國中自然

第四冊

部編版 學習手冊

主題化學反應

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單元壹化學反應與物理反應

一 物質的特性

(一) 物理和化學性質

1 在觀察物質所表現的特性時可以將結果分為物理性質和化學性質兩大類

目的是便於將各種不同的物質加以歸納分類提供更深入的研究並將物

質的性質運用在日常生活中

2 物理性質

(1) 是在不發生化學變化之下討論物質的狀態外觀密度顏色沸

點熔點導電性導熱性⋯等性質而觀察這些性質的同時物質

並不會改變物質的本質

(2) 例如金屬具有導電的性質這是屬於金屬的物理性質因為在金屬

在導電前後金屬的本質不變

3 化學性質

(1) 在討論物質在化學反應方面所表現出的特性在觀察化學性質的同時

物質有可能發生化學反應而改變本質並生成新的物質但也有可能在

研究物質的化學性質時物質並不發生化學變化

(2) 例如二氧化碳不可燃這是屬於二氧化碳的化學性質但在觀察二氧

化碳是否具可燃性的時候並不會發生化學反應

4 發生化學反應時物質的化學性質會改變而化學性質改變則是因為物質

本身的構造改變亦即組成物質分子的原子排列方式改變

(二) 化學性質與化學反應 1 化學性質物質於化學反應時所表現的性質化學性質包括的種類繁多

例如氧化還原活性可燃性助燃性酸鹼性⋯等

2 化學反應

(1) 化學反應就是化學變化意指物質在發生化學反應的前後本身的化學

性質發生改變且有新的物質產生

(2) 依道耳吞的原子說所謂化學反應是指物質內的原子排列方式改變例

如氫氣是由兩氫原子構成的分子而氧氣是兩氧原子構成的分子兩

主題化學反應

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者燃燒後會生成水而水的原子排列是由兩個氫原子和一個氧原子構成

水分子的原子排列方式與氫氣和氫氣不同故燃燒是化學反應

二 化學反應的特性

(一) 如何判斷化學反應

1 雖說化學反應是物質的結構改變原子的排列方式改變不過這些都不

由外觀簡易的觀察化學變化仍有一些表徵可據以判斷

2 化學變化的判別法當物質發生化學變化時由於本身性質改變表現

出的特性亦隨之改變因此由物質所表現的特徵可據以判斷物質是否

發生化學反應藉由下列簡單的方法加以判斷顏色是否改變是否產

生氣泡或沉澱物等

3 顏色改變化學變化不一定會發生顏色的改變但物質的顏色改變必為

化學反應的結果例如酸鹼指示劑的變色就是化學反應銀灰色的鐵

金屬生鏽（氧化反應）會變成紅棕色的氧化鐵⋯等

4 產生沈澱原本反應物在常溫下非固態發生反應後生成固體沈澱即

為化學反應例如二氧化碳通入石灰水中會產生白色沈澱（碳酸鈣）

5 產生氣泡反應物皆為固體或液體反應後會生成氣體者為化學反應

例如大理石浸泡於鹽酸中會產生二氧化碳氣泡鐵片加入酸性溶液中

會產生氫氣⋯等

(二) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

3 物質除了物理反應和化學反應之外在特定的條件下某些物質會發生

原子核反應此點將在「功與能」主題中詳述

主題化學反應

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單元貳化學反應的現象

一 化學反應與能的轉變

(一) 化學反應與能的變化 1 物質在發生化學反應或物理反應的同時必定伴隨能量的變化此種現

象可以由反應前後的溫度變化觀察得到

2 有些化學反應需要吸收能量才會持續反應而有些化學反應進行中會由

物質釋出能量因此化學反應可以分為吸熱反應和放熱反應

(1) 吸熱反應需要吸收能量才能持續發生的化學反應一旦停止供應能

量則反應會停止且吸熱反應所指的「熱」不限定是熱能的形式例

如電解水的反應是吸收電能才能發生的化學反應而光合作用是吸

收光能的化學反應

(2) 放熱反應反應進行時會釋出能量使系統的溫度上升例如氧化

反應酸鹼中和反應反應後系統因獲得物質所釋放的熱故溫度會

較反應前為高

3 化學反應的過程中物質釋出能量稱為放熱反應但這些能量是哪裡來

的呢而吸熱反應中物質所吸收的能量又跑到哪裡去了呢以下的敘述

可以解答這個疑問

(二) 化學反應與能量守恆

1 化學反應時物質的結構發生改變而原子結構中儲存著一種能的形式

稱為化學能不同原子的組合會有不同的化學能這些能量在平時不

會表現出來只有在結構發生變化時才會發生改變

2 吸熱反應吸熱反應的能量變化是將外界的能量轉換為原子間的化學能

吸熱反應所指的「熱」不限定是熱能的形式例如電解水的反應是

吸收電能才能發生的化學反應而光合作用是吸收光能的化學反應

3 放熱反應反應進行時會釋出能量使系統的溫度上升例如氧化反

應酸鹼中和反應反應後系統因獲得物質所釋放的熱故溫度會較反

應前為高而放熱反應則是儲存在原子之間的化學能被釋放出來轉換成

熱能或其他能量形式的過程

主題化學反應

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4 能量守恆定律在化學反應發生的同時化學能的形式亦同時發生轉變

吸熱反應使原子間的化學能增加了放熱反應則是化學能減少了但

是自然界的能量總值是不變的只是能量的形式會發生轉換而已這種

關係稱為能量守恆定律

5 例如電解水的反應中水吸收了電能後產生了氫氣和氧氣被吸收的

電能只是暫時以化學能的形式儲存起來當氫氧混合燃燒後又會釋

放出這些化學能成為熱能對物質而言能量有增有減但就整個自然界

而言能量的總值是不變的

(三) 能量變化的實驗觀察

1 物質發生化學反應時必伴隨能量的變化即放熱和吸熱的能量進出以

「酸鹼中和」反應為例觀察反應前後物質的溫度變化可以看出反應

時的能量變化並據以判斷酸鹼中和是屬於放熱或吸熱反應

2 「酸鹼中和」實驗裝置如圖一所示

步驟三中和反應後測量溶液末溫度

溶液溫度T2

步驟二滴入稀鹽酸溶液

稀鹽酸溶液

步驟一 測量最初溫度T1

溶液溫度T1

氫氧化鈉 溶液

圖一酸鹼中和與放熱反應

(1) 取一根試管裝入鹼性的氫氧化鈉水溶液並測量氫氧化鈉溶液的溫度

紀錄為T1

(2) 取少量的稀鹽酸滴入試管中並以玻璃棒攪拌使氫氧化鈉與稀鹽酸發

生酸鹼中和化學反應

(3) 測量中和反應後溶液的溫度發現水溶液溫度逐漸上升將上升至最

高的溫度T2紀錄下來

(4) 結果發現T2＞T1亦即水溶液因獲得酸鹼中和反應釋出的熱能而使溫

度上升故酸鹼中和反應是放熱的化學反應

主題化學反應

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二 化學反應與質量守恆

(二) 質量守恆定律

1 質量守恆定律物質在發生化學反應的同時雖然物質結構發生改變

但反應前後物質的總質量是不變的稱為質量守恆定律此關係最早由

俄國科學家羅蒙諾索夫提出

2 質量恆定律亦適用於物理反應但發生原子核反應時則不適用

3 原子核反應的前後原子的種類總質量皆發生改變並釋出大量的能

量這與物理反應及化學反應遵守質量守恆定律不同核反應不遵守質

量守恆定律此點將在「功與能」主題中敘述

(三) 能量守恆的實驗觀察

1 已知氯化鈣水溶液遇到碳酸鈉水溶液會產生白色沈澱因為反應前兩者

皆為無色水溶液反應則產生白色沈澱故為化學反應

2 將碳酸鈉水溶液裝於試管中並直立放入錐形瓶的氯化鈣溶液中使試管

浮於水溶液小心不使試管中的碳酸鈉溶液不要溢出到錐形瓶中（裝置

如圖二所示）

3 實驗觀察

(1)反應前先將整個錐形瓶置於天平上測量紀錄總質量為M1

反應前先秤重

總質量為M1

碳酸鈉水溶液裝於試管中並放入

錐形瓶中塞上橡皮塞

氯化鈣溶液碳酸鈉溶液

圖二化學反應與質量守恆

(2)然後將錐形瓶倒轉讓碳酸鈉溶液及氯化鈣溶液混合見錐形瓶內的水

溶混合並產生白色的沈澱此白色沈澱為碳酸鈣難溶於水故有沈

澱產生

(3)碳酸鈉溶液與氯化鈣溶液的化學反應式如下

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碳酸鈉（aq）＋氯化鈣（aq） rarr 碳酸鈣（s）＋氯化鈉（aq）

(4)待錐形瓶內的化學反應進行後再將錐形瓶置於天平上測量紀錄質

量為M2（如圖三所示）

(5)比較反應前後質量的大小結果M1＝M2亦即化學反應前物質的總質

量等於反應後物質的總質量

4 上述實驗尚包含了一項重要概念即碳酸根遇到第二族金屬離子會產

生難溶於水的鹼土金屬鹽類其離子反應式如下

CO32－＋Ca2＋rarrCaCO3darr

5 上述碳酸根的化學性質亦適用於硫酸根的反應

SO42－＋Ca2＋rarrCaSO4darr

產生白色沈澱

錐形瓶倒立使兩種溶液相

混合發生化學反應

圖三化學反應與質量守恆

反應後再秤重測得

總質量為M2

6 承上述性質碳酸鈣和硫酸鈣皆為白色固體對水的溶解度極小故在

水中呈白色沈澱

7 整理上述關係如下列反應式

CO32－

＋ 第Ⅱ族金屬離子 鹼金屬鹽類（白色沈澱） SO4

2－

8 第Ⅱ族金屬為鈹鎂鈣鍶鋇鐳等元素

主題化學反應

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單元參酸鹼鹽

一 電解質

(一) 電解質定義 1 電解質凡溶於水能導電的化合物皆可稱為【電解質】（常溫下為固

態的化合物熔融態可導電者亦可稱為電解質）

2 電解質種類【酸】【鹼】【鹽】三大類

(1) 酸類溶於水會產生氫離子（H＋）者例如

強酸硫酸【H2SO4】鹽酸【HCl】硝酸【HNO3】

弱酸醋酸【CH3COOH】

(2) 鹼類溶於水會產生氫氧根離子（OH－）者例如

強鹼氫氧化鈉【NaOH】熟石灰【Ca(OH)2】

弱鹼氫氧化鎂【Mg(OH)2】

(3) 鹽類食鹽【NaCl】硝酸鉀【KNO3】

3 非電解質凡溶於水不能導電的化合物皆稱為非電解質

(1) 所有非電解質的水溶液皆為中性溶液如醣頪的蔗糖（C12H22O11）

葡萄糖（C6H12O6）醇頪的酒精（C2H5OH）等都是非電解質

(2) 金屬石墨等物質雖可導電但它們都是元素而非化合物且在電

流通過時只是物理現象並不會發生化學反應故金屬和石墨為非

電解質

(二) 電解質的觀察 1 由物質的外觀不易看出其是否為電解質電解質的特質必須經過電解裝

置加以測試後才能判定 直流電源

V A ＋ －

電燈泡

圖一電解質的檢驗

2 判定電解質的方法以電路裝置

檢驗物質是否為電解質

（裝置如圖一）

(1) 取生活中常見的物質配置成水

溶液並分别以紅色和藍色石

蕊試紙檢驗水溶液的酸鹼性

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(2) 將水溶液分别裝入燒杯中通以直流電測試水溶液否導電

(3) 每一次檢驗後須將燒杯及碳棒洗淨後再進行下一項物質的測試

並將各種物質水溶液導電情形紀錄下來

(4) 實驗結果如表一所示

(5) 由表一可以得知可以導電的水溶液包含了酸鹼鹽類

3 電解質包含酸鹼鹽三類物質但並非所有酸鹼鹽類皆屬於電解質

因為部分鹽類難溶於水中故其溶液無法導電

4 例如碳酸鈣屬於鹽類但對水的溶解度很小其水溶液幾乎不導電故

碳酸鈣列為非電解質

(三) 解離說

1 瑞典化學家阿瑞尼士提出【解離說】電解質溶於水後即分解成帶電粒

子稱為【離子】帶正電的離子稱為【正離子】帶負電的離子稱為【

負離子】（如圖二）

圖二氯化鈣解離的過程

Cl－Ca2＋

Cl Cl Ca

Cl 解 離

水溶液

名稱

紅色石蕊試紙

由紅變藍色

藍色石蕊試紙

由藍變紅色

水溶液

酸鹼性 酸鹼鹽類

水溶液

是否導電

醋 否 是 酸 酸 是

酸梅汁 否 是 酸 酸 是

稀鹽酸 否 是 酸 酸 是

小蘇打 是 否 鹼 鹼 是

氨 水 是 否 鹼 鹼 是

肥皂水 是 否 鹼 鹼 是

食鹽水 否 否 中 性 鹽 是

蔗糖水 否 否 中 性 非電解質 否

酒 精 否 否 中 性 非電解質 否

麵 粉 否 否 中 性 非電解質 否

葡萄糖 否 否 中 性 非電解質 否

表一電解質檢驗結果

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2 電解質的水溶液呈電中性即正負離子所帶的【總電量相等】但溶

液中正負離子的總個數不一定相等

3 通以直流電時水

溶液中的正負離

子向兩側電極移動

形成電流正離子

受負極吸引往負極

移動負離子受正

極吸引往正極移動

（如圖三所示）

4 離子的化學性質較安定原子的化學性質較活潑例如鈉離子不會和

水起化學變化但鈉原子會和水產生激烈的化學反應生成氫氣

5 某些物質的水溶液會解離出數個原子為一群組的帶電原子團稱為稱

為「根」根的性質與單一原子所形成的離子在水溶液中導電的情形

皆相同且根在水中性質極為安定不會因通電流而起化學變化

6 常見的原子團整理如表二

原子團帶量 中文名稱 符 號 顏 色

＋１價 銨 根 NH4＋ 無 色

－１價

氫氧根 硝酸根 氰酸根 過錳酸根 碳酸氫根

氯酸根 醋酸根

OH－

NO3－

CN－

MnO4－

HCO3－

ClO3－

CH3COO－

無 色 無 色 無 色 紫 色 無 色

無 色 無 色

－２價

硫酸根 硫代硫酸根 亞硫酸根 碳酸根 鉻酸根 二鉻酸根

SO42－

S2O32－

SO32－

CO32－

CrO42－

Cr2O72－

無 色 無 色 無 色 無 色 黃 色 橘紅色

－３價 磷酸根 硼酸根

PO43－

BO33－

無 色 無 色

V A

＋ －

直流電源

圖三電解質導電的原理

電燈泡

＋

－

－

－

＋

＋

正極負極

表二常用「根離子」符號

主題化學反應

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二 酸與鹼類

(一) 酸性物質 1 「酸」溶於水可解離出【氫離子H】的化合物均稱為酸

2 酸的通性

(1) 水溶液可使石蕊試紙呈紅色酚酞指示劑呈無色

(2) 大多數活潑金屬會與酸性水溶液反應生成【氫氣】和【鹽類】

例鹽酸＋鐵rarr氫＋氯化亞鐵

2HCl＋FerarrH2uarr＋FeCl2 鹽類

(3) 碳酸鈣（大理石）與酸性水溶液反應生成【二氧化碳】

CaCO3＋2HClrarrCaCl2＋H2O＋CO2uarr

(4) 濃酸加水稀時會放出熱量使水溫上升

(5) 酸的水溶液都可以導電皆屬於電解質

(6) 酸溶液嘗起來有酸味(酸有腐蝕性輕易嘗試)

