基礎化學(一)重點整理(3-4～4-3)

【3-4_化學反應的熱量變化】

1. 炎熱的夏天在路面上灑水能幫助降溫，是藉著水蒸發成為水蒸氣時吸熱，吸取空氣中的熱量，以達到降溫的效果。

2. 物質的熱量變化：核變化＞化學變化＞物理變化；汽化熱＞熔化熱。

為放熱反應

N₂＋2H₂→N₂H₄ 為吸熱反應

N₂H₄＋H₂→2NH₃ 為放熱反應

N_2(g)＋3H₂→2NH₃＋91.8 KJ

N_2(g)＋3H₂→2NH₃ΔH＝－91.8KJ

N₂＋2H₂→N₂H₄ ΔH＝－187.6KJ

N₂H₄→N₂＋2H₂ΔH＝＋187.6KJ

2N₂H₄→2N₂＋4H₂ΔH＝＋375.2KJ

吸熱反應：生成物熱含量＞反應物熱含量。

放熱反應：生成物熱含量＜反應物熱含量。

3. 元素生成熱為零：O₂、H₂、Fe、Cu、He等生成熱為零，元素的燃燒熱僅O₂、N₂為零。

4. 同素異性體：

C的同素異性體 (石墨的生成熱＝0)、S的同素異性體 (斜方琉的生成熱＝0)、
P的同素異性體 (黃磷(白磷)的生成熱＝0)、O的同素異性體 (氧氣O₂的生成熱＝0)

5. 不可燃的物質燃燒熱為零：O₂、N₂、CO₂、H₂O、惰性氣體 (He、Ne、Ar......) 燃燒熱為零。

6. 生成熱的反應方程式：

C＋O₂→ CO₂
C＋2H₂→ CH₄
3C＋4H₂→ C₃H₈
2C＋3H₂＋(1／2)O₂→ C₂H₅OH
6C＋6H₂＋3O₂→ C₆H₁₂O₆

7. 燃燒熱的方程式：

C＋O₂→ CO₂是C的燃燒熱方程式
CH₄＋2O₂→ CO₂＋2H₂O是CH₄的燃燒熱方程式
C₃H₈＋5O₂→ 3CO₂＋4H₂O是C₃H₈的燃燒熱方程式
C₂H₅OH＋3O₂→ 2CO₂＋3H₂O是C₂H₅OH的燃燒熱方程式

8. N₂＋O₂→NO₂是二氧化氮的生成熱反應，但不是N₂的燃燒熱反應，因為N₂不可燃。

9. C＋O₂→ CO₂是C的燃燒熱方程式，也是CO₂的生成熱反應方程式。
H₂＋O₂→H₂O是H的燃燒熱方程式，也是H₂O的生成熱反應方程式。

10. 碳的燃燒熱＝二氧化碳的生成熱，兩者等值同號。
氫的燃燒熱＝水的生成熱，兩者等值同號。

11. 一般燃燒熱反應的方程式，以生成熱計算，
生成熱反應的方程式，以燃燒熱計算。

12. 氣態物質的熱含量＞液態物質熱含量＞固態物質熱含量。
水是比熱最大的液體，汽化熱最大。
注意右圖的反應熱大小順序。

13. 反應熱的計算：ΔH＝生成物的生成熱－反應物的生成熱
＝反應物的燃燒熱－生成物的燃燒熱。

【4-1_化學反應的分類】

1. 糖C₆H₁₂O₆溶解在水中，使糖分子均勻分散在水中，稱為『溶解』，
鹽NaCl溶解在水中，形成正電的Na^＋離子及負電的Cl^－離子，稱為『解離』。

2. 解離說：電解質溶於水後，形成陽離子和陰離子，兩者的莫耳數不一定相等，每個離子的電量不一定相等，陽離子的總電量和陰離子的總電量必定相等，溶液必定維持電中性。

3. 水合作用：水分子的氫原子端有帶正電的傾向，氧原子端有帶負電的傾向，因此電解質溶液中，陰離子的四周會被水分子中的氫原子端包圍，陽離子則會被氧原子端包圍，形成水合離子。

