在先前的課程，

我們已經知道如何列出完整的化學方程式，

也學會利用質量守恆與電荷守恆

來平衡反應式的係數，

我們要如何應用平衡後的係數，

得到反應物消耗與生成物生成的數量關係呢？

今天的課程會一起學習

如何求得反應物或生成物的莫耳數與質量。

讓我們一起看看以下這個方程式，

相信你對它並不陌生，

沒錯，這是哈柏法製氨的化學方程式，

平衡後的係數比為1:3:2，

從這個係數比可以知道1個氮氣分子和3個氫氣分子，

可以產生2個氨氣分子，

所以方程式的係數比

同時也等於分子數變化量比。

不過，原子、分子是很小的物質，

不方便以「個」來計算，

我們會用莫耳數來表示原子、分子的數量。

讓我們回憶一下國中時學過「莫耳」的概念。

莫耳是用來表示物質所含粒子數目的單位，

一莫耳等於6.02×10²³個粒子。

在這個反應式中的係數比為1:3:2，

表示1莫耳的氮氣，和3莫耳的氫氣反應，

會產生2莫耳的氨氣，

所以從係數比也可以知道莫耳數的變化量為1:3:2。

現在我們知道

化學方程式的係數比等於分子數的變化量比，

也等於莫耳數變化量比，

請你想一想，

係數比與質量變化量比相同嗎？

想知道質量與體積的關係，

首先要知道莫耳數與質量、體積的換算。

回到莫耳的定義，

12克碳-12原子所含原子的數目即為1莫耳，

約等於6.02×10²³個粒子。

也就是當某原子或分子的質量

和原子量或分子量相同時，

此時數量即為1莫耳。

所以莫耳數等於質量除以原子量或分子量，

等於個數除以6.02×10²³。

先前的例子中，

已經知道1莫耳的氮氣，

和3莫耳的氫氣反應，

會產生2莫耳的氨氣，

因為莫耳數等於質量除以分子量，

只要知道分子量，

將分子量和莫耳數相乘，

就能求出每個物質的質量。

氮氣的分子量為28，

氫氣的分子量為2，

氨氣分子量為17，

所以1莫耳的氮氣為28乘1克，

3莫耳的氫氣為2乘3克，

2莫耳的氨氣為17乘2克，

所以消耗28克氮氣與6克氫氣，

會生成34克的氨氣，

得到質量變化量為28:6:34，

這個比例就不是1:3:2囉！

所以從一個反應式的係數比，

我們是無法得知質量變化的比例。

接著，來看體積和係數比間的關係吧！

這裡要特別提醒，

體積的關係僅適用於氣體狀態的物質，

如果反應式中有氣體，

且在同溫度與同壓力的情況下，

氣體的體積比會等於莫耳數比。

舉例來說，

1公升的氧氣，和2公升的氧氣，

所含有的氣體分子莫耳數比為1:2，

且氣體體積的變化量和係數比是相同的。

回到哈柏法製氨的反應中，

反應物與生成物都是氣體，

可以知道氣體體積變化量和係數比相同，

係數比為1:3:2，

所以1公升的氮氣與3公升的氫氣反應

會產生2公升的氨氣。

瞭解質量與氣體體積和係數比間的關係，

以及如何應用後，

請你利用剛學到的方式一起算算看

14克的氮氣與4克的氫氣反應

會產生多少莫耳的氨氣？

我們知道方程式的係數比等於莫耳數比，

題目中給了我們反應物的質量，

可以先將質量換算成莫耳數，

再利用係數比等於莫耳數比，

得到反應物的莫耳數。

首先，將質量除以分子量

可以得到莫耳數，

氮氣的分子量為28，

氫氣的分子量為2，

所以14克氮氣除以分子量28，

得到氮氣有0.5莫耳；

4克氫氣除以分子量2，

得到氫氣有2莫耳。

接著，從方程式係數比

知道莫耳數變化量比為1:3:2，

氮氣與氫氣消耗量比為1:3，

所以反應過程中消耗0.5莫耳氮氣的同時，

也會消耗0.5乘3等於1.5莫耳的氫氣，

並生成0.5乘2等於1莫耳的氨氣。

你有發現反應後，

氮氣完全用完，

而氫氣還剩下0.5莫耳嗎？

這裡要和你介紹一個新名詞。

當一個化學反應中，

若有兩種或兩種以上的反應物，

完全被用盡的反應物，

稱之為「限量試劑」。

限量試劑可以用來決定生成物的產量，

就好像做1個蛋糕要100克麵粉與1顆雞蛋，

如果有500克麵粉與3顆雞蛋，

能做出幾個蛋糕呢？

因為只有3顆雞蛋，

所以不論多出多少麵粉，

我們只能做出3個蛋糕，

這時候雞蛋會完全被用完，

麵粉則會剩下，

那麼雞蛋就是限量試劑。

回到剛才的例子中，

完全用完的氮氣

就是這個反應中的限量試劑。

另外，在完全反應的情況下，

限量試劑完全反應消耗掉之後，

生成物所能得到的最大產量稱為理論產量，

在這個例子中，

氮氣完全反應消耗掉之後，

最多可以生成1莫耳的氨氣，

即為理論產量。

不過既然稱之為「理論」產量，

表示實際實驗進行時，

可能會有其他的因素，

導致反應不是100%完全反應，

使最終生成物的實際產量比我們預期的少，

這時將實驗所得實際產量除以理論產量

會得到「產率」。

例如理論上能生成1莫耳的氨氣，

實際上卻只生成0.75莫耳的氨氣，

我們將實驗所得實際產量除以理論產量，

再乘100%得到75%，

就是這個反應的產率。

到了課程尾聲，

幫你做個小整理吧！

反應式係數比等於莫耳數變化量比，

也等於分子數的變化量比，

若同溫同壓下物質為氣體時，

係數比也等於體積變化量比。

化學反應中若有兩種或兩種以上的反應物，

則完全被用盡的反應物，

稱之為限量試劑，

可以用來決定生成物的產量。

在完全反應的情況下，

限量試劑完全反應消耗掉之後，

生成物所能得到的最大產量稱為理論產量。

而將實驗所得實際產量除以理論產量再乘100%，

可得反應的產率。

最後，想一想，

在產生目標生成物的過程中，

希望充分利用原料，

減少有害物質的釋放，

將反應的效率達到最高，

會計算「原子使用效率」。

原子使用效率要如何計算？

和產率有什麼不同呢？

歡迎你去找尋答案，

留言告訴我們喔！