3 常見的酸性溶液如下表一

表一常見的酸性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

硫 酸 化學工業之母 H2SO4 強 酸

硝 酸 國防工業之母 HNO3 強 酸

氫氯酸 鹽 酸 HCl 強 酸

乙 酸 醋 酸 CH3COOH 弱 酸

4 硫酸的性質

(1) 硫酸的化學式為H2SO4俗稱化學工業之母

(2) 沸點在酸類中最高且具有脫水性故適合用於製造沸點較低的酸或

在化學反應中做為催化劑

(3) 熱濃硫酸可與大多數金屬(除金鉑以外)反應生成金屬離子同時放

出二氧化硫氣體稀硫酸對金屬的作用則較弱

5 硝酸的性質

(1) 無色揮性液體化學式ＨＮＯ3俗稱國防工業之母

(2) 硝酸在高溫下或受光線照射時本身容易分解出紅棕色的ＮＯ2氣體

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故使硝酸呈現淡黃色

(3) 實驗室中常以濃硫酸與硝酸鈉共熱再導入冷凝器中冷卻後製得

NaNO3 +H2SO4 rarr NaHSO4 +HNO3

(4) 硝酸與大多數金屬起反應(金鉑不反應)產生氣體

例銅與濃硝酸作用生成紅棕色的【ＮＯ2】氣體銅與稀硝酸作用

生成無色的【ＮＯ】氣體

(5) 蛋白質遇硝酸則成【黃色】反應故可做為檢驗蛋白質的方法

(6) 硝酸對橡膠的腐蝕性極強故盛裝硝酸的容器包含實驗器材都以玻璃

器材為主

6 鹽酸的性質

(1)鹽酸氯化氫的水溶液化學式HCl學名氫氯酸

(2)鹽酸易與多種金屬作用生成【氫氣】 (銅汞銀金鉑除外)

(3)濃鹽酸氣體遇到氨氣即生成白色煙霧狀的【氯化銨】

(4)粗製的鹽酸因為含有鐵離子（Fe3＋）故顏色略呈淡黃色

7 醋酸的性質

(1) 醋酸學名乙酸化學式ＣＨ3ＣＯＯＨ由酒類發酵生成

(2) 純醋酸又名冰醋酸是無色有刺激性的液體呈中性反應(必須溶解於

水才能解離出Ｈ＋才有酸性)

(3) 純醋酸在 167以下即凝固成為冰狀物俗稱冰醋酸

(4) 醋酸極易溶於水3-5的醋酸溶液可作為食用醋

(二) 鹼性物質 1 「鹼」性物質定義溶於水中時可解離出氫氧根離子（OH－）的化合物

鹼性物質的水溶液﹝OH－﹞＞﹝H＋﹞故水溶液呈鹼性

2 鹼的通性

(1) 鹼性物質溶於水中會解離出氫氧根離子（OH－）

(2) 水溶液可使石蕊試紙呈藍色酚酞指示劑呈紅色

(3) 鹼性水溶液可以溶解蛋白質和油脂故常用來作為清潔劑

(4) 鹼性水溶液觸感滑膩嚐起來有澀味

(5) 具有消除酸性的作用酸液如果加入鹼就會失去酸性胃藥中含有弱

鹼如氫氧化鎂等制酸劑

3 常見的鹼性溶液如下表二

主題化學反應

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表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

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單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

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M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

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3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

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3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

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單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

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二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

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三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

- 117 -

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(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

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主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

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主題化學反應

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單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

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因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

- 132 -

- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

- 136 -

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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單元壹化學反應與物理反應

一 物質的特性

(一) 物理和化學性質

1 在觀察物質所表現的特性時可以將結果分為物理性質和化學性質兩大類

目的是便於將各種不同的物質加以歸納分類提供更深入的研究並將物

質的性質運用在日常生活中

2 物理性質

(1) 是在不發生化學變化之下討論物質的狀態外觀密度顏色沸

點熔點導電性導熱性⋯等性質而觀察這些性質的同時物質

並不會改變物質的本質

(2) 例如金屬具有導電的性質這是屬於金屬的物理性質因為在金屬

在導電前後金屬的本質不變

3 化學性質

(1) 在討論物質在化學反應方面所表現出的特性在觀察化學性質的同時

物質有可能發生化學反應而改變本質並生成新的物質但也有可能在

研究物質的化學性質時物質並不發生化學變化

(2) 例如二氧化碳不可燃這是屬於二氧化碳的化學性質但在觀察二氧

化碳是否具可燃性的時候並不會發生化學反應

4 發生化學反應時物質的化學性質會改變而化學性質改變則是因為物質

本身的構造改變亦即組成物質分子的原子排列方式改變

(二) 化學性質與化學反應 1 化學性質物質於化學反應時所表現的性質化學性質包括的種類繁多

例如氧化還原活性可燃性助燃性酸鹼性⋯等

2 化學反應

(1) 化學反應就是化學變化意指物質在發生化學反應的前後本身的化學

性質發生改變且有新的物質產生

(2) 依道耳吞的原子說所謂化學反應是指物質內的原子排列方式改變例

如氫氣是由兩氫原子構成的分子而氧氣是兩氧原子構成的分子兩

主題化學反應

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者燃燒後會生成水而水的原子排列是由兩個氫原子和一個氧原子構成

水分子的原子排列方式與氫氣和氫氣不同故燃燒是化學反應

二 化學反應的特性

(一) 如何判斷化學反應

1 雖說化學反應是物質的結構改變原子的排列方式改變不過這些都不

由外觀簡易的觀察化學變化仍有一些表徵可據以判斷

2 化學變化的判別法當物質發生化學變化時由於本身性質改變表現

出的特性亦隨之改變因此由物質所表現的特徵可據以判斷物質是否

發生化學反應藉由下列簡單的方法加以判斷顏色是否改變是否產

生氣泡或沉澱物等

3 顏色改變化學變化不一定會發生顏色的改變但物質的顏色改變必為

化學反應的結果例如酸鹼指示劑的變色就是化學反應銀灰色的鐵

金屬生鏽（氧化反應）會變成紅棕色的氧化鐵⋯等

4 產生沈澱原本反應物在常溫下非固態發生反應後生成固體沈澱即

為化學反應例如二氧化碳通入石灰水中會產生白色沈澱（碳酸鈣）

5 產生氣泡反應物皆為固體或液體反應後會生成氣體者為化學反應

例如大理石浸泡於鹽酸中會產生二氧化碳氣泡鐵片加入酸性溶液中

會產生氫氣⋯等

(二) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

3 物質除了物理反應和化學反應之外在特定的條件下某些物質會發生

原子核反應此點將在「功與能」主題中詳述

主題化學反應

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單元貳化學反應的現象

一 化學反應與能的轉變

(一) 化學反應與能的變化 1 物質在發生化學反應或物理反應的同時必定伴隨能量的變化此種現

象可以由反應前後的溫度變化觀察得到

2 有些化學反應需要吸收能量才會持續反應而有些化學反應進行中會由

物質釋出能量因此化學反應可以分為吸熱反應和放熱反應

(1) 吸熱反應需要吸收能量才能持續發生的化學反應一旦停止供應能

量則反應會停止且吸熱反應所指的「熱」不限定是熱能的形式例

如電解水的反應是吸收電能才能發生的化學反應而光合作用是吸

收光能的化學反應

(2) 放熱反應反應進行時會釋出能量使系統的溫度上升例如氧化

反應酸鹼中和反應反應後系統因獲得物質所釋放的熱故溫度會

較反應前為高

3 化學反應的過程中物質釋出能量稱為放熱反應但這些能量是哪裡來

的呢而吸熱反應中物質所吸收的能量又跑到哪裡去了呢以下的敘述

可以解答這個疑問

(二) 化學反應與能量守恆

1 化學反應時物質的結構發生改變而原子結構中儲存著一種能的形式

稱為化學能不同原子的組合會有不同的化學能這些能量在平時不

會表現出來只有在結構發生變化時才會發生改變

2 吸熱反應吸熱反應的能量變化是將外界的能量轉換為原子間的化學能

吸熱反應所指的「熱」不限定是熱能的形式例如電解水的反應是

吸收電能才能發生的化學反應而光合作用是吸收光能的化學反應

3 放熱反應反應進行時會釋出能量使系統的溫度上升例如氧化反

應酸鹼中和反應反應後系統因獲得物質所釋放的熱故溫度會較反

應前為高而放熱反應則是儲存在原子之間的化學能被釋放出來轉換成

熱能或其他能量形式的過程

主題化學反應

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- 101 -

4 能量守恆定律在化學反應發生的同時化學能的形式亦同時發生轉變

吸熱反應使原子間的化學能增加了放熱反應則是化學能減少了但

是自然界的能量總值是不變的只是能量的形式會發生轉換而已這種

關係稱為能量守恆定律

5 例如電解水的反應中水吸收了電能後產生了氫氣和氧氣被吸收的

電能只是暫時以化學能的形式儲存起來當氫氧混合燃燒後又會釋

放出這些化學能成為熱能對物質而言能量有增有減但就整個自然界

而言能量的總值是不變的

(三) 能量變化的實驗觀察

1 物質發生化學反應時必伴隨能量的變化即放熱和吸熱的能量進出以

「酸鹼中和」反應為例觀察反應前後物質的溫度變化可以看出反應

時的能量變化並據以判斷酸鹼中和是屬於放熱或吸熱反應

2 「酸鹼中和」實驗裝置如圖一所示

步驟三中和反應後測量溶液末溫度

溶液溫度T2

步驟二滴入稀鹽酸溶液

稀鹽酸溶液

步驟一 測量最初溫度T1

溶液溫度T1

氫氧化鈉 溶液

圖一酸鹼中和與放熱反應

(1) 取一根試管裝入鹼性的氫氧化鈉水溶液並測量氫氧化鈉溶液的溫度

紀錄為T1

(2) 取少量的稀鹽酸滴入試管中並以玻璃棒攪拌使氫氧化鈉與稀鹽酸發

生酸鹼中和化學反應

(3) 測量中和反應後溶液的溫度發現水溶液溫度逐漸上升將上升至最

高的溫度T2紀錄下來

(4) 結果發現T2＞T1亦即水溶液因獲得酸鹼中和反應釋出的熱能而使溫

度上升故酸鹼中和反應是放熱的化學反應

主題化學反應

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二 化學反應與質量守恆

(二) 質量守恆定律

1 質量守恆定律物質在發生化學反應的同時雖然物質結構發生改變

但反應前後物質的總質量是不變的稱為質量守恆定律此關係最早由

俄國科學家羅蒙諾索夫提出

2 質量恆定律亦適用於物理反應但發生原子核反應時則不適用

3 原子核反應的前後原子的種類總質量皆發生改變並釋出大量的能

量這與物理反應及化學反應遵守質量守恆定律不同核反應不遵守質

量守恆定律此點將在「功與能」主題中敘述

(三) 能量守恆的實驗觀察

1 已知氯化鈣水溶液遇到碳酸鈉水溶液會產生白色沈澱因為反應前兩者

皆為無色水溶液反應則產生白色沈澱故為化學反應

2 將碳酸鈉水溶液裝於試管中並直立放入錐形瓶的氯化鈣溶液中使試管

浮於水溶液小心不使試管中的碳酸鈉溶液不要溢出到錐形瓶中（裝置

如圖二所示）

3 實驗觀察

(1)反應前先將整個錐形瓶置於天平上測量紀錄總質量為M1

反應前先秤重

總質量為M1

碳酸鈉水溶液裝於試管中並放入

錐形瓶中塞上橡皮塞

氯化鈣溶液碳酸鈉溶液

圖二化學反應與質量守恆

(2)然後將錐形瓶倒轉讓碳酸鈉溶液及氯化鈣溶液混合見錐形瓶內的水

溶混合並產生白色的沈澱此白色沈澱為碳酸鈣難溶於水故有沈

澱產生

(3)碳酸鈉溶液與氯化鈣溶液的化學反應式如下

主題化學反應

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碳酸鈉（aq）＋氯化鈣（aq） rarr 碳酸鈣（s）＋氯化鈉（aq）

