第三章 化学式和化学方程式2.doc免费

第三章 化学式和化学方程式 在第二章，我们研究了物质的结构单元（原子、分子和离子）的质量和组成。在化学中，我们用化学式表示由这些粒子所构成的物质的结构。在本章开始，我们考虑两种不同类型的化学式：最简式和分子式。在以后几节中，我们将讨论这些式子在表示化学反应的配平方程式中的应用。 3.1 化学式 化合物的最简式或称实验式给出组成化合物的各元素原子数目之间最简单的整数比。例如水的最简式是H2O；这个式子告诉我们，在水中氢原子的数目是氧原子的两倍。由实验证明，在氯酸钾中，钾、氯和氧这三种元素的原子数目之比为1:1:3，所以氯酸钾的最简式就是KClO3 。 分子式表明分子型物质中一个分子所包含的各种原子的数目。分子式可以和最简式完全相同。例如H2O，就表明每个水分子含有两个氢原子和一个氧原子。或者，分子式可以是最简式的整数倍。过氧化氢就是这种情况，分子式H2O2表示两个氢原子和两个氧原子结合成一个单一的结构单元——过氧化氢分子。而这个化合物的最简式则是HO。 单质同化合物一样也可以用分子式表示。在常温常压下，单质氯由双原子分子组成，它的分子式是Cl2。同理，氧、氮、氟等气态单质也都具有分子式O2、N2和F2。白磷是一种活泼而剧毒的固体，它的结构单元是P4分子。 在既可用最简式又可用分子式表示一种物质的场合，我们总是选用后者，因为它更能说明问题。为此，我们将过氧化氢和单质氯分别写成分子式H2O2和Cl2。对于那些不含“分子”的物质，我们只能保留最简式。例如我们用最简式NaCl表示离子型化合物氯化钠。在铁和碳这样的单质中，不存在微小、分立的分子，这些单质用符号Fe、C表示。 3.2 由分析得出最简式 为了确定一个化合物的最简式，我们必须通过化学分析获得组成这个化合物的各元素的质量比。根据这类数据和已知各元素的原子量，我们就能容易地算出最简式。这中间所包括的推理可以由例题3.1说明。 例题3.1 维生物C在防止感冒方面很可能是有效的；它是一种含有碳、氢和氧三种元素的有机化合物。对精制的维生素C试样进行分析，得到元素的质量百分数如下： %C=40.9%； %H=4.58%； %O=54.5% 根据这些数据确定实验式（即最简式）。 解 我们需要知道的是C、H和O原子的相对数目。为了得到这些数据，同时为了方便，我们先计算在100克已知质量的维生素C中C、H和O的相对摩尔数。 在100克试样中，有40.9克的C、4.58克的H和54.5克的O。换算成摩尔数目，则得到： 40.9gC 4.58gH 54.5gO 因为联系摩尔和原子数的换算因式对所有元素来说都相同（1摩尔=6.02×1023个原子），所以上面这些数量不但代表了C、H和O的相对摩尔数，而且也代表了这三种元素的相对原子数。也就是说，在维生素C中的C、H和O的原子数之比是3.41:4.53:3.41。 为了导出最简式，我们需要知道这三个数之间的最简单的整数比。为了得出这个整数比，我们把每个数都用最小的数3.41去除： C： H： O： 我们看到对于每个C原子，有1.33=个氢原子和一个氧原子。将每个数乘以3，就得到简单整数比：3C:4H:3O；最简式为C3H4O3。 在一种化合物中，一旦元素的质量百分数被确定以后，最简式的计算就比较容易了。然而，求出这种质量分数未必是一件简单的事情。我们在例题3.1中所用到的数据可以从图3.1所示意的一种方法中得到。 一份已经称重的纯化合物样品（通常只有几毫克），在氧气中燃烧生成二氧化碳和水。所产生的CO2和H2O的数量是由样品中C和H的含量直接决定的，可通过测定两支吸收管的增重来确定。根据这两种化合物的质量可以计算样品中C和H的质量并由此算出它们的质量分数。氧的质量分数可由100% 减去C、H的质量分数得到。 例题3.2 在维生素C中C、H和O的质量分数（例题3.1）是通过燃烧2.00毫克样品来确定的；所生成的CO2和H2O的质量分别为3.00毫克和0.816毫克。问C、H和O的质量分数各是多少？ 解 首先计算3.00mgCO2中碳的质量。因为一摩尔的CO2 (44.0g) 中含有一摩尔的碳（12.0g），即12.0gC = 44.0gCO2*，C的mg数=3.00mgCO2× 同样，因为18.0gH2O中含有2.02gH， H的mg数=0.816mgH2O× 注意到样品重2.00mg，可求得： %C= 求差，得到氧的质量分数： %O=100%－（40.9+4.6）%=54.5% 从图3.1和例题3.2看出：有机化合物中碳的质量分数的测定有赖于将已知质量的样品转换成已知组成的化合物CO2。同样，为了求出氢的质量分数，我们需要知识氢所转换生成的化合物水的分子式H2O。 应有同样的原理，可以测定元素在无机化合物中的质量分数。例如，水溶性