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【種花家務(wù)·化學(xué)】1-1-09分子式，分子量及有關(guān)計(jì)算——『數(shù)理化自學(xué)叢書66版』

2022-12-06 16:17 作者:山嵓 0人讀過 | 我要投稿

【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第一章、物質(zhì)和物質(zhì)的變化，分子和原子?

§1-9分子式，分子量及有關(guān)計(jì)算

分子式的意義和寫法

【01】我們知道，物質(zhì)的分子是由原子組成的，原子可以用元素符號(hào)來表示。因此，利用元素符號(hào)，也可以表示物質(zhì)的分子組成。

【02】用元素符號(hào)來表明物質(zhì)分子組成的式子叫做分子式。

【03】根據(jù)定組成定律，每一種純凈物質(zhì)都有固定不變的組成。因此，表示每一種物質(zhì)組成的分子式，也只能有一個(gè)。這就是說，純凈物質(zhì)的分子式，也是固定不變的。

【04】單質(zhì)的分子是由同種原子組成的。某些單質(zhì)的分子是由單個(gè)原子組成的，例如氦氣、氖氣等惰性氣體（見§2-1），叫做單原子分子。很顯然，這些物質(zhì)的分子，實(shí)質(zhì)上就是單個(gè)原子。因此，這一類單質(zhì)的分子式，就是構(gòu)成這種分子的原子的元素符號(hào)。例如：

【05】氦原子的元素符號(hào)是He，氦氣的分子式也是He；

【06】氖原子的元素符號(hào)是Ne，氖氣的分子式也是Ne；等等。

【07】另一些單質(zhì)的分子是由2個(gè)相同的原子組成的，例如，氧氣的分子是由2個(gè)氧原子組成，氮?dú)獾姆肿邮怯?個(gè)氮原子組成，氫氣的分子是由2個(gè)氫原子組成，等等。這些分子叫做雙原子分子。書寫這類單質(zhì)的分子式時(shí)，要在組成這種單質(zhì)的元素符號(hào)的右下角，注上一個(gè)較小的“2”字（表示這種單質(zhì)的每一個(gè)分子里含有2個(gè)原子）。例如：

????????氧氣的分子式的 $O_%7B2%7D%20%20$ （讀作02）；

????????氮?dú)獾姆肿邮绞?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=N_%7B2%7D%20%20" alt="N_%7B2%7D%20%20">（讀作N2）；

? ? ????氫氣的分子式是 $H_%7B2%7D%20%20$ （讀作H2）；等等。

【08】還有一些單質(zhì)的分子，它們是由很多很多個(gè)相同的原子組成的，例如許多金屬的和某些固體的非金屬（如碳、硅等）的分子，這類單質(zhì)的分子式，現(xiàn)在習(xí)慣上用它們的元素符號(hào)來代表。例如：

? ? ????汞的分子式用汞的元素符號(hào)Hg來代表；

? ? ????鐵的分子式用鐵的元素符號(hào)Fe來代表；

? ? ????碳的分子式用碳的元素符號(hào)C來代表；等等。

【09】化合物的分子是由不同種原子組成的。要書寫化合物的分子式，首先必須知道化合物的組成，也就是這種化合物含有哪幾種元素，以及這種化合物的每一個(gè)分子里的每種元素各有多少個(gè)原子，知道了這些以后（這可以通過實(shí)驗(yàn)方法來測定），就可以依次把這些元素和表明每種元素的原子的數(shù)目（表示的方法也是在元素符號(hào)的右下角用一個(gè)小的數(shù)字注明）寫出來，這樣就得到了這種化合物的分子式。

【10】例如，每個(gè)水分子含有2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子，水的分子式應(yīng)寫成 $H_%7B2%7D%20O$ （讀作H2O）；?【分子里如果含有某元素只有1個(gè)原子的，就不必在元素符號(hào)的右下角注“1”字，例如水的分子式不寫成 $H_%7B2%7D%20O_%7B1%7D$ 而寫成 $H_%7B2%7D%20O$ ?！棵總€(gè)二氧化碳分子含有1個(gè)碳原子和2個(gè)氧原子，二氧化碳的分子式應(yīng)寫成 $CO_%7B2%7D%20$ （讀作C02）；每個(gè)硫酸分子含有2個(gè)氫原子、1個(gè)硫原子和4個(gè)氧原子，硫酸的分子式應(yīng)寫成 $H_%7B2%7DSO_%7B4%7D%20$ ，（讀作H2S04）；等等。