4. 酸鹼鹽為常見的的電解質，其中酸為分子化合物，鹼和鹽為離子化合物。
鹼和鹽在熔融狀態及水溶液能導電，酸僅在水溶液能導電，液態酸不能導電。
強酸(HCl、HNO₃、H₂SO₄)、強鹼(NaOH、KOH、Ca(OH)₂)水溶液能完全解離，為強電解質。
弱酸(H₂CO₃、CH₃COOH)、弱鹼(NH₄OH)的水溶液僅能部分解離，為弱電解質。

5. 分子化合物的水溶液不一定能導電，葡萄糖C₆H₁₂O₆是分子化合物，水溶液不導電，醋酸CH₃COOH是分子化合物，在液態能導電。

6. 離子化合物的水溶液或熔融狀態能導電，但不溶於水的鹽類則不能導電。
碳酸鈣CaCO₃不溶於水，但熔融狀態能導電。

7. 氨氣NH₃為分子化合物，液態不導電，水溶液則能形成NH₃＋H₂O→NH₄OH→NH₄^＋＋OH^－，為弱鹼，弱電解質。

8. 水溶液導電是由於水中存在陰離子與陽離子，金屬導體導電是由於自由電子。

9. 鹽酸HCl、硝酸HNO₃、硫酸H₂SO₄為強酸，強電解質，能完全解離。
碳酸H₂CO₃、醋酸CH₃COOH為弱酸、弱電解質，僅能部分解離。

10. 水溶液通電時，陽離子向負極移動，陰離子向陽極移動。
K₂CrO₄→2K^＋＋CrO₄²^－，其中無色的K^＋離子向負極移動，黃色的CrO₄²^－離子向正極移動。

11. 離子沉澱反應：溶於水的溶液混合，產生不溶於水的沉澱物質，稱為離子沉澱反應。
NaCl_(aq)＋AgNO_3(aq)→AgCl_(s)＋NaNO_3(aq)
CaCl_2(aq)＋Na₂CO_3(aq)→2NaCl_(aq)＋CaCO_3(s)
BaCl_2(aq)＋Na₂SO_4(aq)→2NaCl_(aq)＋BaSO_4(s)

12. 必溶於水的離子：NO₃^－、CH₃COO^－、IA(Li^＋、Na^＋、K^＋...)
必要的沉澱表：Cl、Br、I：Hg₂²^＋、Cu^＋、Pb²^＋、Ag^＋、Tl^＋。
              SO₄²^－：Sr²^＋、Ba²^＋、Pb²^＋。
              CrO₄²^－：Sr²^＋、Ba²^＋、Pb²^＋、Ag^＋。
              OH^－：IA^＋、NH₄^＋、Sr²^＋、Ba²^＋。

13. 硬水：含Mg²^＋、Ca²^＋的水稱為硬水。
暫時硬水：加熱能產生沉澱物質。
           Ca(HCO₃)₂→ CaCO₃＋H₂O＋CO₂     Mg(HCO₃)₂→ MgCO₃＋H₂O＋CO₂永久硬水：加熱無沉澱產生，需加石灰Ca(OH)₂、Na₂CO₃才能產生沉澱。
          Ca(OH)₂＋Ca(HCO₃)₂→2 CaCO₃＋2H₂O
          CaSO₄＋Na₂CO₃→Na₂SO₄＋CaCO₃ ↓

14. 肥皂在硬水中會產生沉澱物質，使得去污能力變差。
合成清潔劑在硬水中不會發生沉澱，去污能力不受影響。

15. 去除熱水瓶內的水垢(CaCO₃)，可加入醋酸CH₃COOH、檸檬酸等酸性物質溶解。
CaCO₃＋H^＋→Ca²^＋＋H₂O＋CO₂

【4-2_酸鹼中和】

1. 25℃時，[H^＋][OH^－]＝10^－¹⁴M²，PH＋POH＝14。
酸性溶液：[H^＋]＞10^－⁷M，[OH^－]＜10^－⁷M，[H^＋]＞[OH^－]；PH＜7，POH＞7，PH＜POH。
          酸性愈強，[H^＋]濃度愈大，pH值愈小。
          活性大的金屬遇稀酸，會產生H₂，碳酸鈣CaCO₃遇稀酸會產生CO₂。
鹼性溶液：[H^＋]＜10^－⁷M，[OH^－]＞10^－⁷M，[H^＋]＜[OH^－]；PH＞7，POH＜7，PH＞POH。
          鹼性愈強，[OH^－]濃度愈大，pH值愈大。
          鹼嘗起來有澀味，摸起來有滑膩感，可溶解油脂。