(4)待錐形瓶內的化學反應進行後再將錐形瓶置於天平上測量紀錄質

量為M2（如圖三所示）

(5)比較反應前後質量的大小結果M1＝M2亦即化學反應前物質的總質

量等於反應後物質的總質量

4 上述實驗尚包含了一項重要概念即碳酸根遇到第二族金屬離子會產

生難溶於水的鹼土金屬鹽類其離子反應式如下

CO32－＋Ca2＋rarrCaCO3darr

5 上述碳酸根的化學性質亦適用於硫酸根的反應

SO42－＋Ca2＋rarrCaSO4darr

產生白色沈澱

錐形瓶倒立使兩種溶液相

混合發生化學反應

圖三化學反應與質量守恆

反應後再秤重測得

總質量為M2

6 承上述性質碳酸鈣和硫酸鈣皆為白色固體對水的溶解度極小故在

水中呈白色沈澱

7 整理上述關係如下列反應式

CO32－

＋ 第Ⅱ族金屬離子 鹼金屬鹽類（白色沈澱） SO4

2－

8 第Ⅱ族金屬為鈹鎂鈣鍶鋇鐳等元素

主題化學反應

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單元參酸鹼鹽

一 電解質

(一) 電解質定義 1 電解質凡溶於水能導電的化合物皆可稱為【電解質】（常溫下為固

態的化合物熔融態可導電者亦可稱為電解質）

2 電解質種類【酸】【鹼】【鹽】三大類

(1) 酸類溶於水會產生氫離子（H＋）者例如

強酸硫酸【H2SO4】鹽酸【HCl】硝酸【HNO3】

弱酸醋酸【CH3COOH】

(2) 鹼類溶於水會產生氫氧根離子（OH－）者例如

強鹼氫氧化鈉【NaOH】熟石灰【Ca(OH)2】

弱鹼氫氧化鎂【Mg(OH)2】

(3) 鹽類食鹽【NaCl】硝酸鉀【KNO3】

3 非電解質凡溶於水不能導電的化合物皆稱為非電解質

(1) 所有非電解質的水溶液皆為中性溶液如醣頪的蔗糖（C12H22O11）

葡萄糖（C6H12O6）醇頪的酒精（C2H5OH）等都是非電解質

(2) 金屬石墨等物質雖可導電但它們都是元素而非化合物且在電

流通過時只是物理現象並不會發生化學反應故金屬和石墨為非

電解質

(二) 電解質的觀察 1 由物質的外觀不易看出其是否為電解質電解質的特質必須經過電解裝

置加以測試後才能判定 直流電源

V A ＋ －

電燈泡

圖一電解質的檢驗

2 判定電解質的方法以電路裝置

檢驗物質是否為電解質

（裝置如圖一）

(1) 取生活中常見的物質配置成水

溶液並分别以紅色和藍色石

蕊試紙檢驗水溶液的酸鹼性

主題化學反應

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- 105 -

(2) 將水溶液分别裝入燒杯中通以直流電測試水溶液否導電

(3) 每一次檢驗後須將燒杯及碳棒洗淨後再進行下一項物質的測試

並將各種物質水溶液導電情形紀錄下來

(4) 實驗結果如表一所示

(5) 由表一可以得知可以導電的水溶液包含了酸鹼鹽類

3 電解質包含酸鹼鹽三類物質但並非所有酸鹼鹽類皆屬於電解質

因為部分鹽類難溶於水中故其溶液無法導電

4 例如碳酸鈣屬於鹽類但對水的溶解度很小其水溶液幾乎不導電故

碳酸鈣列為非電解質

(三) 解離說

1 瑞典化學家阿瑞尼士提出【解離說】電解質溶於水後即分解成帶電粒

子稱為【離子】帶正電的離子稱為【正離子】帶負電的離子稱為【

負離子】（如圖二）

圖二氯化鈣解離的過程

Cl－Ca2＋

Cl Cl Ca

Cl 解 離

水溶液

名稱

紅色石蕊試紙

由紅變藍色

藍色石蕊試紙

由藍變紅色

水溶液

酸鹼性 酸鹼鹽類

水溶液

是否導電

醋 否 是 酸 酸 是

酸梅汁 否 是 酸 酸 是

稀鹽酸 否 是 酸 酸 是

小蘇打 是 否 鹼 鹼 是

氨 水 是 否 鹼 鹼 是

肥皂水 是 否 鹼 鹼 是

食鹽水 否 否 中 性 鹽 是

蔗糖水 否 否 中 性 非電解質 否

酒 精 否 否 中 性 非電解質 否

麵 粉 否 否 中 性 非電解質 否

葡萄糖 否 否 中 性 非電解質 否

表一電解質檢驗結果

主題化學反應

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- 106 -

2 電解質的水溶液呈電中性即正負離子所帶的【總電量相等】但溶

液中正負離子的總個數不一定相等

3 通以直流電時水

溶液中的正負離

子向兩側電極移動

形成電流正離子

受負極吸引往負極

移動負離子受正

極吸引往正極移動

（如圖三所示）

4 離子的化學性質較安定原子的化學性質較活潑例如鈉離子不會和

水起化學變化但鈉原子會和水產生激烈的化學反應生成氫氣

5 某些物質的水溶液會解離出數個原子為一群組的帶電原子團稱為稱

為「根」根的性質與單一原子所形成的離子在水溶液中導電的情形

皆相同且根在水中性質極為安定不會因通電流而起化學變化

6 常見的原子團整理如表二

原子團帶量 中文名稱 符 號 顏 色

＋１價 銨 根 NH4＋ 無 色

－１價

氫氧根 硝酸根 氰酸根 過錳酸根 碳酸氫根

氯酸根 醋酸根

OH－

NO3－

CN－

MnO4－

HCO3－

ClO3－

CH3COO－

無 色 無 色 無 色 紫 色 無 色

無 色 無 色

－２價

硫酸根 硫代硫酸根 亞硫酸根 碳酸根 鉻酸根 二鉻酸根

SO42－

S2O32－

SO32－

CO32－

CrO42－

Cr2O72－

無 色 無 色 無 色 無 色 黃 色 橘紅色

－３價 磷酸根 硼酸根

PO43－

BO33－

無 色 無 色

V A

＋ －

直流電源

圖三電解質導電的原理

電燈泡

＋

－

－

－

＋

＋

正極負極

表二常用「根離子」符號

主題化學反應

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- 107 -

二 酸與鹼類

(一) 酸性物質 1 「酸」溶於水可解離出【氫離子H】的化合物均稱為酸

2 酸的通性

(1) 水溶液可使石蕊試紙呈紅色酚酞指示劑呈無色

(2) 大多數活潑金屬會與酸性水溶液反應生成【氫氣】和【鹽類】

例鹽酸＋鐵rarr氫＋氯化亞鐵

2HCl＋FerarrH2uarr＋FeCl2 鹽類

(3) 碳酸鈣（大理石）與酸性水溶液反應生成【二氧化碳】

CaCO3＋2HClrarrCaCl2＋H2O＋CO2uarr

(4) 濃酸加水稀時會放出熱量使水溫上升

(5) 酸的水溶液都可以導電皆屬於電解質

(6) 酸溶液嘗起來有酸味(酸有腐蝕性輕易嘗試)

3 常見的酸性溶液如下表一

表一常見的酸性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

硫 酸 化學工業之母 H2SO4 強 酸

硝 酸 國防工業之母 HNO3 強 酸

氫氯酸 鹽 酸 HCl 強 酸

乙 酸 醋 酸 CH3COOH 弱 酸

4 硫酸的性質

(1) 硫酸的化學式為H2SO4俗稱化學工業之母

(2) 沸點在酸類中最高且具有脫水性故適合用於製造沸點較低的酸或

在化學反應中做為催化劑

(3) 熱濃硫酸可與大多數金屬(除金鉑以外)反應生成金屬離子同時放

出二氧化硫氣體稀硫酸對金屬的作用則較弱

5 硝酸的性質

(1) 無色揮性液體化學式ＨＮＯ3俗稱國防工業之母

(2) 硝酸在高溫下或受光線照射時本身容易分解出紅棕色的ＮＯ2氣體

主題化學反應

- 108 -

- 108 -

故使硝酸呈現淡黃色

(3) 實驗室中常以濃硫酸與硝酸鈉共熱再導入冷凝器中冷卻後製得

NaNO3 +H2SO4 rarr NaHSO4 +HNO3

(4) 硝酸與大多數金屬起反應(金鉑不反應)產生氣體

例銅與濃硝酸作用生成紅棕色的【ＮＯ2】氣體銅與稀硝酸作用

生成無色的【ＮＯ】氣體

(5) 蛋白質遇硝酸則成【黃色】反應故可做為檢驗蛋白質的方法

(6) 硝酸對橡膠的腐蝕性極強故盛裝硝酸的容器包含實驗器材都以玻璃

器材為主

6 鹽酸的性質

(1)鹽酸氯化氫的水溶液化學式HCl學名氫氯酸

(2)鹽酸易與多種金屬作用生成【氫氣】 (銅汞銀金鉑除外)

(3)濃鹽酸氣體遇到氨氣即生成白色煙霧狀的【氯化銨】

(4)粗製的鹽酸因為含有鐵離子（Fe3＋）故顏色略呈淡黃色

7 醋酸的性質

(1) 醋酸學名乙酸化學式ＣＨ3ＣＯＯＨ由酒類發酵生成

(2) 純醋酸又名冰醋酸是無色有刺激性的液體呈中性反應(必須溶解於

水才能解離出Ｈ＋才有酸性)

(3) 純醋酸在 167以下即凝固成為冰狀物俗稱冰醋酸

(4) 醋酸極易溶於水3-5的醋酸溶液可作為食用醋

(二) 鹼性物質 1 「鹼」性物質定義溶於水中時可解離出氫氧根離子（OH－）的化合物

鹼性物質的水溶液﹝OH－﹞＞﹝H＋﹞故水溶液呈鹼性

2 鹼的通性

(1) 鹼性物質溶於水中會解離出氫氧根離子（OH－）

(2) 水溶液可使石蕊試紙呈藍色酚酞指示劑呈紅色

(3) 鹼性水溶液可以溶解蛋白質和油脂故常用來作為清潔劑

(4) 鹼性水溶液觸感滑膩嚐起來有澀味

(5) 具有消除酸性的作用酸液如果加入鹼就會失去酸性胃藥中含有弱

鹼如氫氧化鎂等制酸劑

3 常見的鹼性溶液如下表二

主題化學反應

- 109 -

- 109 -

表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

- 110 -

- 110 -

單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

- 111 -

- 111 -

M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

- 112 -

- 112 -

3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

- 113 -

- 113 -

3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

- 114 -

- 114 -

單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

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- 115 -

二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

- 116 -

- 116 -

三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

- 117 -

- 117 -

(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

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接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

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(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題化學反應

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者燃燒後會生成水而水的原子排列是由兩個氫原子和一個氧原子構成