【11】由此可以看出，分子式首先代表：

? ? ? ??（1）某種物質(zhì)；

? ? ? ??（2）某種物質(zhì)的一個(gè)分子。

【12】例如，分子式 $H_%7B2%7DSO_%7B4%7D%20$ ，它代表“硫酸”這種物質(zhì)和硫酸的1個(gè)分子。如果分子式前面添上一個(gè)系數(shù)，就表示不止一個(gè)分子，例如2 $H_%7B2%7D%20O$ 、3 $CO_%7B2%7D%20$ 分別表示2個(gè)水分子、3個(gè)二氧化碳分子。?

【13】其次，分子式還表示該物質(zhì)的組成，它包含有兩方面的意義，即：

? ? ? ??（1）表明這種物質(zhì)是由哪幾種元素組成的；

? ? ? ??（2）表明在這種物質(zhì)的1個(gè)分子里，含有各種原子的個(gè)數(shù)，例如，分子式 $H_%7B2%7DSO_%7B4%7D%20$ ，它表示硫酸是由氫、硫、氧三種元素組成的，并且還表示在1個(gè)硫酸分子里含有2個(gè)氫原子、1個(gè)硫原子和4個(gè)氧原子。

【14】書寫化合物的分子式時(shí)，要按照一定的順序，例如水的分子式一定要寫成 $H_%7B2%7D%20O$ ，不能寫成 $OH_%7B2%7D%20$ ，雖然這兩個(gè)式子所表示的水的組成的意義是相同的，但“ $OH_%7B2%7D%20$ ”這樣的寫法是不符合水分子式的規(guī)定寫法的，因此也是錯(cuò)誤的。關(guān)于各類不同化合物分子式的寫法，我們將在第五章里詳細(xì)討論。

【15】在分子式里，元素符號(hào)右下角注的小字不能隨便移到元素符號(hào)的前面，因?yàn)樗鼈兇淼囊饬x不同。例如，氧氣的分子式 $O_2$ ，它表示每1個(gè)氧氣分子是由2個(gè)氧原子組成的，但20并不是氧氣的分子式，它代表2個(gè)氧原子，這2個(gè)氧原子并沒有結(jié)合成為氧分子。

山箋||? 化學(xué)式小記

（1）化學(xué)式的意義

【山】化學(xué)式是用元素符號(hào)和數(shù)字的組合表示物質(zhì)組成的式子?；瘜W(xué)式可以表示物質(zhì)及物質(zhì)的組成元素。化學(xué)式的書寫必須依據(jù)現(xiàn)實(shí)。純凈物的組成是固定的，因此每種純凈物只用一個(gè)化學(xué)式表示；混合物沒有固定組成，沒有化學(xué)式。

【山】由原子構(gòu)成的物質(zhì)，其化學(xué)式既可以表示一種物質(zhì)，又可以表示一種元素，還可以表示一個(gè)原子。

【山】由分子構(gòu)成的物質(zhì)，其化學(xué)式可以表示物質(zhì)的一個(gè)分子及其分子構(gòu)成。

【山】由離子構(gòu)成的物質(zhì)中，不存在分子，其化學(xué)式表示該物質(zhì)中各元素原子數(shù)的最簡比。

（2）化學(xué)符號(hào)意義

【山】化學(xué)符號(hào)前的數(shù)字表示幾個(gè)該粒子，化學(xué)符號(hào)右下角的數(shù)字表示一個(gè)分子中含有幾個(gè)該原子，化學(xué)符號(hào)右上角的數(shù)字表示一個(gè)離子中得失幾個(gè)電子。