2. [H^＋]＝2x10^－⁴M     [    10^－⁴M＜2x10^－⁴M＜10^－³M     [   4＞pH值＞3。
[H^＋]＝2x10^－⁴M    [ [OH^－]＝5x10^－¹⁰M
[H^＋]＝1M＝10⁰M   [ PH＝0，    [H^＋]＝10M＝10¹M   [ PH＝－1。

3. 酸中加水，[H^＋]減少，[OH^－]增加，PH值增加，但仍小於7。
鹼中加水，[H^＋]增加，[OH^－]減少，PH值減少，但仍大於7。
水中加酸，[H^＋]增加，[OH^－]減少，PH值減少，必定小於7。
水中加鹼，[H^＋]減少，[OH^－]增加，PH值增加，必定大於7。

4. 10^－³M、20mL的硫酸H₂SO₄稀釋成2L，則
10^－²M、40mL的氫氧化鈣Ca(OH)₂稀釋成5L，則
0.01M、50mL的硫酸H₂SO₄和0.05M的氫氧化鈣Ca(OH)₂完全中和，需要的體積為V，則：
               0.01x50x2＝0.05xVx2        V＝10mL
0.04M、50mL的硝酸HNO₃和0.02M的氫氧化鈉NaOH完全中和，需要的體積為V，則：
               0.04x50＝0.02xV            V＝100mL

	溶液顏色	導電性	酸鹼性	石蕊	硝酸銀溶液
食鹽水	無色	能導電	中性	不變色	氯化銀沉澱
糖水	無色	不導電	中性	不變色	無反應
純水	無色	不導電	中性	不變色	無反應

5. 酸鹼中和必為放熱反應。
酸滴定鹼：滴定管裝鹽酸HCl，錐形瓶裝氫氧化鈉NaOH，指示劑(石蕊)滴入錐形瓶中，
          將鹽酸滴至錐形瓶的指示劑變色為止(藍色→紅色)。
          HCl＋NaOH→NaCl＋H₂O
鹼滴定酸：滴定管裝氫氧化鉀KOH，錐形瓶裝硫酸H₂SO₄，指示劑(酚㤧)滴入錐形瓶中，
          將氫氧化鉀KOH滴至錐形瓶的指示劑變色為止(無色→紅色)。
          H₂SO₄＋2KOH→K₂SO₄＋2H₂O

	石蕊	酚㤧	酚紅	廣用試紙	溴瑞香草酚藍
酸性	紅色	無色	黃色	紅橙黃	黃
變色範圍	4.5～8.1	8.4～9.8	6.4～8.0	綠	6.0～7.6
鹼性	藍色	紅色	紅色	藍靛紫	藍色

6. 常見胃藥：
碳酸鈣CaCO₃、小蘇打NaHCO₃為速效型的制酸劑。
氫氧化鎂Mg(OH)₂、氫氧化鋁Al(OH)₃為長效型制酸劑。

7. 雨水經蒸發→凝結→降水，原為最接近純水(蒸餾水)，但經空氣中的二氧化碳溶解，
形成碳酸H₂CO₃，CO₂＋H₂O→H₂CO₃，因此天然雨水略帶酸性，pH值略小於7。
由於人為燃燒石油產品及汽機車排放廢氣，使得空氣中含硫的氧化物及含氮的氧化物增加，因此雨水的酸性明顯增加，當pH值小於5時，稱為酸雨。

