在,故同一種原子所組成的物質,性
質亦可不同,例如由碳原子所組成的金剛石、石墨。
因結晶【缺陷】,使得化合物中原子間的結合不成簡
單的整數比。
因人工【核】反應及放射性蛻變現象之產生,證明原
子種類可在核反應中發生改變;但在化學反應中,原
子的種類與數目仍不變。
基本化學定律
定律 年代
提出者
內容
兩元素可以形成兩種以上化合物時,
若一種元素質量相等時,則另外一
倍比
1803
道耳頓
3. 定律
種元素的質量必定成
【 簡單整數 】比。
氣體
定溫定壓下,氣體互相反應時,其
化合
4. 體積 1809 給呂薩克
【體積 】變化量成簡單整數比。
定律
亞佛
同溫同壓下,同體積的任何氣體含
5. 加厥 1811 亞佛加厥
有相同的【 分子數 】。
定律
原子說-道耳頓
1. 同種元素的原子,其質量和性質都相同;
不同元素的原子,其質量和性質都不相同。
(定比定律)
2. 化合物是由不同種類的原子以一定的比例
組成的。(倍比定律)
John
Dalton
1766-1844
3. 當物質發生化學反應,原子會重新排列,
組成另一種物質。原子的質量不變,而且
原子不消失,也不產生新原子。(質量守
恆定律)
解釋質量守恆定律、定比定律及倍比定律
定比定律

定比定律:化合物中各組成元素間的質量恆成
固定的比例。
銅錢上的銅鏽和孔雀石都含有碳酸銅
電解水
2H2 + O2 → 2H2O
體積比
2
質量比
2x2 : 1x32 = 1 : 8
H2O
H重
O重
= 1x2
:
= 1
:
1x16
8
: 1
【型二】定比定律

1. 請按定比定律,完成下圖表:(原子量:Si=28)

化學式:a:

質量:x=
,b:
,y=
,c:
,z=_________
,d:________
【型二】定比定律
知化學式者,由原子量求出定比定律
 知質量關係者,除以原子量可得個數關係

NH3中,質量比N:H= 14:3
∴ X:1 = 14:3  X = 14/3
CO2中,質量比C:O= 3:8
∴ Y:8 = 3:8  Y = 3
SiC中,質量比Si:C= 28:12
∴ Z:Y = 28:12  Z = 7
【型二】定比定律
知化學式者,由原子量求出定比定律
 知質量關係者,除以原子量可得個數關係

( A)中,質量比H:O= 1:8
∴ 個數比H:O = 1/1:8/16 = 2:1
 H2O
(B)中,質量比N:O= X:8=14/3:8=7:12
∴ 個數比N:O = 7/14:12/16=2:3
 N2O3
(C)中,質量比C:H= Y:1 =3:1
∴個數比 C:H = 3/12:1/1=1:4
 CH4
倍比定律

兩元素生成兩種或兩種以上化合物時,若
一種元素的質量固定,另一元素的質量比
恆為簡單整數比
例如
1. NO 、NO2 、 N2O5 ,N的重量固定,
則三化合物氧的質量比=2:4:5
2. CO 、 CO2 ,C重量固定,
則兩化合物氧的質量比=1:2
水(H2O)與過氧化氫(H2O2)
倍比定律:若氫的質量固定,水與過氧化氫
中氧原子的個數比及質量比恆為1:2

