莫耳換算地圖
把莫耳當成化學計算的中繼站:從質量、粒子數、氣體體積與溶液濃度出發,再延伸到氣體密度、分壓、反應熱與電解。先看單位,再決定要走哪條換算路線。
國中核心:質量・粒子・氣體
高中:濃度・密度
周邊應用:分壓・反應熱・電解
莫耳換算主地圖
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核心原理與公式整理
先看概念,再看公式;每個代號都附中文名稱與單位。
國中核心
1. 質量 ↔ 莫耳數
1 mol 物質的質量,就是它的莫耳質量。國中常講分子量、原子量;高中更常寫成莫耳質量。
m = nM ; n = m / M
m:質量(g)n:莫耳數(mol)M:莫耳質量(g/mol)
國中核心
2. 分子數 / 原子總數 ↔ 莫耳數
1 mol 固定含有 6.02 × 1023 個基本粒子。若題目問原子總數,還要再乘上每個分子裡含有多少原子。
分子數 = nNA ; 原子總數 = 分子數 × 每分子原子數
NA:6.02×1023 個/moln:莫耳數(mol)
國中→高中
3. STP / NTP 氣體體積 ↔ 莫耳數
在 STP(0°C、1 atm)時,1 mol 氣體約 22.4 L;在 NTP(25°C、1 atm)時,1 mol 氣體約 24.5 L。
VSTP = 22.4n ; VNTP = 24.5n
V:氣體體積(L)n:莫耳數(mol)
高中核心
4. 氣體密度
最根本還是密度 = 質量 ÷ 體積。若假設有 1 mol 氣體,質量就是 M,體積則是對應狀況下的莫耳體積。
ρSTP = M / 22.4 ; ρNTP = M / 24.5
ρ:密度(g/L)M:莫耳質量(g/mol)
高中核心
5. 莫耳濃度 ↔ 莫耳數
莫耳濃度 C 告訴你每 1 L 溶液含有多少 mol 溶質。所以濃度換回莫耳時,一定會看到體積 V。
n = CV ; C = n / V
n:溶質莫耳數(mol)C:莫耳濃度(mol/L)V:溶液體積(L)
高中常用
6. 重量百分率濃度 ↔ 莫耳濃度
這條路除了莫耳質量 M,還要溶液密度 d,因為你要在「每公升有幾 mol」與「每 100 g 有幾 g」之間轉換。
P% = CM / (10d) ; C = 10dP% / M
P%:重量百分率(%)C:莫耳濃度(mol/L)M:莫耳質量(g/mol)d:溶液密度(g/mL)
周邊應用
7. 混合氣體分壓
道耳頓分壓定律:某氣體的分壓,等於總壓力乘上它在混合氣體中的莫耳分率。這塊有關,但通常不是莫耳入門最核心的部分。
Pi = Ptotal × (ni / ntotal)
Pi:該氣體分壓(atm)Ptotal:總壓(atm)ni:該氣體莫耳數(mol)ntotal:總莫耳數(mol)
必補觀念
8. 化學反應係數比
化學計量真正的主幹:已知量 → mol → 係數比 → mol → 所求量。只有方程式平衡後,係數比才有意義。
例如:2H2 + O2 → 2H2O
2 : 1 : 2 代表分子比也同時代表莫耳比
高中常用
9. 稀釋
不是背一條新公式而已,而是要知道:加水前後,溶質的莫耳數不變,所以 C1V1 = C2V2。
C1V1 = C2V2
C1, V1:稀釋前濃度與體積C2, V2:稀釋後濃度與總體積
周邊應用
10. 莫耳反應熱 / 燃燒熱
如果已知每 1 mol 反應放出或吸收多少熱,那就把「每 mol」乘上實際參與反應的 mol 數。這是莫耳的應用,但計算通常比主幹穩定直接。
q = nΔH
q:熱量(kJ)n:反應莫耳數(mol)ΔH:每 mol 的反應熱(kJ/mol)
周邊應用
11. 電量與電子莫耳數
電流其實就是「每秒通過多少電量」。先把電量 Q 算出來,再用法拉第常數 F 換成電子的莫耳數。
Q = It ; n(e−) = Q / F
Q:電量(C)I:電流(A = C/s)t:時間(s)F:96485 C/mol e−
周邊應用
12. 電解析出質量
先由電量求出電子莫耳數,再配合半反應式中的電子比,最後換成金屬的莫耳數與質量。這也是應用型、公式穩定的一塊。
m = ItM / (zF)
m:析出質量(g)M:金屬莫耳質量(g/mol)z:每 mol 金屬所需電子莫耳數I, t, F:見上一格
係數比不是死背:球球圖直接看出 2 : 1 : 2
2H2 + O2 → 2H2O
① 先平衡:左邊 4 個 H、2 個 O;右邊也要一樣。
② 係數比:2 : 1 : 2 不只代表分子個數比,也代表莫耳數比。
③ 真正接到莫耳:如果 H2 有 4 mol,那麼完全反應時 O2 需要 2 mol,並生成 4 mol 的 H2O。
係數平衡後,係數比同時代表粒子個數比與莫耳數比,可直接用於化學計量。
電解範例:12 V、5 A、10 分鐘,可析出多少克銅?
假設 Cu2+ 在陰極完全析出成 Cu,效率先視為 100%。這題最核心的是 5 A 與 10 分鐘,不是 12 V。
電流 I5 A
時間 t600 s
電量 Q = It3000 C
銅析出量約 0.56 g
為什麼 12 V 不進析出質量公式?因為在電流已經固定為 5 A 時,通過的總電量由 Q = It 決定,析出量也就跟著決定。12 V 可以拿來算功率 P = UI 或電能 E = UIt,但不會在固定 5 A 的情況下直接多析出銅。
理化延伸教材
跟著學校進度練習,或把莫耳、化學計量與進階題一起整理。
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