化學反應式 | 化學反應式 計算

化學反應式(chemical equation)用來描述在化學反應中參與的物質、計量關係,以及反應發生所需要的環境與條件。

胡適說得好,正所謂「要怎麼收獲就怎麼栽 ...Monday30thAugust202130-Aug-2021人工智慧化學物理數學生命科學生命科學文章植物圖鑑地球科學環境能源科學繪圖高瞻專區第一期高瞻計畫第二期高瞻計畫第三期高瞻計畫綠色奇蹟-中等學校探究課程發展計畫關於我們網站主選單化學反應式(ChemicalEquation)國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯化學反應式(chemicalequation)用來描述在化學反應中參與的物質、計量關係,以及反應發生所需要的環境與條件。

胡適說得好,正所謂「要怎麼收獲就怎麼栽」,化學反應裡收獲的產物(product),反應物(reactant)提供的原子素材可是一點都不可少。

在化學反應式中反應物寫在左邊,產物寫在右邊,中間則用箭號(→)連接,箭頭的方向表示反應進行的方向。

所有的化學反應都不會無中生有,必須遵守「質量守恆」、「原子守恆」與「電荷守恆」的原則,將這些原則應用在化學反應的定量計算,便稱作化學計量(chemicalstoichiometry)。

以打火機燃燒丁烷的反應作為例子,燃燒除了丁烷以外還需要氧氣,而燃燒之後碳元素的部分會產生二氧化碳,氫元素則氧化生成水,依此寫出尚未平衡的化學反應式:C4H10+O2→CO2+H2O首先分析反應式中牽涉的元素,碳與氫都各自有一種產物,分別是二氧化碳及水,因為氧氣會生成兩種產物,因此先擱置氧,而從碳、氫來著手「化學反應式的平衡」(balancechemicalequation)。

1莫耳的丁烷含4莫耳的碳原子與10莫耳的氫原子,根據原子守恆可提供4莫耳二氧化碳與5莫耳水所需的碳與氫原子,先將此兩者的係數寫下。

C4H10+□O2→4CO2+5H2O化學反應式只剩下氧氣的係數尚未決定,由已平衡二氧化碳與水的係數可反推氧氣需要(4×2+5)÷2=6.5莫耳,通分成整數,就是平衡後的化學反應式。

2C4H10+13O2→8CO2+10H2O詳細的化學反應式除了反應物和產物以外,還需要列出反應的條件,包含反應時間、壓力、溫度、溶劑、催化劑、反應熱等等。

德國化學家哈伯在二次世界大戰發明了哈伯法製氨,一莫耳的氮氣與三莫耳的氫氣可反應產生兩莫耳的氨,解決禁運氨的問題。

但是如果我們只是在常溫常壓下把氮氣和氫氣混合,甚麼事情都不會發生,這是因為哈伯法製氨需要高溫、高壓以及氧化鐵作為催化劑才能達成:以上述的哈伯法製氨反應式,根據化學計量的觀念,便可以計算需要多少的反應物才能產生預期量的產物,將反應物的量依照平衡方程式的計量設計的反應稱作計量反應(stoichiometricreaction)。

不過在實際操作實驗時,我們往往會提高某些反應物的量以驅使反應完全。

根據勒沙特列原理,提高反應物量可使反應平衡趨向產物端,而在反應中會用盡的反應物就決定了產物的產量,稱作限量試劑(limitingreagent)。

從反應方程式計算產物最大可能的產量,稱為理論產量(theoreticalyield);將產物的實際產量與理論產量比較,便可得到百分產率(percentageyield)。

產物的產量與反應物量,兩者的莫耳數比就是轉換率(conversion),有時候反應不只會有一種產物,產物的相對產率就反映了選擇性(selectivity)。

不論是在工業或是在實驗室,產率、選擇性以及反應條件都是反應效能的判斷依據,我們希望反應可以越快進行、選擇性高、產率高、不需要太多分離手續、不需要難以達到的溫度與壓力。

舉例來說,哈伯法仍是目前工業製氨倚重的反應,所需要的高溫與高壓十分耗能,但是其原子經濟(atomiceconomy)不浪費原料,還是有賺頭。

化學反應式就是化學專業語文,化學式就像語彙,反應式則像句子。

我們學習如何描繪反應式,從另外一個角度而言,也就在描述反應發生的質、量變化情形。

參考文獻1.http://en.wikipedia.org/wiki/Haber_process2.物質科學化學篇(上冊),泰宇出版Tags:ChemicalEquation,化學反應式,反應式前一篇文章下一篇文章您或許對這些文章有興趣化學傳記:法拉第不為人知的一面(二):從裝訂工變成大學者化學傳記:法拉第不為人知的一面(十一):凡人法拉第化學傳記:法拉第不為人知的一面


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