某化合物X之化學式為A2B3,且9.0克之A2B3中含有3克的
B元素。另一僅含AB兩種元素之化合物兩種元素之化合物Y
中,B之重量百分率為25%,則Y之最簡單化學式可表示為?
令Y的化學式為AmBn
A
B
A
B
A2B3 9-3=6克 3克
A2B3
2:
1
AmBn
AmBn 3 :
1
75%
25%
B重量相同時, A的重量比為
2:m = 2:3 ⇒ m = 3,
Y的化學式為A3B3 ⇒ 化簡為AB
AmB3
【型三】倍比定律
BF
1. 下列各組物質之組成關係,哪些可以倍
比定律說明? (A) O2、O3 (B) C2H6、
C2H2 (C) U、U (D) CH3OCH3、
CH3CH2OH (E) NH3、NCl3 (F) CH4、
C2H4、C2H2 (G) NaCl、MgCl2、
AlCl3 (H) Cl2、P4、S8
【型三】倍比定律
2. A、B兩種元素化合成AB4、A2B4、A3B4三種
化合物,今將三種化合物中A的質量固定,則
B的質量依序所成的簡單整數比為何? A、B
兩種元素化合成AB4、A2B4、A3B4三種化合
物,今將三種化合物中A的質量固定,則B的
質量依序所成的簡單整數比為何?
固定三化合物中A的原子數為 [1,2,3]=
6,得三化合物依序為A6B24、A6B12、A6B8,
故B的質量比=B的原子數比=24:12:8
=6:3:2
【型三】倍比定律
3. 甲、乙兩化合物均由X、Y兩元素組成,其重
量百分組成甲為20% X和80% Y,乙為25%
X和75% Y,已知乙的化學式為XY2,則甲的
化學簡式為何?
X固定, 甲Y:乙Y=4:3=甲Y:2
甲Y=8/3  甲:XY8/3=X3Y8
科學家小傳-道耳頓
( John Dalton,1766-1844)

道耳頓是苦學成名的化學家及物
理學家,出生於英國

最初致力於研究氣象學,發表科
學報告「氣象測驗和評論」

由於對氣象的興趣,使他對氣體
和水的性質有獨到的見解

1801年,提出著名的「道耳頓分
壓定律」:總壓為各個氣體分壓和。

1808年,提出「原子說」
例1-3
已知有兩個化合物均為碳元素與氧元素結合而成,
化合物甲中每1克碳會與2.66克氧結合,
化合物乙中每1克碳會與1.33克氧結合,
試依道耳頓的原子說解釋其中的意義?
符合倍比定律
化合
質量比
物甲
O
C
C
1
化合
質量比
物乙
O
O
1
C
 2 . 66
 1 . 33
原子數比
O
原子數比 C


2
1
練習2

已知1克氫氣完全燃燒時,需要8克的氧氣助燃,
可得到9克的水。根據定比定律,若2克氫氣完
全燃燒,需要多少克氧氣助燃?可得到多少克
的水?
1:8:9=2:x:y
x=16, y=18
所以需要氧氣16克,得到水18公克
練習3

下列何組物質可用來說明道耳頓的倍比定
律?(A) O2、O3 (B) 12C、13C (C) N2O、
NO (D) CO、NO
1.同素異形體 O2、O3
2.同位素 12C、13C
3.倍比定律 N2O、NO
4. CO、NO 同為氧化物
氣體化合體積定律

實驗結果:同溫同壓下,20 mL氫氣和
20 mL氯氣反應後生成40 mL氯化氫氣體。
原子
被分割了
道耳頓原子說無法圓滿解釋氣體化合體積定律。
因為道耳頓沒有【分子】概念。
分子
水
H2O
由兩個或多個原子組成
氧氣O2
C60
氮氣N2
回
目
次
葡萄糖C6H12O6
分子說
內容:
 分子由同種或異種原子構成,且氫氣、
氯氣、氧氣均為【雙】原子分子。決定
氣體化學性質之最小粒子為【分子】,
分子是由原子所構成。
 同溫同壓下,同體積氣體含同數目分子,
此稱為亞佛加厥假說, 後經實驗證明,
現稱為亞佛加厥定律。
分子說

※ 亞佛加厥定律可以圓滿解釋氣體化合
體積定律。
分子種類
單原子
分子
惰性氣體He, Ne, Ar
雙原子
分子
氫氣H2, 氮氣N2,氧氣O2,鹵素X2
多原子
分子
臭氧O3, 水H2O,二氧化碳CO2
應用
求出【分子量】同溫同壓下:
體積比 = 分子數比 = 莫耳數比;
密度比 = 分子量比
 同溫同壓同體積之氣體:
質量比 = 分子量比
 各種氣體1莫耳(6.02×1023個分子)所佔
有的體積稱為【莫耳體積】。
0℃、1atm (STP)下,各種氣體體積均
為【 22.4 】升。