8. 二氧化碳通入石灰水中的反應為酸鹼中和反應：CO_2(aq)＋Ca(OH)_2(aq)→CaCO_3(s)＋H₂O_(L)NH_3(g)通入稀鹽酸HCl_(aq)中會產生白色煙霧，為酸鹼中和反應：NH_3(g)＋HCl_(aq)→NH₄Cl_(s)。

【4-3_氧化還原反應】

1. 氧化還原反應：

(1) 有氧化反應，必定有還原反應，兩者同時產生。

(2) 還原劑被氧化，氧化劑被還原。

(3) 活性大的金屬，為強還原劑，活性小的金屬，其氧化物為強氧化劑。

(4) 光合作用、呼吸作用、電池放電充電、電解、電鍍等電流化學效應，及燃燒、發酵反應、金屬冶煉，皆為氧化還原反應。

氧化反應：	還原反應
1.物質和氧結合 2.物質失去電子 3.元素的氧化數增加。	1.物質和氧分離 2.物質得到電子 3.元素的氧化數減少。

2. 元素態的氧化數為零。
有關元素的反應，例如元素變成化合物，化合物變成元素，元素變成離子，離子變成元素，一定是氧化還原。酸鹼中和、離子沉澱、複分解的反應，還有題目經常出現的碳酸鈣的反應，都不是氧化還原。

3. 氧化活性表：
鉀K＞鈉Na＞鈣Ca＞鎂Mg＞鋁Al＞碳C＞鋅Zn＞鉻Cr＞鐵Fe
＞錫Sn＞鉛Pb＞氫H＞銅Cu＞汞Hg＞銀Ag＞鉑Pt＞＞金Au。

4. 伏打電池的概念：
活性大的金屬易放出(失去)電子，發生氧化半反應，為陽極，或為負極。
活性小的金屬易獲得電子，發生還原半反應，為陰極，或為正極。
電池的負極(陽極)放出電子，經導線由正極(陰極)獲得電子，而流出的電子數＝流入的電子數。
鋅銅電池：鋅的活性大於銅，鋅發生氧化反應，為還原劑，
          銅離子獲得電子，發生還原反應，為陰極。
          陽極(負極)：Zn→Zn²^＋＋2e^－為還原劑
          陰極(正極)：Cu²^＋＋2e^－→Cu 為氧化劑。
          總反應：     Zn＋cu²^＋→Zn²^＋＋Cu

5. 氫氧燃料電池：

氫的氧化數由0→＋1 ，氧化數增加，發生氧化反應，為還原劑，故氫氣為負極(陽極)。
氧的氧化數由0→－2 ，氧化數減少，發生還原反應，為氧化劑，故氧氣為正極(陰極)。
氧化還原反應中，氧化反應失去的電子數＝還原反應獲得的電子數。

6. 鎂帶在二氧化碳中可燃燒：
2Mg＋CO₂→C＋2MgO 鎂被氧化成氧化鎂 Mg → MgO 為還原劑
二氧化碳被氧化成碳 CO₂ → C 為氧化劑。

7. 碳和氧化銅CuO的反應：
C＋2CuO→ 2Cu＋CO₂ C被CuO氧化成CO₂，為還原劑；CuO被C還原成Cu，為氧化劑。

8. 活性大的金屬遇稀酸：
鋅＋稀鹽酸 → 氯化鋅＋氫氣 Zn＋HCl → ZnCl₂＋H₂ ，為氧化還原反應。
鋅被氧化成氯化鋅，鋅為還原劑；稀鹽酸中的氫離子H^＋被還原成H₂，為氧化劑。
化學反應中，只要有元素態 ↹ 化合物，必為氧化還原反應。

9. 鐵和活性小的金屬相連接時，鐵容易發生氧化反應，為還原劑，因此鐵容易鏽蝕。

10. 亞鐵離子(Fe²^＋)和亞硝酸鹽，易產生有毒的鐵離子(Fe³^＋)，亞鐵離子被氧化，為還原劑，亞硝酸鹽為氧化劑，鐵離子(Fe³^＋)有毒。
維生素C能將鐵離子(Fe³^＋)還原成亞鐵離子(Fe²^＋)，維生素C是還原劑，而鐵離子(Fe³^＋)則是氧化劑。