水分子的原子排列方式與氫氣和氫氣不同故燃燒是化學反應

二 化學反應的特性

(一) 如何判斷化學反應

1 雖說化學反應是物質的結構改變原子的排列方式改變不過這些都不

由外觀簡易的觀察化學變化仍有一些表徵可據以判斷

2 化學變化的判別法當物質發生化學變化時由於本身性質改變表現

出的特性亦隨之改變因此由物質所表現的特徵可據以判斷物質是否

發生化學反應藉由下列簡單的方法加以判斷顏色是否改變是否產

生氣泡或沉澱物等

3 顏色改變化學變化不一定會發生顏色的改變但物質的顏色改變必為

化學反應的結果例如酸鹼指示劑的變色就是化學反應銀灰色的鐵

金屬生鏽（氧化反應）會變成紅棕色的氧化鐵⋯等

4 產生沈澱原本反應物在常溫下非固態發生反應後生成固體沈澱即

為化學反應例如二氧化碳通入石灰水中會產生白色沈澱（碳酸鈣）

5 產生氣泡反應物皆為固體或液體反應後會生成氣體者為化學反應

例如大理石浸泡於鹽酸中會產生二氧化碳氣泡鐵片加入酸性溶液中

會產生氫氣⋯等

(二) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

3 物質除了物理反應和化學反應之外在特定的條件下某些物質會發生

原子核反應此點將在「功與能」主題中詳述

主題化學反應

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- 100 -

單元貳化學反應的現象

一 化學反應與能的轉變

(一) 化學反應與能的變化 1 物質在發生化學反應或物理反應的同時必定伴隨能量的變化此種現

象可以由反應前後的溫度變化觀察得到

2 有些化學反應需要吸收能量才會持續反應而有些化學反應進行中會由

物質釋出能量因此化學反應可以分為吸熱反應和放熱反應

(1) 吸熱反應需要吸收能量才能持續發生的化學反應一旦停止供應能

量則反應會停止且吸熱反應所指的「熱」不限定是熱能的形式例

如電解水的反應是吸收電能才能發生的化學反應而光合作用是吸

收光能的化學反應

(2) 放熱反應反應進行時會釋出能量使系統的溫度上升例如氧化

反應酸鹼中和反應反應後系統因獲得物質所釋放的熱故溫度會

較反應前為高

3 化學反應的過程中物質釋出能量稱為放熱反應但這些能量是哪裡來

的呢而吸熱反應中物質所吸收的能量又跑到哪裡去了呢以下的敘述

可以解答這個疑問

(二) 化學反應與能量守恆

1 化學反應時物質的結構發生改變而原子結構中儲存著一種能的形式

稱為化學能不同原子的組合會有不同的化學能這些能量在平時不

會表現出來只有在結構發生變化時才會發生改變

2 吸熱反應吸熱反應的能量變化是將外界的能量轉換為原子間的化學能

吸熱反應所指的「熱」不限定是熱能的形式例如電解水的反應是

吸收電能才能發生的化學反應而光合作用是吸收光能的化學反應

3 放熱反應反應進行時會釋出能量使系統的溫度上升例如氧化反

應酸鹼中和反應反應後系統因獲得物質所釋放的熱故溫度會較反

應前為高而放熱反應則是儲存在原子之間的化學能被釋放出來轉換成

熱能或其他能量形式的過程

主題化學反應

- 101 -

- 101 -

4 能量守恆定律在化學反應發生的同時化學能的形式亦同時發生轉變

吸熱反應使原子間的化學能增加了放熱反應則是化學能減少了但

是自然界的能量總值是不變的只是能量的形式會發生轉換而已這種

關係稱為能量守恆定律

5 例如電解水的反應中水吸收了電能後產生了氫氣和氧氣被吸收的

電能只是暫時以化學能的形式儲存起來當氫氧混合燃燒後又會釋

放出這些化學能成為熱能對物質而言能量有增有減但就整個自然界

而言能量的總值是不變的

(三) 能量變化的實驗觀察

1 物質發生化學反應時必伴隨能量的變化即放熱和吸熱的能量進出以

「酸鹼中和」反應為例觀察反應前後物質的溫度變化可以看出反應

時的能量變化並據以判斷酸鹼中和是屬於放熱或吸熱反應

2 「酸鹼中和」實驗裝置如圖一所示

步驟三中和反應後測量溶液末溫度

溶液溫度T2

步驟二滴入稀鹽酸溶液

稀鹽酸溶液

步驟一 測量最初溫度T1

溶液溫度T1

氫氧化鈉 溶液

圖一酸鹼中和與放熱反應

(1) 取一根試管裝入鹼性的氫氧化鈉水溶液並測量氫氧化鈉溶液的溫度

紀錄為T1

(2) 取少量的稀鹽酸滴入試管中並以玻璃棒攪拌使氫氧化鈉與稀鹽酸發

生酸鹼中和化學反應

(3) 測量中和反應後溶液的溫度發現水溶液溫度逐漸上升將上升至最

高的溫度T2紀錄下來

(4) 結果發現T2＞T1亦即水溶液因獲得酸鹼中和反應釋出的熱能而使溫

度上升故酸鹼中和反應是放熱的化學反應

主題化學反應

- 102 -

- 102 -

二 化學反應與質量守恆

(二) 質量守恆定律

1 質量守恆定律物質在發生化學反應的同時雖然物質結構發生改變

但反應前後物質的總質量是不變的稱為質量守恆定律此關係最早由

俄國科學家羅蒙諾索夫提出

2 質量恆定律亦適用於物理反應但發生原子核反應時則不適用

3 原子核反應的前後原子的種類總質量皆發生改變並釋出大量的能

量這與物理反應及化學反應遵守質量守恆定律不同核反應不遵守質

量守恆定律此點將在「功與能」主題中敘述

(三) 能量守恆的實驗觀察

1 已知氯化鈣水溶液遇到碳酸鈉水溶液會產生白色沈澱因為反應前兩者

皆為無色水溶液反應則產生白色沈澱故為化學反應

2 將碳酸鈉水溶液裝於試管中並直立放入錐形瓶的氯化鈣溶液中使試管

浮於水溶液小心不使試管中的碳酸鈉溶液不要溢出到錐形瓶中（裝置

如圖二所示）

3 實驗觀察

(1)反應前先將整個錐形瓶置於天平上測量紀錄總質量為M1

反應前先秤重

總質量為M1

碳酸鈉水溶液裝於試管中並放入

錐形瓶中塞上橡皮塞

氯化鈣溶液碳酸鈉溶液

圖二化學反應與質量守恆

(2)然後將錐形瓶倒轉讓碳酸鈉溶液及氯化鈣溶液混合見錐形瓶內的水

溶混合並產生白色的沈澱此白色沈澱為碳酸鈣難溶於水故有沈

澱產生

(3)碳酸鈉溶液與氯化鈣溶液的化學反應式如下

主題化學反應

- 103 -

- 103 -

碳酸鈉（aq）＋氯化鈣（aq） rarr 碳酸鈣（s）＋氯化鈉（aq）

(4)待錐形瓶內的化學反應進行後再將錐形瓶置於天平上測量紀錄質

量為M2（如圖三所示）

(5)比較反應前後質量的大小結果M1＝M2亦即化學反應前物質的總質

量等於反應後物質的總質量

4 上述實驗尚包含了一項重要概念即碳酸根遇到第二族金屬離子會產

生難溶於水的鹼土金屬鹽類其離子反應式如下

CO32－＋Ca2＋rarrCaCO3darr

5 上述碳酸根的化學性質亦適用於硫酸根的反應

SO42－＋Ca2＋rarrCaSO4darr

產生白色沈澱

錐形瓶倒立使兩種溶液相

混合發生化學反應

圖三化學反應與質量守恆

反應後再秤重測得

總質量為M2

6 承上述性質碳酸鈣和硫酸鈣皆為白色固體對水的溶解度極小故在

水中呈白色沈澱

7 整理上述關係如下列反應式

CO32－

＋ 第Ⅱ族金屬離子 鹼金屬鹽類（白色沈澱） SO4

2－

8 第Ⅱ族金屬為鈹鎂鈣鍶鋇鐳等元素

主題化學反應

- 104 -

- 104 -

單元參酸鹼鹽

一 電解質

(一) 電解質定義 1 電解質凡溶於水能導電的化合物皆可稱為【電解質】（常溫下為固

態的化合物熔融態可導電者亦可稱為電解質）

2 電解質種類【酸】【鹼】【鹽】三大類

(1) 酸類溶於水會產生氫離子（H＋）者例如

強酸硫酸【H2SO4】鹽酸【HCl】硝酸【HNO3】

弱酸醋酸【CH3COOH】

(2) 鹼類溶於水會產生氫氧根離子（OH－）者例如

強鹼氫氧化鈉【NaOH】熟石灰【Ca(OH)2】

弱鹼氫氧化鎂【Mg(OH)2】

(3) 鹽類食鹽【NaCl】硝酸鉀【KNO3】

3 非電解質凡溶於水不能導電的化合物皆稱為非電解質

(1) 所有非電解質的水溶液皆為中性溶液如醣頪的蔗糖（C12H22O11）

葡萄糖（C6H12O6）醇頪的酒精（C2H5OH）等都是非電解質

(2) 金屬石墨等物質雖可導電但它們都是元素而非化合物且在電

流通過時只是物理現象並不會發生化學反應故金屬和石墨為非

電解質

(二) 電解質的觀察 1 由物質的外觀不易看出其是否為電解質電解質的特質必須經過電解裝

置加以測試後才能判定 直流電源

V A ＋ －

電燈泡

圖一電解質的檢驗

2 判定電解質的方法以電路裝置

檢驗物質是否為電解質

（裝置如圖一）

(1) 取生活中常見的物質配置成水

溶液並分别以紅色和藍色石

蕊試紙檢驗水溶液的酸鹼性

主題化學反應

- 105 -

- 105 -

(2) 將水溶液分别裝入燒杯中通以直流電測試水溶液否導電

(3) 每一次檢驗後須將燒杯及碳棒洗淨後再進行下一項物質的測試

並將各種物質水溶液導電情形紀錄下來

(4) 實驗結果如表一所示

(5) 由表一可以得知可以導電的水溶液包含了酸鹼鹽類

3 電解質包含酸鹼鹽三類物質但並非所有酸鹼鹽類皆屬於電解質

因為部分鹽類難溶於水中故其溶液無法導電

4 例如碳酸鈣屬於鹽類但對水的溶解度很小其水溶液幾乎不導電故

碳酸鈣列為非電解質

(三) 解離說

1 瑞典化學家阿瑞尼士提出【解離說】電解質溶於水後即分解成帶電粒

子稱為【離子】帶正電的離子稱為【正離子】帶負電的離子稱為【

負離子】（如圖二）

圖二氯化鈣解離的過程

Cl－Ca2＋

Cl Cl Ca

Cl 解 離

水溶液

名稱

紅色石蕊試紙

由紅變藍色

藍色石蕊試紙

由藍變紅色

水溶液

酸鹼性 酸鹼鹽類

水溶液

是否導電

醋 否 是 酸 酸 是

酸梅汁 否 是 酸 酸 是

稀鹽酸 否 是 酸 酸 是

小蘇打 是 否 鹼 鹼 是

氨 水 是 否 鹼 鹼 是

肥皂水 是 否 鹼 鹼 是

食鹽水 否 否 中 性 鹽 是

蔗糖水 否 否 中 性 非電解質 否

酒 精 否 否 中 性 非電解質 否

麵 粉 否 否 中 性 非電解質 否

葡萄糖 否 否 中 性 非電解質 否

表一電解質檢驗結果

主題化學反應

- 106 -

- 106 -

2 電解質的水溶液呈電中性即正負離子所帶的【總電量相等】但溶

液中正負離子的總個數不一定相等

3 通以直流電時水

溶液中的正負離

子向兩側電極移動

形成電流正離子

受負極吸引往負極

移動負離子受正

極吸引往正極移動

（如圖三所示）

4 離子的化學性質較安定原子的化學性質較活潑例如鈉離子不會和

水起化學變化但鈉原子會和水產生激烈的化學反應生成氫氣

5 某些物質的水溶液會解離出數個原子為一群組的帶電原子團稱為稱

為「根」根的性質與單一原子所形成的離子在水溶液中導電的情形

皆相同且根在水中性質極為安定不會因通電流而起化學變化

6 常見的原子團整理如表二

原子團帶量 中文名稱 符 號 顏 色

＋１價 銨 根 NH4＋ 無 色

－１價

氫氧根 硝酸根 氰酸根 過錳酸根 碳酸氫根

氯酸根 醋酸根

OH－

NO3－

CN－

MnO4－

HCO3－

ClO3－

CH3COO－

無 色 無 色 無 色 紫 色 無 色

無 色 無 色

－２價

硫酸根 硫代硫酸根 亞硫酸根 碳酸根 鉻酸根 二鉻酸根

SO42－

S2O32－

SO32－

CO32－

CrO42－

Cr2O72－

無 色 無 色 無 色 無 色 黃 色 橘紅色

－３價 磷酸根 硼酸根

PO43－

BO33－

無 色 無 色

V A

＋ －

直流電源

圖三電解質導電的原理

電燈泡

＋

－

－

－

＋

＋

正極負極

表二常用「根離子」符號

主題化學反應

- 107 -

- 107 -

二 酸與鹼類

(一) 酸性物質 1 「酸」溶於水可解離出【氫離子H】的化合物均稱為酸

2 酸的通性

(1) 水溶液可使石蕊試紙呈紅色酚酞指示劑呈無色

(2) 大多數活潑金屬會與酸性水溶液反應生成【氫氣】和【鹽類】

例鹽酸＋鐵rarr氫＋氯化亞鐵

2HCl＋FerarrH2uarr＋FeCl2 鹽類

(3) 碳酸鈣（大理石）與酸性水溶液反應生成【二氧化碳】

CaCO3＋2HClrarrCaCl2＋H2O＋CO2uarr

(4) 濃酸加水稀時會放出熱量使水溫上升

(5) 酸的水溶液都可以導電皆屬於電解質

(6) 酸溶液嘗起來有酸味(酸有腐蝕性輕易嘗試)

3 常見的酸性溶液如下表一

表一常見的酸性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

硫 酸 化學工業之母 H2SO4 強 酸

硝 酸 國防工業之母 HNO3 強 酸

氫氯酸 鹽 酸 HCl 強 酸

乙 酸 醋 酸 CH3COOH 弱 酸

4 硫酸的性質

(1) 硫酸的化學式為H2SO4俗稱化學工業之母

(2) 沸點在酸類中最高且具有脫水性故適合用於製造沸點較低的酸或

在化學反應中做為催化劑

(3) 熱濃硫酸可與大多數金屬(除金鉑以外)反應生成金屬離子同時放

出二氧化硫氣體稀硫酸對金屬的作用則較弱

5 硝酸的性質

(1) 無色揮性液體化學式ＨＮＯ3俗稱國防工業之母

(2) 硝酸在高溫下或受光線照射時本身容易分解出紅棕色的ＮＯ2氣體

主題化學反應

- 108 -

- 108 -

故使硝酸呈現淡黃色

(3) 實驗室中常以濃硫酸與硝酸鈉共熱再導入冷凝器中冷卻後製得

NaNO3 +H2SO4 rarr NaHSO4 +HNO3

(4) 硝酸與大多數金屬起反應(金鉑不反應)產生氣體

例銅與濃硝酸作用生成紅棕色的【ＮＯ2】氣體銅與稀硝酸作用

生成無色的【ＮＯ】氣體

(5) 蛋白質遇硝酸則成【黃色】反應故可做為檢驗蛋白質的方法

(6) 硝酸對橡膠的腐蝕性極強故盛裝硝酸的容器包含實驗器材都以玻璃

器材為主

6 鹽酸的性質

(1)鹽酸氯化氫的水溶液化學式HCl學名氫氯酸

(2)鹽酸易與多種金屬作用生成【氫氣】 (銅汞銀金鉑除外)

(3)濃鹽酸氣體遇到氨氣即生成白色煙霧狀的【氯化銨】

(4)粗製的鹽酸因為含有鐵離子（Fe3＋）故顏色略呈淡黃色

7 醋酸的性質

(1) 醋酸學名乙酸化學式ＣＨ3ＣＯＯＨ由酒類發酵生成

(2) 純醋酸又名冰醋酸是無色有刺激性的液體呈中性反應(必須溶解於

水才能解離出Ｈ＋才有酸性)

(3) 純醋酸在 167以下即凝固成為冰狀物俗稱冰醋酸

(4) 醋酸極易溶於水3-5的醋酸溶液可作為食用醋

(二) 鹼性物質 1 「鹼」性物質定義溶於水中時可解離出氫氧根離子（OH－）的化合物

鹼性物質的水溶液﹝OH－﹞＞﹝H＋﹞故水溶液呈鹼性

2 鹼的通性

(1) 鹼性物質溶於水中會解離出氫氧根離子（OH－）

(2) 水溶液可使石蕊試紙呈藍色酚酞指示劑呈紅色

(3) 鹼性水溶液可以溶解蛋白質和油脂故常用來作為清潔劑

(4) 鹼性水溶液觸感滑膩嚐起來有澀味

(5) 具有消除酸性的作用酸液如果加入鹼就會失去酸性胃藥中含有弱

鹼如氫氧化鎂等制酸劑

3 常見的鹼性溶液如下表二

主題化學反應

- 109 -

- 109 -

表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

- 110 -

- 110 -

單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

- 111 -

- 111 -

M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

- 112 -

- 112 -

3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

- 113 -

- 113 -

3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

- 114 -

- 114 -

單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

- 115 -

- 115 -

二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

- 116 -

- 116 -

三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

- 117 -

- 117 -

(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

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- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

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- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

- 135 -

- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

- 136 -

- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

- 211 -

- 211 -

單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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- 100 -