【山】稀有氣體和金屬單質(zhì)是由原子直接構(gòu)成的，因此化學(xué)式直接用元素符號(hào)表示。

【山】固態(tài)非金屬單質(zhì)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此也常常直接用元素符號(hào)表示。

【山】氣態(tài)非金屬單質(zhì)多由雙原子分子或多原子分子構(gòu)成，因此元素符號(hào)右下角需表明分子所含原子數(shù)的數(shù)字。

（3）化學(xué)式讀寫

【山】書寫化合物的化學(xué)式時(shí)，若原子個(gè)數(shù)比是1，則1省略不寫，氧化物常把氧寫在右方。金屬與非金屬組成的化合物中，一般金屬在左，非金屬在右。

【山】單質(zhì)的讀法是直接讀，若是氣態(tài)，再加個(gè)氣字即可?；衔飫t讀作幾某化幾某，一般從后往前讀。

分子量

【16】我們知道，分子是由原子組成的，分子式既然能表示出物質(zhì)每個(gè)分子里所含各種原子的個(gè)數(shù)，因此，根據(jù)分子式可以算出分子量，方法是把組成這種分子的所有原子的重量（用原子量來表示）都加起來。例如，二氧化碳的分子式是 $CO_2$ ，這表明每一個(gè)二氧化碳分子是由1個(gè)碳原子和2個(gè)氧原子所組成。已知碳的原子量是12，氧的原子量是16，因此，二氧化碳的分子量應(yīng)為1×12+2×16=44?？梢姡肿邮匠吮砻髑懊嫠v的幾種意義以外，還代表物質(zhì)的分子量，分子量就是組成這種分子的所有原子的原子量的總和。它和原子量一樣，也是沒有單位的。

【17】從上面所講的可以看出，如果已經(jīng)知道了物質(zhì)的分子式，我們就可以很方便地計(jì)算出它的分子量。但是物質(zhì)的分子式是怎樣知道的呢？關(guān)于這個(gè)問題，在本叢書化學(xué)第三冊(cè)第六章里將詳細(xì)介紹。這里只先說明一下，在確定物質(zhì)分子式時(shí)，一般都要先求出分子量。因此，實(shí)際情況是：分子量不是由分子式求出，恰恰相反，分子式是由分子量來確定的。而物質(zhì)的分子量是通過實(shí)驗(yàn)來測定的。用實(shí)驗(yàn)測定物質(zhì)分子量的方法，也將在第三冊(cè)第六章里介紹。

根據(jù)化合物分子式的計(jì)算

【18】分子式既代表物質(zhì)的組成，因此，根據(jù)分子式可以計(jì)算有關(guān)物質(zhì)組成方面的一些問題。

1、由分子式計(jì)算各種元素在化合物里的重量比

【19】根據(jù)化合物的分子式，可以算出1個(gè)分子里各種元素的重量比。例如，二氧化碳的分子式是 $CO_2$ ，它表示在每1個(gè)二氧化碳分子里含有1個(gè)碳原子和2個(gè)氧原子。從碳和氧的原子量可知1個(gè)碳原子重12，1個(gè)氧原子重16。因此，在1個(gè)二氧化碳的分子里，碳元素和氧元素的重量比是：（1×12）:（2×16）=12:32=3:8

【20】因?yàn)榧儍粑镔|(zhì)是由同一種分子組成的，1個(gè)分子里各種元素的重量比，必然也就是這化合物里各種元素的重量比。因此，在二氧化碳里，碳氧兩種元素的重量比也是3:8。

【21】由上面的計(jì)算可以看出：在化合物里各種元素的重量比，就是化合物分子里各元素的原子個(gè)數(shù)和它原子量的乘積的比。

2、由分子式計(jì)算化合物里各元素的重量百分比

【22】元素在化合物里的重量百分比就是每100重量單位的化合物里所含該元素的重量單位數(shù)，常用符號(hào)%來表示。例如，已知在每100克水里，含有氫元素11.12克和氧元素88.88克。氫、氧兩元素在水里的重量百分比就分別是11.12%和88.88%。