原子量與分子量
1.原子量
2.分子量
3.莫耳
原子量
各原子的質量相互比較所得的數值,來表示原子的質量
原子量 
某元素的原子質量
12
 12
[ 式 1 - 1]
C
◆原子量
每種元素的原子質量,
與碳-12原子質量的
1/12做比較所得的比
值。
原子序與
元素符號
元素
詳盡標示
X:元素符號
A-Z:中子數
質子數
(原子序)
中子數
電子數
質量數
H
1
0
1
1
4
2
He
2
2
2
4
7
3
Li
3
4
3
7
9
4
Be
4
5
4
9
5
6
5
11
1
1
11
5
B
同位素(Isotope)
定義:原子序(質子數)相同而質量數不同的原子
元素
氫
碳
同位素
1H
(H)
2H (D)
3H (T)
12C
13C
14C
名稱
氕
氘
氚
碳-12
碳-13
碳-14
質子數
1
1
1
6
6
6
中子數
0
1
2
6
7
8
質量數
1
2
3
12
13
14
平均原子量
平均原子量=A1×a% + A2×b% + A3×c% +…
– A1、A2 、A3為各同位素的原子量
– a%、b%、c%為各同位素在自然界中含量百分率
例1-4
已知C-12的原子量為12,C-13的原子量為13.0034,而且在
自然界中C-12的含量占98.93%,C-13含量占1.07%。碳的
平均原子量為若干?
碳的平均原子量
=C-12原子量× C-12含量%+ C-13原子量× C-13含量%
=12 ×98.93%+13.0034 ×1.07%
=11.87+0.139 ≒ 12.01
分子量(molecular weight)

分子中所有原子的原子量總和就是該分子
的分子量。
例如
二氧化碳(CO2)分子是由兩個氧原子和一個碳
原子組成,由週期表查出碳的原子量為12.01,
氧的原子量為16.00,因此二氧化碳的分子量是
12.01 + 16.00 × 2 = 44.01。
莫耳
莫耳:任何物質的原子數
目或分子數目與
12克的碳-12所
含原子數目相等
時,即為一莫耳。
亞佛加厥數即為 :
6.02×1023
1個
H2O
6.02×1023個H2O
科學家小傳-亞佛加厥
(Amedeo Avogadro ,1776~1856)
•在杜林大學(University of Turin)
教授高級物理多年,研究領域包括電、
比熱和毛細現象,主要工作為發展分子
的概念。
•1811年,他由給呂薩克的氣體化合體積
定律得到啟示,而提出著名的「亞佛加
厥假說」
•亞佛加厥假說--在同溫、同壓下,等
體積的氣體含有同數目的分子,他並由
此假說進一步推論必有多原子分子氣體
的存在。
莫耳質量 : 1莫耳純物質的質量。
物理學家
以氧-16原子質量的1/16定為原子
質量單位,簡寫為1 amu,也就是以
氧-16原子質量為16 amu
化學家
以氧的平均原子
質量為16 amu
均同意以碳-12原子質量的
1/12作為原子質量單位
統一原子質量單位(unified atomic mass unit,u)
或 道耳頓(Dalton,簡寫為Da)
1 u = 1 Da =
克 = 1.66 X 10-24 克
如此,一個氧16原子的質量就可以表達為15.9949 u。
數量與重量
粉筆和原子筆
的數目相等,
但質量卻不相
等。
同為1莫耳的物質,其質量與體積各不相同(圖中燒杯質量
已扣除)。
例題1-5

已知葡萄糖的分子式為C6H12O6,其莫耳質量為
180.16 g/mol,試問90.08克的葡萄糖中含多少
莫耳的葡萄糖分子?含多少個葡萄糖分子?共含
多少個原子?
葡萄糖分子莫耳數= 90.08/180.16= 0.5000 mol
葡萄糖分子個數=0.5000 mol × 6.02 × 1023個/mol
=3.01 × 1023個
原子總數目=(6+12+6)× 3.01 × 1023
= 7.22 × 1024個
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