單元貳化學反應的現象

一 化學反應與能的轉變

(一) 化學反應與能的變化 1 物質在發生化學反應或物理反應的同時必定伴隨能量的變化此種現

象可以由反應前後的溫度變化觀察得到

2 有些化學反應需要吸收能量才會持續反應而有些化學反應進行中會由

物質釋出能量因此化學反應可以分為吸熱反應和放熱反應

(1) 吸熱反應需要吸收能量才能持續發生的化學反應一旦停止供應能

量則反應會停止且吸熱反應所指的「熱」不限定是熱能的形式例

如電解水的反應是吸收電能才能發生的化學反應而光合作用是吸

收光能的化學反應

(2) 放熱反應反應進行時會釋出能量使系統的溫度上升例如氧化

反應酸鹼中和反應反應後系統因獲得物質所釋放的熱故溫度會

較反應前為高

3 化學反應的過程中物質釋出能量稱為放熱反應但這些能量是哪裡來

的呢而吸熱反應中物質所吸收的能量又跑到哪裡去了呢以下的敘述

可以解答這個疑問

(二) 化學反應與能量守恆

1 化學反應時物質的結構發生改變而原子結構中儲存著一種能的形式

稱為化學能不同原子的組合會有不同的化學能這些能量在平時不

會表現出來只有在結構發生變化時才會發生改變

2 吸熱反應吸熱反應的能量變化是將外界的能量轉換為原子間的化學能

吸熱反應所指的「熱」不限定是熱能的形式例如電解水的反應是

吸收電能才能發生的化學反應而光合作用是吸收光能的化學反應

3 放熱反應反應進行時會釋出能量使系統的溫度上升例如氧化反

應酸鹼中和反應反應後系統因獲得物質所釋放的熱故溫度會較反

應前為高而放熱反應則是儲存在原子之間的化學能被釋放出來轉換成

熱能或其他能量形式的過程

主題化學反應

- 101 -

- 101 -

4 能量守恆定律在化學反應發生的同時化學能的形式亦同時發生轉變

吸熱反應使原子間的化學能增加了放熱反應則是化學能減少了但

是自然界的能量總值是不變的只是能量的形式會發生轉換而已這種

關係稱為能量守恆定律

5 例如電解水的反應中水吸收了電能後產生了氫氣和氧氣被吸收的

電能只是暫時以化學能的形式儲存起來當氫氧混合燃燒後又會釋

放出這些化學能成為熱能對物質而言能量有增有減但就整個自然界

而言能量的總值是不變的

(三) 能量變化的實驗觀察

1 物質發生化學反應時必伴隨能量的變化即放熱和吸熱的能量進出以

「酸鹼中和」反應為例觀察反應前後物質的溫度變化可以看出反應

時的能量變化並據以判斷酸鹼中和是屬於放熱或吸熱反應

2 「酸鹼中和」實驗裝置如圖一所示

步驟三中和反應後測量溶液末溫度

溶液溫度T2

步驟二滴入稀鹽酸溶液

稀鹽酸溶液

步驟一 測量最初溫度T1

溶液溫度T1

氫氧化鈉 溶液

圖一酸鹼中和與放熱反應

(1) 取一根試管裝入鹼性的氫氧化鈉水溶液並測量氫氧化鈉溶液的溫度

紀錄為T1

(2) 取少量的稀鹽酸滴入試管中並以玻璃棒攪拌使氫氧化鈉與稀鹽酸發

生酸鹼中和化學反應

(3) 測量中和反應後溶液的溫度發現水溶液溫度逐漸上升將上升至最

高的溫度T2紀錄下來

(4) 結果發現T2＞T1亦即水溶液因獲得酸鹼中和反應釋出的熱能而使溫

度上升故酸鹼中和反應是放熱的化學反應

主題化學反應

- 102 -

- 102 -

二 化學反應與質量守恆

(二) 質量守恆定律

1 質量守恆定律物質在發生化學反應的同時雖然物質結構發生改變

但反應前後物質的總質量是不變的稱為質量守恆定律此關係最早由

俄國科學家羅蒙諾索夫提出

2 質量恆定律亦適用於物理反應但發生原子核反應時則不適用

3 原子核反應的前後原子的種類總質量皆發生改變並釋出大量的能

量這與物理反應及化學反應遵守質量守恆定律不同核反應不遵守質

量守恆定律此點將在「功與能」主題中敘述

(三) 能量守恆的實驗觀察

1 已知氯化鈣水溶液遇到碳酸鈉水溶液會產生白色沈澱因為反應前兩者

皆為無色水溶液反應則產生白色沈澱故為化學反應

2 將碳酸鈉水溶液裝於試管中並直立放入錐形瓶的氯化鈣溶液中使試管

浮於水溶液小心不使試管中的碳酸鈉溶液不要溢出到錐形瓶中（裝置

如圖二所示）

3 實驗觀察

(1)反應前先將整個錐形瓶置於天平上測量紀錄總質量為M1

反應前先秤重

總質量為M1

碳酸鈉水溶液裝於試管中並放入

錐形瓶中塞上橡皮塞

氯化鈣溶液碳酸鈉溶液

圖二化學反應與質量守恆

(2)然後將錐形瓶倒轉讓碳酸鈉溶液及氯化鈣溶液混合見錐形瓶內的水

溶混合並產生白色的沈澱此白色沈澱為碳酸鈣難溶於水故有沈

澱產生

(3)碳酸鈉溶液與氯化鈣溶液的化學反應式如下

主題化學反應

- 103 -

- 103 -

碳酸鈉（aq）＋氯化鈣（aq） rarr 碳酸鈣（s）＋氯化鈉（aq）

(4)待錐形瓶內的化學反應進行後再將錐形瓶置於天平上測量紀錄質

量為M2（如圖三所示）

(5)比較反應前後質量的大小結果M1＝M2亦即化學反應前物質的總質

量等於反應後物質的總質量

4 上述實驗尚包含了一項重要概念即碳酸根遇到第二族金屬離子會產

生難溶於水的鹼土金屬鹽類其離子反應式如下

CO32－＋Ca2＋rarrCaCO3darr

5 上述碳酸根的化學性質亦適用於硫酸根的反應

SO42－＋Ca2＋rarrCaSO4darr

產生白色沈澱

錐形瓶倒立使兩種溶液相

混合發生化學反應

圖三化學反應與質量守恆

反應後再秤重測得

總質量為M2

6 承上述性質碳酸鈣和硫酸鈣皆為白色固體對水的溶解度極小故在

水中呈白色沈澱

7 整理上述關係如下列反應式

CO32－

＋ 第Ⅱ族金屬離子 鹼金屬鹽類（白色沈澱） SO4

2－

8 第Ⅱ族金屬為鈹鎂鈣鍶鋇鐳等元素

主題化學反應

- 104 -

- 104 -

單元參酸鹼鹽

一 電解質

(一) 電解質定義 1 電解質凡溶於水能導電的化合物皆可稱為【電解質】（常溫下為固

態的化合物熔融態可導電者亦可稱為電解質）

2 電解質種類【酸】【鹼】【鹽】三大類

(1) 酸類溶於水會產生氫離子（H＋）者例如

強酸硫酸【H2SO4】鹽酸【HCl】硝酸【HNO3】

弱酸醋酸【CH3COOH】

(2) 鹼類溶於水會產生氫氧根離子（OH－）者例如

強鹼氫氧化鈉【NaOH】熟石灰【Ca(OH)2】

弱鹼氫氧化鎂【Mg(OH)2】

(3) 鹽類食鹽【NaCl】硝酸鉀【KNO3】

3 非電解質凡溶於水不能導電的化合物皆稱為非電解質

(1) 所有非電解質的水溶液皆為中性溶液如醣頪的蔗糖（C12H22O11）

葡萄糖（C6H12O6）醇頪的酒精（C2H5OH）等都是非電解質

(2) 金屬石墨等物質雖可導電但它們都是元素而非化合物且在電

流通過時只是物理現象並不會發生化學反應故金屬和石墨為非

電解質

(二) 電解質的觀察 1 由物質的外觀不易看出其是否為電解質電解質的特質必須經過電解裝

置加以測試後才能判定 直流電源

V A ＋ －

電燈泡

圖一電解質的檢驗

2 判定電解質的方法以電路裝置

檢驗物質是否為電解質

（裝置如圖一）

(1) 取生活中常見的物質配置成水

溶液並分别以紅色和藍色石

蕊試紙檢驗水溶液的酸鹼性

主題化學反應

- 105 -

- 105 -

(2) 將水溶液分别裝入燒杯中通以直流電測試水溶液否導電

(3) 每一次檢驗後須將燒杯及碳棒洗淨後再進行下一項物質的測試

並將各種物質水溶液導電情形紀錄下來

(4) 實驗結果如表一所示

(5) 由表一可以得知可以導電的水溶液包含了酸鹼鹽類

3 電解質包含酸鹼鹽三類物質但並非所有酸鹼鹽類皆屬於電解質

因為部分鹽類難溶於水中故其溶液無法導電

4 例如碳酸鈣屬於鹽類但對水的溶解度很小其水溶液幾乎不導電故

碳酸鈣列為非電解質

(三) 解離說

1 瑞典化學家阿瑞尼士提出【解離說】電解質溶於水後即分解成帶電粒

子稱為【離子】帶正電的離子稱為【正離子】帶負電的離子稱為【

負離子】（如圖二）

圖二氯化鈣解離的過程

Cl－Ca2＋

Cl Cl Ca

Cl 解 離

水溶液

名稱

紅色石蕊試紙

由紅變藍色

藍色石蕊試紙

由藍變紅色

水溶液

酸鹼性 酸鹼鹽類

水溶液

是否導電

醋 否 是 酸 酸 是

酸梅汁 否 是 酸 酸 是

稀鹽酸 否 是 酸 酸 是

小蘇打 是 否 鹼 鹼 是

氨 水 是 否 鹼 鹼 是

肥皂水 是 否 鹼 鹼 是

食鹽水 否 否 中 性 鹽 是

蔗糖水 否 否 中 性 非電解質 否

酒 精 否 否 中 性 非電解質 否

麵 粉 否 否 中 性 非電解質 否

葡萄糖 否 否 中 性 非電解質 否

表一電解質檢驗結果

主題化學反應

- 106 -

- 106 -

2 電解質的水溶液呈電中性即正負離子所帶的【總電量相等】但溶

液中正負離子的總個數不一定相等

3 通以直流電時水

溶液中的正負離

子向兩側電極移動

形成電流正離子

受負極吸引往負極

移動負離子受正

極吸引往正極移動

（如圖三所示）

4 離子的化學性質較安定原子的化學性質較活潑例如鈉離子不會和

水起化學變化但鈉原子會和水產生激烈的化學反應生成氫氣

5 某些物質的水溶液會解離出數個原子為一群組的帶電原子團稱為稱

為「根」根的性質與單一原子所形成的離子在水溶液中導電的情形

皆相同且根在水中性質極為安定不會因通電流而起化學變化

6 常見的原子團整理如表二

原子團帶量 中文名稱 符 號 顏 色

＋１價 銨 根 NH4＋ 無 色

－１價

氫氧根 硝酸根 氰酸根 過錳酸根 碳酸氫根

氯酸根 醋酸根

OH－

NO3－

CN－

MnO4－

HCO3－

ClO3－

CH3COO－

無 色 無 色 無 色 紫 色 無 色

無 色 無 色

－２價

硫酸根 硫代硫酸根 亞硫酸根 碳酸根 鉻酸根 二鉻酸根

SO42－

S2O32－

SO32－

CO32－

CrO42－

Cr2O72－

無 色 無 色 無 色 無 色 黃 色 橘紅色

－３價 磷酸根 硼酸根

PO43－

BO33－

無 色 無 色

V A

＋ －

直流電源

圖三電解質導電的原理

電燈泡

＋

－

－

－

＋

＋

正極負極

表二常用「根離子」符號

主題化學反應

- 107 -

- 107 -

二 酸與鹼類

(一) 酸性物質 1 「酸」溶於水可解離出【氫離子H】的化合物均稱為酸

2 酸的通性

(1) 水溶液可使石蕊試紙呈紅色酚酞指示劑呈無色

(2) 大多數活潑金屬會與酸性水溶液反應生成【氫氣】和【鹽類】

例鹽酸＋鐵rarr氫＋氯化亞鐵

2HCl＋FerarrH2uarr＋FeCl2 鹽類

(3) 碳酸鈣（大理石）與酸性水溶液反應生成【二氧化碳】

CaCO3＋2HClrarrCaCl2＋H2O＋CO2uarr

(4) 濃酸加水稀時會放出熱量使水溫上升

(5) 酸的水溶液都可以導電皆屬於電解質

(6) 酸溶液嘗起來有酸味(酸有腐蝕性輕易嘗試)

3 常見的酸性溶液如下表一

表一常見的酸性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

硫 酸 化學工業之母 H2SO4 強 酸

硝 酸 國防工業之母 HNO3 強 酸

氫氯酸 鹽 酸 HCl 強 酸

乙 酸 醋 酸 CH3COOH 弱 酸

4 硫酸的性質

(1) 硫酸的化學式為H2SO4俗稱化學工業之母

(2) 沸點在酸類中最高且具有脫水性故適合用於製造沸點較低的酸或

在化學反應中做為催化劑

(3) 熱濃硫酸可與大多數金屬(除金鉑以外)反應生成金屬離子同時放

出二氧化硫氣體稀硫酸對金屬的作用則較弱

5 硝酸的性質

(1) 無色揮性液體化學式ＨＮＯ3俗稱國防工業之母

(2) 硝酸在高溫下或受光線照射時本身容易分解出紅棕色的ＮＯ2氣體

主題化學反應

- 108 -

- 108 -

故使硝酸呈現淡黃色

(3) 實驗室中常以濃硫酸與硝酸鈉共熱再導入冷凝器中冷卻後製得

NaNO3 +H2SO4 rarr NaHSO4 +HNO3

(4) 硝酸與大多數金屬起反應(金鉑不反應)產生氣體

例銅與濃硝酸作用生成紅棕色的【ＮＯ2】氣體銅與稀硝酸作用

生成無色的【ＮＯ】氣體

(5) 蛋白質遇硝酸則成【黃色】反應故可做為檢驗蛋白質的方法

(6) 硝酸對橡膠的腐蝕性極強故盛裝硝酸的容器包含實驗器材都以玻璃

器材為主

6 鹽酸的性質

(1)鹽酸氯化氫的水溶液化學式HCl學名氫氯酸

(2)鹽酸易與多種金屬作用生成【氫氣】 (銅汞銀金鉑除外)

(3)濃鹽酸氣體遇到氨氣即生成白色煙霧狀的【氯化銨】

(4)粗製的鹽酸因為含有鐵離子（Fe3＋）故顏色略呈淡黃色

7 醋酸的性質

(1) 醋酸學名乙酸化學式ＣＨ3ＣＯＯＨ由酒類發酵生成

(2) 純醋酸又名冰醋酸是無色有刺激性的液體呈中性反應(必須溶解於

水才能解離出Ｈ＋才有酸性)

(3) 純醋酸在 167以下即凝固成為冰狀物俗稱冰醋酸

(4) 醋酸極易溶於水3-5的醋酸溶液可作為食用醋

(二) 鹼性物質 1 「鹼」性物質定義溶於水中時可解離出氫氧根離子（OH－）的化合物

鹼性物質的水溶液﹝OH－﹞＞﹝H＋﹞故水溶液呈鹼性

2 鹼的通性

(1) 鹼性物質溶於水中會解離出氫氧根離子（OH－）

(2) 水溶液可使石蕊試紙呈藍色酚酞指示劑呈紅色

(3) 鹼性水溶液可以溶解蛋白質和油脂故常用來作為清潔劑

(4) 鹼性水溶液觸感滑膩嚐起來有澀味

(5) 具有消除酸性的作用酸液如果加入鹼就會失去酸性胃藥中含有弱

鹼如氫氧化鎂等制酸劑

3 常見的鹼性溶液如下表二

主題化學反應

- 109 -

- 109 -

表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

- 110 -

- 110 -

單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

- 111 -

- 111 -

M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

- 112 -

- 112 -

3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

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3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

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單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

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二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

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三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

- 117 -

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(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

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主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

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主題化學反應

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單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

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因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

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- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

- 132 -

- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

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二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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4 能量守恆定律在化學反應發生的同時化學能的形式亦同時發生轉變