【23】由化合物的分子量以及化合物分子里所含各元素的重量（=原子個(gè)數(shù)×原子量），可以求出它們的重量百分比。

【24】例如，根據(jù)二氧化碳的分子式，可以求出它的分子量M=1×12+2×16=44，【M在化學(xué)上常用作分子量的符號(hào)。】

【25】其中，所含碳元素的重量是1×12=12；所含氧元素的重量是2×16=32。

【26】在100分重量的二氧化碳里所含碳元素的重量（假設(shè)為x）和氧元素的重量（假設(shè)為y），可以通過下面的比例方法求得：

$44%3A100%3D12%3Ax%EF%BC%8Cx%3D%5Cfrac%7B12%7D%7B44%7D%20%C3%97100%3D27.3%EF%BC%9B%5C%5C%0A44%3A100%3D32%3Ay%EF%BC%8Cx%3D%5Cfrac%7B32%7D%7B44%7D%20%C3%97100%3D72.7%E3%80%82$

【27】即碳元素的重量百分比是27.3%，氧元素的重量百分比是72.7%。

【28】在求出碳元素的重量百分比后，氧元素的重量百分比也可由下法求得：

【29】100%-碳元素的重量百分比=100%-27.3%=72.7%。

【30】由上面的計(jì)算可以看出：化合物里某元素的重量百分比等于:

$%EF%BC%88%5Cfrac%7B%E5%8C%96%E5%90%88%E7%89%A9%E5%88%86%E5%AD%90%E9%87%8C%E6%9F%90%E5%85%83%E7%B4%A0%E7%9A%84%E5%8E%9F%E5%AD%90%E4%B8%AA%E6%95%B0%C3%97%E5%8E%9F%E5%AD%90%E9%87%8F%7D%7B%E5%8C%96%E5%90%88%E7%89%A9%E7%9A%84%E5%88%86%E5%AD%90%E9%87%8F%7D%20%C3%97100%EF%BC%89%25$ %。

例1.求硫酸（分子式H2SO）里氫、硫、氧三種元素的重量百分比（氫的原子量=1，硫的原子量=32，氧的原子量=16）。

【解】硫酸的分子量=2×1+1×32+4×16=98。

? ? ? ? ? ?氫元素的重量百分比= $%EF%BC%88%5Cfrac%7B2%C3%971%7D%7B98%7D%20%C3%97100%EF%BC%89$ %=2.04%，

? ? ? ? ? ?硫元素的重量百分比= $%EF%BC%88%5Cfrac%7B1%C3%9732%7D%7B98%7D%20%C3%97100%EF%BC%89$ %=32.65%，

? ? ? ? ? ?氧元素的重量百分比= $%EF%BC%88%5Cfrac%7B4%C3%9716%7D%7B98%7D%20%C3%97100%EF%BC%89$ %=65.31%

答：硫酸里氫、硫、氧三種元素的重量百分比分別是2.04%、32.65%和65.31%。

3、由分子式計(jì)算一定重量的化合物里所含某元素的重量

【31】在求出化合物里某元素的重量百分比后，就可求出一定重量的化合物里所含該元素的重量，它等于：化合物的重量×某元素的重量百分比，

或，化合物的重量× $%EF%BC%88%5Cfrac%7B%E6%9F%90%E5%85%83%E7%B4%A0%E7%9A%84%E5%8E%9F%E5%AD%90%E4%B8%AA%E6%95%B0%C3%97%E5%8E%9F%E5%AD%90%E9%87%8F%7D%7B%E5%8C%96%E5%90%88%E7%89%A9%E7%9A%84%E5%88%86%E5%AD%90%E9%87%8F%7D%20%C3%97100%EF%BC%89$ %。

例2.求22克二氧化碳里碳元素的重量。

【解】二氧化碳的分子量=1×12+2×16=44，

? ? ? ? ? 合碳元素的重量= $22%C3%97%EF%BC%88%5Cfrac%7B1%C3%9712%7D%7B44%7D%20%C3%97100%EF%BC%89$ %=22×27.3%=6（克）。

? ? ? ? ? 答：含碳元素6克。

例3.多少克水里所含的氫元素和10克硫酸里所含的氫元素的重量剛好相等？

【解】根據(jù)前一個(gè)例題和上面的公式，我們可求得10克硫酸里含氫元素量?