吸熱反應使原子間的化學能增加了放熱反應則是化學能減少了但

是自然界的能量總值是不變的只是能量的形式會發生轉換而已這種

關係稱為能量守恆定律

5 例如電解水的反應中水吸收了電能後產生了氫氣和氧氣被吸收的

電能只是暫時以化學能的形式儲存起來當氫氧混合燃燒後又會釋

放出這些化學能成為熱能對物質而言能量有增有減但就整個自然界

而言能量的總值是不變的

(三) 能量變化的實驗觀察

1 物質發生化學反應時必伴隨能量的變化即放熱和吸熱的能量進出以

「酸鹼中和」反應為例觀察反應前後物質的溫度變化可以看出反應

時的能量變化並據以判斷酸鹼中和是屬於放熱或吸熱反應

2 「酸鹼中和」實驗裝置如圖一所示

步驟三中和反應後測量溶液末溫度

溶液溫度T2

步驟二滴入稀鹽酸溶液

稀鹽酸溶液

步驟一 測量最初溫度T1

溶液溫度T1

氫氧化鈉 溶液

圖一酸鹼中和與放熱反應

(1) 取一根試管裝入鹼性的氫氧化鈉水溶液並測量氫氧化鈉溶液的溫度

紀錄為T1

(2) 取少量的稀鹽酸滴入試管中並以玻璃棒攪拌使氫氧化鈉與稀鹽酸發

生酸鹼中和化學反應

(3) 測量中和反應後溶液的溫度發現水溶液溫度逐漸上升將上升至最

高的溫度T2紀錄下來

(4) 結果發現T2＞T1亦即水溶液因獲得酸鹼中和反應釋出的熱能而使溫

度上升故酸鹼中和反應是放熱的化學反應

主題化學反應

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- 102 -

二 化學反應與質量守恆

(二) 質量守恆定律

1 質量守恆定律物質在發生化學反應的同時雖然物質結構發生改變

但反應前後物質的總質量是不變的稱為質量守恆定律此關係最早由

俄國科學家羅蒙諾索夫提出

2 質量恆定律亦適用於物理反應但發生原子核反應時則不適用

3 原子核反應的前後原子的種類總質量皆發生改變並釋出大量的能

量這與物理反應及化學反應遵守質量守恆定律不同核反應不遵守質

量守恆定律此點將在「功與能」主題中敘述

(三) 能量守恆的實驗觀察

1 已知氯化鈣水溶液遇到碳酸鈉水溶液會產生白色沈澱因為反應前兩者

皆為無色水溶液反應則產生白色沈澱故為化學反應

2 將碳酸鈉水溶液裝於試管中並直立放入錐形瓶的氯化鈣溶液中使試管

浮於水溶液小心不使試管中的碳酸鈉溶液不要溢出到錐形瓶中（裝置

如圖二所示）

3 實驗觀察

(1)反應前先將整個錐形瓶置於天平上測量紀錄總質量為M1

反應前先秤重

總質量為M1

碳酸鈉水溶液裝於試管中並放入

錐形瓶中塞上橡皮塞

氯化鈣溶液碳酸鈉溶液

圖二化學反應與質量守恆

(2)然後將錐形瓶倒轉讓碳酸鈉溶液及氯化鈣溶液混合見錐形瓶內的水

溶混合並產生白色的沈澱此白色沈澱為碳酸鈣難溶於水故有沈

澱產生

(3)碳酸鈉溶液與氯化鈣溶液的化學反應式如下

主題化學反應

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- 103 -

碳酸鈉（aq）＋氯化鈣（aq） rarr 碳酸鈣（s）＋氯化鈉（aq）

(4)待錐形瓶內的化學反應進行後再將錐形瓶置於天平上測量紀錄質

量為M2（如圖三所示）

(5)比較反應前後質量的大小結果M1＝M2亦即化學反應前物質的總質

量等於反應後物質的總質量

4 上述實驗尚包含了一項重要概念即碳酸根遇到第二族金屬離子會產

生難溶於水的鹼土金屬鹽類其離子反應式如下

CO32－＋Ca2＋rarrCaCO3darr

5 上述碳酸根的化學性質亦適用於硫酸根的反應

SO42－＋Ca2＋rarrCaSO4darr

產生白色沈澱

錐形瓶倒立使兩種溶液相

混合發生化學反應

圖三化學反應與質量守恆

反應後再秤重測得

總質量為M2

6 承上述性質碳酸鈣和硫酸鈣皆為白色固體對水的溶解度極小故在

水中呈白色沈澱

7 整理上述關係如下列反應式

CO32－

＋ 第Ⅱ族金屬離子 鹼金屬鹽類（白色沈澱） SO4

2－

8 第Ⅱ族金屬為鈹鎂鈣鍶鋇鐳等元素

主題化學反應

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- 104 -

單元參酸鹼鹽

一 電解質

(一) 電解質定義 1 電解質凡溶於水能導電的化合物皆可稱為【電解質】（常溫下為固

態的化合物熔融態可導電者亦可稱為電解質）

2 電解質種類【酸】【鹼】【鹽】三大類

(1) 酸類溶於水會產生氫離子（H＋）者例如

強酸硫酸【H2SO4】鹽酸【HCl】硝酸【HNO3】

弱酸醋酸【CH3COOH】

(2) 鹼類溶於水會產生氫氧根離子（OH－）者例如

強鹼氫氧化鈉【NaOH】熟石灰【Ca(OH)2】

弱鹼氫氧化鎂【Mg(OH)2】

(3) 鹽類食鹽【NaCl】硝酸鉀【KNO3】

3 非電解質凡溶於水不能導電的化合物皆稱為非電解質

(1) 所有非電解質的水溶液皆為中性溶液如醣頪的蔗糖（C12H22O11）

葡萄糖（C6H12O6）醇頪的酒精（C2H5OH）等都是非電解質

(2) 金屬石墨等物質雖可導電但它們都是元素而非化合物且在電

流通過時只是物理現象並不會發生化學反應故金屬和石墨為非

電解質

(二) 電解質的觀察 1 由物質的外觀不易看出其是否為電解質電解質的特質必須經過電解裝

置加以測試後才能判定 直流電源

V A ＋ －

電燈泡

圖一電解質的檢驗

2 判定電解質的方法以電路裝置

檢驗物質是否為電解質

（裝置如圖一）

(1) 取生活中常見的物質配置成水

溶液並分别以紅色和藍色石

蕊試紙檢驗水溶液的酸鹼性

主題化學反應

- 105 -

- 105 -

(2) 將水溶液分别裝入燒杯中通以直流電測試水溶液否導電

(3) 每一次檢驗後須將燒杯及碳棒洗淨後再進行下一項物質的測試

並將各種物質水溶液導電情形紀錄下來

(4) 實驗結果如表一所示

(5) 由表一可以得知可以導電的水溶液包含了酸鹼鹽類

3 電解質包含酸鹼鹽三類物質但並非所有酸鹼鹽類皆屬於電解質

因為部分鹽類難溶於水中故其溶液無法導電

4 例如碳酸鈣屬於鹽類但對水的溶解度很小其水溶液幾乎不導電故

碳酸鈣列為非電解質

(三) 解離說

1 瑞典化學家阿瑞尼士提出【解離說】電解質溶於水後即分解成帶電粒

子稱為【離子】帶正電的離子稱為【正離子】帶負電的離子稱為【

負離子】（如圖二）

圖二氯化鈣解離的過程

Cl－Ca2＋

Cl Cl Ca

Cl 解 離

水溶液

名稱

紅色石蕊試紙

由紅變藍色

藍色石蕊試紙

由藍變紅色

水溶液

酸鹼性 酸鹼鹽類

水溶液

是否導電

醋 否 是 酸 酸 是

酸梅汁 否 是 酸 酸 是

稀鹽酸 否 是 酸 酸 是

小蘇打 是 否 鹼 鹼 是

氨 水 是 否 鹼 鹼 是

肥皂水 是 否 鹼 鹼 是

食鹽水 否 否 中 性 鹽 是

蔗糖水 否 否 中 性 非電解質 否

酒 精 否 否 中 性 非電解質 否

麵 粉 否 否 中 性 非電解質 否

葡萄糖 否 否 中 性 非電解質 否

表一電解質檢驗結果

主題化學反應

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- 106 -

2 電解質的水溶液呈電中性即正負離子所帶的【總電量相等】但溶

液中正負離子的總個數不一定相等

3 通以直流電時水

溶液中的正負離

子向兩側電極移動

形成電流正離子

受負極吸引往負極

移動負離子受正

極吸引往正極移動

（如圖三所示）

4 離子的化學性質較安定原子的化學性質較活潑例如鈉離子不會和

水起化學變化但鈉原子會和水產生激烈的化學反應生成氫氣

5 某些物質的水溶液會解離出數個原子為一群組的帶電原子團稱為稱

為「根」根的性質與單一原子所形成的離子在水溶液中導電的情形

皆相同且根在水中性質極為安定不會因通電流而起化學變化

6 常見的原子團整理如表二

原子團帶量 中文名稱 符 號 顏 色

＋１價 銨 根 NH4＋ 無 色

－１價

氫氧根 硝酸根 氰酸根 過錳酸根 碳酸氫根

氯酸根 醋酸根

OH－

NO3－

CN－

MnO4－

HCO3－

ClO3－

CH3COO－

無 色 無 色 無 色 紫 色 無 色

無 色 無 色

－２價

硫酸根 硫代硫酸根 亞硫酸根 碳酸根 鉻酸根 二鉻酸根

SO42－

S2O32－

SO32－

CO32－

CrO42－

Cr2O72－

無 色 無 色 無 色 無 色 黃 色 橘紅色

－３價 磷酸根 硼酸根

PO43－

BO33－

無 色 無 色

V A

＋ －

直流電源

圖三電解質導電的原理

電燈泡

＋

－

－

－

＋

＋

正極負極

表二常用「根離子」符號

主題化學反應

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- 107 -

二 酸與鹼類

(一) 酸性物質 1 「酸」溶於水可解離出【氫離子H】的化合物均稱為酸

2 酸的通性

(1) 水溶液可使石蕊試紙呈紅色酚酞指示劑呈無色

(2) 大多數活潑金屬會與酸性水溶液反應生成【氫氣】和【鹽類】

例鹽酸＋鐵rarr氫＋氯化亞鐵

2HCl＋FerarrH2uarr＋FeCl2 鹽類

(3) 碳酸鈣（大理石）與酸性水溶液反應生成【二氧化碳】

CaCO3＋2HClrarrCaCl2＋H2O＋CO2uarr

(4) 濃酸加水稀時會放出熱量使水溫上升

(5) 酸的水溶液都可以導電皆屬於電解質

(6) 酸溶液嘗起來有酸味(酸有腐蝕性輕易嘗試)

3 常見的酸性溶液如下表一

表一常見的酸性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

硫 酸 化學工業之母 H2SO4 強 酸

硝 酸 國防工業之母 HNO3 強 酸

氫氯酸 鹽 酸 HCl 強 酸

乙 酸 醋 酸 CH3COOH 弱 酸

4 硫酸的性質

(1) 硫酸的化學式為H2SO4俗稱化學工業之母

(2) 沸點在酸類中最高且具有脫水性故適合用於製造沸點較低的酸或

在化學反應中做為催化劑

(3) 熱濃硫酸可與大多數金屬(除金鉑以外)反應生成金屬離子同時放

出二氧化硫氣體稀硫酸對金屬的作用則較弱

5 硝酸的性質

(1) 無色揮性液體化學式ＨＮＯ3俗稱國防工業之母

(2) 硝酸在高溫下或受光線照射時本身容易分解出紅棕色的ＮＯ2氣體

主題化學反應

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故使硝酸呈現淡黃色

(3) 實驗室中常以濃硫酸與硝酸鈉共熱再導入冷凝器中冷卻後製得

NaNO3 +H2SO4 rarr NaHSO4 +HNO3

(4) 硝酸與大多數金屬起反應(金鉑不反應)產生氣體

例銅與濃硝酸作用生成紅棕色的【ＮＯ2】氣體銅與稀硝酸作用

生成無色的【ＮＯ】氣體

(5) 蛋白質遇硝酸則成【黃色】反應故可做為檢驗蛋白質的方法

(6) 硝酸對橡膠的腐蝕性極強故盛裝硝酸的容器包含實驗器材都以玻璃

器材為主

6 鹽酸的性質

(1)鹽酸氯化氫的水溶液化學式HCl學名氫氯酸

(2)鹽酸易與多種金屬作用生成【氫氣】 (銅汞銀金鉑除外)

(3)濃鹽酸氣體遇到氨氣即生成白色煙霧狀的【氯化銨】

(4)粗製的鹽酸因為含有鐵離子（Fe3＋）故顏色略呈淡黃色

7 醋酸的性質

(1) 醋酸學名乙酸化學式ＣＨ3ＣＯＯＨ由酒類發酵生成

(2) 純醋酸又名冰醋酸是無色有刺激性的液體呈中性反應(必須溶解於

水才能解離出Ｈ＋才有酸性)

(3) 純醋酸在 167以下即凝固成為冰狀物俗稱冰醋酸

(4) 醋酸極易溶於水3-5的醋酸溶液可作為食用醋

(二) 鹼性物質 1 「鹼」性物質定義溶於水中時可解離出氫氧根離子（OH－）的化合物

鹼性物質的水溶液﹝OH－﹞＞﹝H＋﹞故水溶液呈鹼性

2 鹼的通性

(1) 鹼性物質溶於水中會解離出氫氧根離子（OH－）

(2) 水溶液可使石蕊試紙呈藍色酚酞指示劑呈紅色

(3) 鹼性水溶液可以溶解蛋白質和油脂故常用來作為清潔劑

(4) 鹼性水溶液觸感滑膩嚐起來有澀味

(5) 具有消除酸性的作用酸液如果加入鹼就會失去酸性胃藥中含有弱

鹼如氫氧化鎂等制酸劑

3 常見的鹼性溶液如下表二

主題化學反應

- 109 -

- 109 -

表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

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單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

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M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

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3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

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3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

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單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

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二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

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三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

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(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

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氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

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接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

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主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

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主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

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主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

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主題化學反應

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單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

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因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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二 化學反應與質量守恆

(二) 質量守恆定律

1 質量守恆定律物質在發生化學反應的同時雖然物質結構發生改變

但反應前後物質的總質量是不變的稱為質量守恆定律此關係最早由

俄國科學家羅蒙諾索夫提出

2 質量恆定律亦適用於物理反應但發生原子核反應時則不適用

3 原子核反應的前後原子的種類總質量皆發生改變並釋出大量的能

量這與物理反應及化學反應遵守質量守恆定律不同核反應不遵守質

量守恆定律此點將在「功與能」主題中敘述

(三) 能量守恆的實驗觀察

1 已知氯化鈣水溶液遇到碳酸鈉水溶液會產生白色沈澱因為反應前兩者

皆為無色水溶液反應則產生白色沈澱故為化學反應

2 將碳酸鈉水溶液裝於試管中並直立放入錐形瓶的氯化鈣溶液中使試管

浮於水溶液小心不使試管中的碳酸鈉溶液不要溢出到錐形瓶中（裝置

如圖二所示）

3 實驗觀察

(1)反應前先將整個錐形瓶置於天平上測量紀錄總質量為M1

反應前先秤重

總質量為M1

碳酸鈉水溶液裝於試管中並放入

錐形瓶中塞上橡皮塞

氯化鈣溶液碳酸鈉溶液

圖二化學反應與質量守恆

(2)然後將錐形瓶倒轉讓碳酸鈉溶液及氯化鈣溶液混合見錐形瓶內的水

溶混合並產生白色的沈澱此白色沈澱為碳酸鈣難溶於水故有沈

澱產生

(3)碳酸鈉溶液與氯化鈣溶液的化學反應式如下

主題化學反應

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- 103 -

碳酸鈉（aq）＋氯化鈣（aq） rarr 碳酸鈣（s）＋氯化鈉（aq）

(4)待錐形瓶內的化學反應進行後再將錐形瓶置於天平上測量紀錄質

量為M2（如圖三所示）

(5)比較反應前後質量的大小結果M1＝M2亦即化學反應前物質的總質

量等於反應後物質的總質量

4 上述實驗尚包含了一項重要概念即碳酸根遇到第二族金屬離子會產

生難溶於水的鹼土金屬鹽類其離子反應式如下

CO32－＋Ca2＋rarrCaCO3darr

5 上述碳酸根的化學性質亦適用於硫酸根的反應

SO42－＋Ca2＋rarrCaSO4darr

產生白色沈澱

錐形瓶倒立使兩種溶液相

混合發生化學反應

圖三化學反應與質量守恆

反應後再秤重測得

總質量為M2

6 承上述性質碳酸鈣和硫酸鈣皆為白色固體對水的溶解度極小故在

水中呈白色沈澱

7 整理上述關係如下列反應式

CO32－

＋ 第Ⅱ族金屬離子 鹼金屬鹽類（白色沈澱） SO4

2－

8 第Ⅱ族金屬為鈹鎂鈣鍶鋇鐳等元素

主題化學反應

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- 104 -

單元參酸鹼鹽

一 電解質

(一) 電解質定義 1 電解質凡溶於水能導電的化合物皆可稱為【電解質】（常溫下為固

態的化合物熔融態可導電者亦可稱為電解質）

2 電解質種類【酸】【鹼】【鹽】三大類

(1) 酸類溶於水會產生氫離子（H＋）者例如

強酸硫酸【H2SO4】鹽酸【HCl】硝酸【HNO3】

弱酸醋酸【CH3COOH】

(2) 鹼類溶於水會產生氫氧根離子（OH－）者例如

強鹼氫氧化鈉【NaOH】熟石灰【Ca(OH)2】

弱鹼氫氧化鎂【Mg(OH)2】

(3) 鹽類食鹽【NaCl】硝酸鉀【KNO3】

3 非電解質凡溶於水不能導電的化合物皆稱為非電解質

(1) 所有非電解質的水溶液皆為中性溶液如醣頪的蔗糖（C12H22O11）

葡萄糖（C6H12O6）醇頪的酒精（C2H5OH）等都是非電解質

(2) 金屬石墨等物質雖可導電但它們都是元素而非化合物且在電

流通過時只是物理現象並不會發生化學反應故金屬和石墨為非

電解質

(二) 電解質的觀察 1 由物質的外觀不易看出其是否為電解質電解質的特質必須經過電解裝

置加以測試後才能判定 直流電源

V A ＋ －

電燈泡

圖一電解質的檢驗

2 判定電解質的方法以電路裝置

檢驗物質是否為電解質

（裝置如圖一）

(1) 取生活中常見的物質配置成水

溶液並分别以紅色和藍色石

蕊試紙檢驗水溶液的酸鹼性

主題化學反應

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- 105 -

(2) 將水溶液分别裝入燒杯中通以直流電測試水溶液否導電

(3) 每一次檢驗後須將燒杯及碳棒洗淨後再進行下一項物質的測試

並將各種物質水溶液導電情形紀錄下來

(4) 實驗結果如表一所示

(5) 由表一可以得知可以導電的水溶液包含了酸鹼鹽類

3 電解質包含酸鹼鹽三類物質但並非所有酸鹼鹽類皆屬於電解質

因為部分鹽類難溶於水中故其溶液無法導電

4 例如碳酸鈣屬於鹽類但對水的溶解度很小其水溶液幾乎不導電故

碳酸鈣列為非電解質

(三) 解離說

1 瑞典化學家阿瑞尼士提出【解離說】電解質溶於水後即分解成帶電粒

子稱為【離子】帶正電的離子稱為【正離子】帶負電的離子稱為【

負離子】（如圖二）

圖二氯化鈣解離的過程

Cl－Ca2＋

Cl Cl Ca

Cl 解 離

水溶液

名稱

紅色石蕊試紙

由紅變藍色

藍色石蕊試紙

由藍變紅色

水溶液

酸鹼性 酸鹼鹽類

水溶液

是否導電

醋 否 是 酸 酸 是

酸梅汁 否 是 酸 酸 是

稀鹽酸 否 是 酸 酸 是

小蘇打 是 否 鹼 鹼 是

氨 水 是 否 鹼 鹼 是

肥皂水 是 否 鹼 鹼 是

食鹽水 否 否 中 性 鹽 是

蔗糖水 否 否 中 性 非電解質 否

酒 精 否 否 中 性 非電解質 否

麵 粉 否 否 中 性 非電解質 否

葡萄糖 否 否 中 性 非電解質 否

表一電解質檢驗結果

主題化學反應

- 106 -

- 106 -

2 電解質的水溶液呈電中性即正負離子所帶的【總電量相等】但溶

液中正負離子的總個數不一定相等

3 通以直流電時水

溶液中的正負離

子向兩側電極移動

形成電流正離子

受負極吸引往負極

移動負離子受正

極吸引往正極移動

（如圖三所示）

4 離子的化學性質較安定原子的化學性質較活潑例如鈉離子不會和

水起化學變化但鈉原子會和水產生激烈的化學反應生成氫氣

5 某些物質的水溶液會解離出數個原子為一群組的帶電原子團稱為稱

為「根」根的性質與單一原子所形成的離子在水溶液中導電的情形

皆相同且根在水中性質極為安定不會因通電流而起化學變化

6 常見的原子團整理如表二

原子團帶量 中文名稱 符 號 顏 色

＋１價 銨 根 NH4＋ 無 色

－１價

氫氧根 硝酸根 氰酸根 過錳酸根 碳酸氫根

氯酸根 醋酸根

OH－

NO3－

CN－

MnO4－

HCO3－

ClO3－

CH3COO－

無 色 無 色 無 色 紫 色 無 色

無 色 無 色

－２價

硫酸根 硫代硫酸根 亞硫酸根 碳酸根 鉻酸根 二鉻酸根

SO42－

S2O32－

SO32－

CO32－

CrO42－

Cr2O72－

無 色 無 色 無 色 無 色 黃 色 橘紅色

－３價 磷酸根 硼酸根

PO43－

BO33－

無 色 無 色

V A

＋ －

直流電源

圖三電解質導電的原理

電燈泡

＋

－

－

－

＋

＋

正極負極

表二常用「根離子」符號

主題化學反應

- 107 -

- 107 -

二 酸與鹼類

(一) 酸性物質 1 「酸」溶於水可解離出【氫離子H】的化合物均稱為酸

2 酸的通性

(1) 水溶液可使石蕊試紙呈紅色酚酞指示劑呈無色

(2) 大多數活潑金屬會與酸性水溶液反應生成【氫氣】和【鹽類】

例鹽酸＋鐵rarr氫＋氯化亞鐵

2HCl＋FerarrH2uarr＋FeCl2 鹽類

(3) 碳酸鈣（大理石）與酸性水溶液反應生成【二氧化碳】

CaCO3＋2HClrarrCaCl2＋H2O＋CO2uarr

(4) 濃酸加水稀時會放出熱量使水溫上升

(5) 酸的水溶液都可以導電皆屬於電解質

(6) 酸溶液嘗起來有酸味(酸有腐蝕性輕易嘗試)

3 常見的酸性溶液如下表一

表一常見的酸性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

硫 酸 化學工業之母 H2SO4 強 酸

硝 酸 國防工業之母 HNO3 強 酸

氫氯酸 鹽 酸 HCl 強 酸

乙 酸 醋 酸 CH3COOH 弱 酸

4 硫酸的性質

(1) 硫酸的化學式為H2SO4俗稱化學工業之母

(2) 沸點在酸類中最高且具有脫水性故適合用於製造沸點較低的酸或

在化學反應中做為催化劑

(3) 熱濃硫酸可與大多數金屬(除金鉑以外)反應生成金屬離子同時放

出二氧化硫氣體稀硫酸對金屬的作用則較弱

5 硝酸的性質

(1) 無色揮性液體化學式ＨＮＯ3俗稱國防工業之母

(2) 硝酸在高溫下或受光線照射時本身容易分解出紅棕色的ＮＯ2氣體

主題化學反應

- 108 -

- 108 -

故使硝酸呈現淡黃色

(3) 實驗室中常以濃硫酸與硝酸鈉共熱再導入冷凝器中冷卻後製得

NaNO3 +H2SO4 rarr NaHSO4 +HNO3

(4) 硝酸與大多數金屬起反應(金鉑不反應)產生氣體

例銅與濃硝酸作用生成紅棕色的【ＮＯ2】氣體銅與稀硝酸作用

生成無色的【ＮＯ】氣體

(5) 蛋白質遇硝酸則成【黃色】反應故可做為檢驗蛋白質的方法

(6) 硝酸對橡膠的腐蝕性極強故盛裝硝酸的容器包含實驗器材都以玻璃

器材為主

6 鹽酸的性質

(1)鹽酸氯化氫的水溶液化學式HCl學名氫氯酸

(2)鹽酸易與多種金屬作用生成【氫氣】 (銅汞銀金鉑除外)

(3)濃鹽酸氣體遇到氨氣即生成白色煙霧狀的【氯化銨】

(4)粗製的鹽酸因為含有鐵離子（Fe3＋）故顏色略呈淡黃色

7 醋酸的性質

(1) 醋酸學名乙酸化學式ＣＨ3ＣＯＯＨ由酒類發酵生成

(2) 純醋酸又名冰醋酸是無色有刺激性的液體呈中性反應(必須溶解於

水才能解離出Ｈ＋才有酸性)

(3) 純醋酸在 167以下即凝固成為冰狀物俗稱冰醋酸

(4) 醋酸極易溶於水3-5的醋酸溶液可作為食用醋

(二) 鹼性物質 1 「鹼」性物質定義溶於水中時可解離出氫氧根離子（OH－）的化合物

鹼性物質的水溶液﹝OH－﹞＞﹝H＋﹞故水溶液呈鹼性

2 鹼的通性

(1) 鹼性物質溶於水中會解離出氫氧根離子（OH－）

(2) 水溶液可使石蕊試紙呈藍色酚酞指示劑呈紅色

(3) 鹼性水溶液可以溶解蛋白質和油脂故常用來作為清潔劑

(4) 鹼性水溶液觸感滑膩嚐起來有澀味

(5) 具有消除酸性的作用酸液如果加入鹼就會失去酸性胃藥中含有弱

鹼如氫氧化鎂等制酸劑

3 常見的鹼性溶液如下表二

主題化學反應

- 109 -

- 109 -

表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

- 110 -

- 110 -

單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

- 111 -

- 111 -

M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

- 112 -

- 112 -

3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

- 113 -

- 113 -

3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

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- 114 -

單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

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- 115 -

二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

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三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

- 117 -

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(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

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氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

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接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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- 211 -