=10×（ $%5Cfrac%7B2%C3%971%7D%7B98%7D%C3%97100$ ）%=0.204（克）。

? ? ? ? ? 現(xiàn)在要求多少克水里含氫元素0.204克，設(shè)為x克水，則

? ? ? ? ? 0.204=x×（ $%5Cfrac%7B2%C3%971%7D%7B18%7D%C3%97100$ ）%，0.204=2x/18，

? ? ? ? ? x=1.836（克）。

答：1.836克水里所含的氫元素和10克硫酸里所含的氫元素相等。

習(xí)題1-9

1、什么叫做分子式？在下面物質(zhì)的分子式里，指出它們各含有哪些元素，各含幾個(gè)原子：

（1）氯化氫HCl；（2）碳酸鈉 $Na_2CO_3$ ；（3）氧化鈣CaO。

【山答】分子式叫做用元素符號(hào)來表明物質(zhì)分子組成的式子。

①氫元素1、氯元素1；②鈉元素2、碳元素1、氧元素3；③鈣元素1、氧元素1。

2、讀出下列物質(zhì)的分子式：

（1）氮?dú)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=N_2" alt="N_2">（示例：讀作N2）；（2） $Cl_2$ 氯氣；（3）水 $H_2O$ ；（4）氨 $NH_3$ ；（5）四氧化三鐵 $Fe_3O_4$ ；（6）碳酸鈣 $CaCO_3$ 。

3、下列化學(xué)符號(hào)所表示的意義有什么不同？H， $H_2$ ，2H，2 $H_2$ ， $H_20$ ，2 $H_2S0_4$ 。

【山答】氫元素、氫氣分子、2個(gè)氫原子、2個(gè)氫氣分子、水分子、2個(gè)硫酸分子。

4、用化學(xué)符號(hào)表示下列物質(zhì)：

（1）硫元素；（2）4個(gè)鐵原子；（3）1個(gè)氫分子；（4）4個(gè)氮分子；（5）3個(gè)二氧化碳分子。?

【山答】S、4Fe、1H_2、4N_2、3CO_2。

5、如果用（1） $C_3$ 表示3個(gè)碳原子;（2）2H表示由2個(gè)氫原子組成的1個(gè)氫分子。你認(rèn)為有沒有錯(cuò)？如果有錯(cuò)，應(yīng)當(dāng)怎樣改正？

【山答】全錯(cuò)①C_3表示由三個(gè)碳原子組成的碳分子；②2H表示兩個(gè)氫原子。

6、下列說法是否正確，如不正確，應(yīng)當(dāng)怎樣改正？

（1）水的分子是由1個(gè)氫分子和1個(gè)氧原子組成的；

（2）水的分子是由2個(gè)氫元素和1個(gè)氧元素組成的。

【山答】全錯(cuò)，水的分子是由2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子組成的。

7、什么叫做分子量？計(jì)算下列物質(zhì)的分子量：

（1）氮?dú)?img type="latex" class="latex" src="http://api.bilibili.com/x/web-frontend/mathjax/tex?formula=N_2" alt="N_2">；（2）氧化汞HgO；（3）碳酸鈣 $CaCO_3$ ；（4）四氧化三鐵 $Fe_3O_4$ 。

【山答】分子量就是組成這種分子的所有原子的原子量的總和。

①14×2=28；②200+16=216；③40+12+3×16=100；④56×3+16×4=232。

8、計(jì)算第7題中（2）、（3）、（4）三種物質(zhì)里，所含各元素的重量比。

【山答】①氧：汞=2:25②碳：氧：鈣=3:12:10③鐵：氧=21:8。

9、在36克水（ $H_2O$ ）中，含有多少克氫和多少克氧？

【山答】4g氫32g氧。

10、多少克二氧化碳里，含有3克碳？

【山答】11g二氧化碳。

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