單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題化學反應

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- 103 -

碳酸鈉（aq）＋氯化鈣（aq） rarr 碳酸鈣（s）＋氯化鈉（aq）

(4)待錐形瓶內的化學反應進行後再將錐形瓶置於天平上測量紀錄質

量為M2（如圖三所示）

(5)比較反應前後質量的大小結果M1＝M2亦即化學反應前物質的總質

量等於反應後物質的總質量

4 上述實驗尚包含了一項重要概念即碳酸根遇到第二族金屬離子會產

生難溶於水的鹼土金屬鹽類其離子反應式如下

CO32－＋Ca2＋rarrCaCO3darr

5 上述碳酸根的化學性質亦適用於硫酸根的反應

SO42－＋Ca2＋rarrCaSO4darr

產生白色沈澱

錐形瓶倒立使兩種溶液相

混合發生化學反應

圖三化學反應與質量守恆

反應後再秤重測得

總質量為M2

6 承上述性質碳酸鈣和硫酸鈣皆為白色固體對水的溶解度極小故在

水中呈白色沈澱

7 整理上述關係如下列反應式

CO32－

＋ 第Ⅱ族金屬離子 鹼金屬鹽類（白色沈澱） SO4

2－

8 第Ⅱ族金屬為鈹鎂鈣鍶鋇鐳等元素

主題化學反應

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- 104 -

單元參酸鹼鹽

一 電解質

(一) 電解質定義 1 電解質凡溶於水能導電的化合物皆可稱為【電解質】（常溫下為固

態的化合物熔融態可導電者亦可稱為電解質）

2 電解質種類【酸】【鹼】【鹽】三大類

(1) 酸類溶於水會產生氫離子（H＋）者例如

強酸硫酸【H2SO4】鹽酸【HCl】硝酸【HNO3】

弱酸醋酸【CH3COOH】

(2) 鹼類溶於水會產生氫氧根離子（OH－）者例如

強鹼氫氧化鈉【NaOH】熟石灰【Ca(OH)2】

弱鹼氫氧化鎂【Mg(OH)2】

(3) 鹽類食鹽【NaCl】硝酸鉀【KNO3】

3 非電解質凡溶於水不能導電的化合物皆稱為非電解質

(1) 所有非電解質的水溶液皆為中性溶液如醣頪的蔗糖（C12H22O11）

葡萄糖（C6H12O6）醇頪的酒精（C2H5OH）等都是非電解質

(2) 金屬石墨等物質雖可導電但它們都是元素而非化合物且在電

流通過時只是物理現象並不會發生化學反應故金屬和石墨為非

電解質

(二) 電解質的觀察 1 由物質的外觀不易看出其是否為電解質電解質的特質必須經過電解裝

置加以測試後才能判定 直流電源

V A ＋ －

電燈泡

圖一電解質的檢驗

2 判定電解質的方法以電路裝置

檢驗物質是否為電解質

（裝置如圖一）

(1) 取生活中常見的物質配置成水

溶液並分别以紅色和藍色石

蕊試紙檢驗水溶液的酸鹼性

主題化學反應

- 105 -

- 105 -

(2) 將水溶液分别裝入燒杯中通以直流電測試水溶液否導電

(3) 每一次檢驗後須將燒杯及碳棒洗淨後再進行下一項物質的測試

並將各種物質水溶液導電情形紀錄下來

(4) 實驗結果如表一所示

(5) 由表一可以得知可以導電的水溶液包含了酸鹼鹽類

3 電解質包含酸鹼鹽三類物質但並非所有酸鹼鹽類皆屬於電解質

因為部分鹽類難溶於水中故其溶液無法導電

4 例如碳酸鈣屬於鹽類但對水的溶解度很小其水溶液幾乎不導電故

碳酸鈣列為非電解質

(三) 解離說

1 瑞典化學家阿瑞尼士提出【解離說】電解質溶於水後即分解成帶電粒

子稱為【離子】帶正電的離子稱為【正離子】帶負電的離子稱為【

負離子】（如圖二）

圖二氯化鈣解離的過程

Cl－Ca2＋

Cl Cl Ca

Cl 解 離

水溶液

名稱

紅色石蕊試紙

由紅變藍色

藍色石蕊試紙

由藍變紅色

水溶液

酸鹼性 酸鹼鹽類

水溶液

是否導電

醋 否 是 酸 酸 是

酸梅汁 否 是 酸 酸 是

稀鹽酸 否 是 酸 酸 是

小蘇打 是 否 鹼 鹼 是

氨 水 是 否 鹼 鹼 是

肥皂水 是 否 鹼 鹼 是

食鹽水 否 否 中 性 鹽 是

蔗糖水 否 否 中 性 非電解質 否

酒 精 否 否 中 性 非電解質 否

麵 粉 否 否 中 性 非電解質 否

葡萄糖 否 否 中 性 非電解質 否

表一電解質檢驗結果

主題化學反應

- 106 -

- 106 -

2 電解質的水溶液呈電中性即正負離子所帶的【總電量相等】但溶

液中正負離子的總個數不一定相等

3 通以直流電時水

溶液中的正負離

子向兩側電極移動

形成電流正離子

受負極吸引往負極

移動負離子受正

極吸引往正極移動

（如圖三所示）

4 離子的化學性質較安定原子的化學性質較活潑例如鈉離子不會和

水起化學變化但鈉原子會和水產生激烈的化學反應生成氫氣

5 某些物質的水溶液會解離出數個原子為一群組的帶電原子團稱為稱

為「根」根的性質與單一原子所形成的離子在水溶液中導電的情形

皆相同且根在水中性質極為安定不會因通電流而起化學變化

6 常見的原子團整理如表二

原子團帶量 中文名稱 符 號 顏 色

＋１價 銨 根 NH4＋ 無 色

－１價

氫氧根 硝酸根 氰酸根 過錳酸根 碳酸氫根

氯酸根 醋酸根

OH－

NO3－

CN－

MnO4－

HCO3－

ClO3－

CH3COO－

無 色 無 色 無 色 紫 色 無 色

無 色 無 色

－２價

硫酸根 硫代硫酸根 亞硫酸根 碳酸根 鉻酸根 二鉻酸根

SO42－

S2O32－

SO32－

CO32－

CrO42－

Cr2O72－

無 色 無 色 無 色 無 色 黃 色 橘紅色

－３價 磷酸根 硼酸根

PO43－

BO33－

無 色 無 色

V A

＋ －

直流電源

圖三電解質導電的原理

電燈泡

＋

－

－

－

＋

＋

正極負極

表二常用「根離子」符號

主題化學反應

- 107 -

- 107 -

二 酸與鹼類

(一) 酸性物質 1 「酸」溶於水可解離出【氫離子H】的化合物均稱為酸

2 酸的通性

(1) 水溶液可使石蕊試紙呈紅色酚酞指示劑呈無色

(2) 大多數活潑金屬會與酸性水溶液反應生成【氫氣】和【鹽類】

例鹽酸＋鐵rarr氫＋氯化亞鐵

2HCl＋FerarrH2uarr＋FeCl2 鹽類

(3) 碳酸鈣（大理石）與酸性水溶液反應生成【二氧化碳】

CaCO3＋2HClrarrCaCl2＋H2O＋CO2uarr

(4) 濃酸加水稀時會放出熱量使水溫上升

(5) 酸的水溶液都可以導電皆屬於電解質

(6) 酸溶液嘗起來有酸味(酸有腐蝕性輕易嘗試)

3 常見的酸性溶液如下表一

表一常見的酸性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

硫 酸 化學工業之母 H2SO4 強 酸

硝 酸 國防工業之母 HNO3 強 酸

氫氯酸 鹽 酸 HCl 強 酸

乙 酸 醋 酸 CH3COOH 弱 酸

4 硫酸的性質

(1) 硫酸的化學式為H2SO4俗稱化學工業之母

(2) 沸點在酸類中最高且具有脫水性故適合用於製造沸點較低的酸或

在化學反應中做為催化劑

(3) 熱濃硫酸可與大多數金屬(除金鉑以外)反應生成金屬離子同時放

出二氧化硫氣體稀硫酸對金屬的作用則較弱

5 硝酸的性質

(1) 無色揮性液體化學式ＨＮＯ3俗稱國防工業之母

(2) 硝酸在高溫下或受光線照射時本身容易分解出紅棕色的ＮＯ2氣體

主題化學反應

- 108 -

- 108 -

故使硝酸呈現淡黃色

(3) 實驗室中常以濃硫酸與硝酸鈉共熱再導入冷凝器中冷卻後製得

NaNO3 +H2SO4 rarr NaHSO4 +HNO3

(4) 硝酸與大多數金屬起反應(金鉑不反應)產生氣體

例銅與濃硝酸作用生成紅棕色的【ＮＯ2】氣體銅與稀硝酸作用

生成無色的【ＮＯ】氣體

(5) 蛋白質遇硝酸則成【黃色】反應故可做為檢驗蛋白質的方法

(6) 硝酸對橡膠的腐蝕性極強故盛裝硝酸的容器包含實驗器材都以玻璃

器材為主

6 鹽酸的性質

(1)鹽酸氯化氫的水溶液化學式HCl學名氫氯酸

(2)鹽酸易與多種金屬作用生成【氫氣】 (銅汞銀金鉑除外)

(3)濃鹽酸氣體遇到氨氣即生成白色煙霧狀的【氯化銨】

(4)粗製的鹽酸因為含有鐵離子（Fe3＋）故顏色略呈淡黃色

7 醋酸的性質

(1) 醋酸學名乙酸化學式ＣＨ3ＣＯＯＨ由酒類發酵生成

(2) 純醋酸又名冰醋酸是無色有刺激性的液體呈中性反應(必須溶解於

水才能解離出Ｈ＋才有酸性)

(3) 純醋酸在 167以下即凝固成為冰狀物俗稱冰醋酸

(4) 醋酸極易溶於水3-5的醋酸溶液可作為食用醋

(二) 鹼性物質 1 「鹼」性物質定義溶於水中時可解離出氫氧根離子（OH－）的化合物

鹼性物質的水溶液﹝OH－﹞＞﹝H＋﹞故水溶液呈鹼性

2 鹼的通性

(1) 鹼性物質溶於水中會解離出氫氧根離子（OH－）

(2) 水溶液可使石蕊試紙呈藍色酚酞指示劑呈紅色

(3) 鹼性水溶液可以溶解蛋白質和油脂故常用來作為清潔劑

(4) 鹼性水溶液觸感滑膩嚐起來有澀味

(5) 具有消除酸性的作用酸液如果加入鹼就會失去酸性胃藥中含有弱

鹼如氫氧化鎂等制酸劑

3 常見的鹼性溶液如下表二

主題化學反應

- 109 -

- 109 -

表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

- 110 -

- 110 -

單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

- 111 -

- 111 -

M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

- 112 -

- 112 -

3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

- 113 -

- 113 -

3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

- 114 -

- 114 -

單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

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- 115 -

二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

- 116 -

- 116 -

三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

- 117 -

- 117 -

(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

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接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

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(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題化學反應

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單元參酸鹼鹽

一 電解質

(一) 電解質定義 1 電解質凡溶於水能導電的化合物皆可稱為【電解質】（常溫下為固

態的化合物熔融態可導電者亦可稱為電解質）

2 電解質種類【酸】【鹼】【鹽】三大類

(1) 酸類溶於水會產生氫離子（H＋）者例如

強酸硫酸【H2SO4】鹽酸【HCl】硝酸【HNO3】

弱酸醋酸【CH3COOH】

(2) 鹼類溶於水會產生氫氧根離子（OH－）者例如

強鹼氫氧化鈉【NaOH】熟石灰【Ca(OH)2】

弱鹼氫氧化鎂【Mg(OH)2】

(3) 鹽類食鹽【NaCl】硝酸鉀【KNO3】

3 非電解質凡溶於水不能導電的化合物皆稱為非電解質

(1) 所有非電解質的水溶液皆為中性溶液如醣頪的蔗糖（C12H22O11）

葡萄糖（C6H12O6）醇頪的酒精（C2H5OH）等都是非電解質

(2) 金屬石墨等物質雖可導電但它們都是元素而非化合物且在電

流通過時只是物理現象並不會發生化學反應故金屬和石墨為非

電解質

(二) 電解質的觀察 1 由物質的外觀不易看出其是否為電解質電解質的特質必須經過電解裝

置加以測試後才能判定 直流電源

V A ＋ －

電燈泡

圖一電解質的檢驗

2 判定電解質的方法以電路裝置

檢驗物質是否為電解質

（裝置如圖一）

(1) 取生活中常見的物質配置成水

溶液並分别以紅色和藍色石

蕊試紙檢驗水溶液的酸鹼性

主題化學反應

- 105 -

- 105 -

(2) 將水溶液分别裝入燒杯中通以直流電測試水溶液否導電

(3) 每一次檢驗後須將燒杯及碳棒洗淨後再進行下一項物質的測試

並將各種物質水溶液導電情形紀錄下來

(4) 實驗結果如表一所示

(5) 由表一可以得知可以導電的水溶液包含了酸鹼鹽類

3 電解質包含酸鹼鹽三類物質但並非所有酸鹼鹽類皆屬於電解質

因為部分鹽類難溶於水中故其溶液無法導電

4 例如碳酸鈣屬於鹽類但對水的溶解度很小其水溶液幾乎不導電故

碳酸鈣列為非電解質

(三) 解離說

1 瑞典化學家阿瑞尼士提出【解離說】電解質溶於水後即分解成帶電粒

子稱為【離子】帶正電的離子稱為【正離子】帶負電的離子稱為【

負離子】（如圖二）

圖二氯化鈣解離的過程

Cl－Ca2＋

Cl Cl Ca

Cl 解 離

水溶液

名稱

紅色石蕊試紙

由紅變藍色

藍色石蕊試紙

由藍變紅色

水溶液

酸鹼性 酸鹼鹽類

水溶液

是否導電

醋 否 是 酸 酸 是

酸梅汁 否 是 酸 酸 是

稀鹽酸 否 是 酸 酸 是

小蘇打 是 否 鹼 鹼 是

氨 水 是 否 鹼 鹼 是

肥皂水 是 否 鹼 鹼 是

食鹽水 否 否 中 性 鹽 是

蔗糖水 否 否 中 性 非電解質 否

酒 精 否 否 中 性 非電解質 否

麵 粉 否 否 中 性 非電解質 否

葡萄糖 否 否 中 性 非電解質 否

表一電解質檢驗結果

主題化學反應

- 106 -

- 106 -

2 電解質的水溶液呈電中性即正負離子所帶的【總電量相等】但溶

液中正負離子的總個數不一定相等

3 通以直流電時水

溶液中的正負離

子向兩側電極移動

形成電流正離子

受負極吸引往負極

移動負離子受正

極吸引往正極移動

（如圖三所示）

4 離子的化學性質較安定原子的化學性質較活潑例如鈉離子不會和

水起化學變化但鈉原子會和水產生激烈的化學反應生成氫氣

5 某些物質的水溶液會解離出數個原子為一群組的帶電原子團稱為稱

為「根」根的性質與單一原子所形成的離子在水溶液中導電的情形

皆相同且根在水中性質極為安定不會因通電流而起化學變化

6 常見的原子團整理如表二

原子團帶量 中文名稱 符 號 顏 色

＋１價 銨 根 NH4＋ 無 色

－１價

氫氧根 硝酸根 氰酸根 過錳酸根 碳酸氫根

氯酸根 醋酸根

OH－

NO3－

CN－

MnO4－

HCO3－

ClO3－

CH3COO－

無 色 無 色 無 色 紫 色 無 色

無 色 無 色

－２價

硫酸根 硫代硫酸根 亞硫酸根 碳酸根 鉻酸根 二鉻酸根

SO42－

S2O32－

SO32－

CO32－

CrO42－

Cr2O72－

無 色 無 色 無 色 無 色 黃 色 橘紅色

－３價 磷酸根 硼酸根

PO43－

BO33－

無 色 無 色

V A

＋ －

直流電源

圖三電解質導電的原理

電燈泡

＋

－

－

－

＋

＋

正極負極

表二常用「根離子」符號

主題化學反應

- 107 -

- 107 -

二 酸與鹼類

(一) 酸性物質 1 「酸」溶於水可解離出【氫離子H】的化合物均稱為酸

2 酸的通性

(1) 水溶液可使石蕊試紙呈紅色酚酞指示劑呈無色

(2) 大多數活潑金屬會與酸性水溶液反應生成【氫氣】和【鹽類】

例鹽酸＋鐵rarr氫＋氯化亞鐵

2HCl＋FerarrH2uarr＋FeCl2 鹽類

(3) 碳酸鈣（大理石）與酸性水溶液反應生成【二氧化碳】

CaCO3＋2HClrarrCaCl2＋H2O＋CO2uarr

(4) 濃酸加水稀時會放出熱量使水溫上升

(5) 酸的水溶液都可以導電皆屬於電解質

(6) 酸溶液嘗起來有酸味(酸有腐蝕性輕易嘗試)

3 常見的酸性溶液如下表一

表一常見的酸性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

硫 酸 化學工業之母 H2SO4 強 酸

硝 酸 國防工業之母 HNO3 強 酸

氫氯酸 鹽 酸 HCl 強 酸

乙 酸 醋 酸 CH3COOH 弱 酸

4 硫酸的性質

(1) 硫酸的化學式為H2SO4俗稱化學工業之母

(2) 沸點在酸類中最高且具有脫水性故適合用於製造沸點較低的酸或

在化學反應中做為催化劑

(3) 熱濃硫酸可與大多數金屬(除金鉑以外)反應生成金屬離子同時放

出二氧化硫氣體稀硫酸對金屬的作用則較弱

5 硝酸的性質

(1) 無色揮性液體化學式ＨＮＯ3俗稱國防工業之母

(2) 硝酸在高溫下或受光線照射時本身容易分解出紅棕色的ＮＯ2氣體

主題化學反應

- 108 -

- 108 -

故使硝酸呈現淡黃色

(3) 實驗室中常以濃硫酸與硝酸鈉共熱再導入冷凝器中冷卻後製得

NaNO3 +H2SO4 rarr NaHSO4 +HNO3

(4) 硝酸與大多數金屬起反應(金鉑不反應)產生氣體

例銅與濃硝酸作用生成紅棕色的【ＮＯ2】氣體銅與稀硝酸作用

生成無色的【ＮＯ】氣體

(5) 蛋白質遇硝酸則成【黃色】反應故可做為檢驗蛋白質的方法

(6) 硝酸對橡膠的腐蝕性極強故盛裝硝酸的容器包含實驗器材都以玻璃

器材為主

6 鹽酸的性質

(1)鹽酸氯化氫的水溶液化學式HCl學名氫氯酸

(2)鹽酸易與多種金屬作用生成【氫氣】 (銅汞銀金鉑除外)

(3)濃鹽酸氣體遇到氨氣即生成白色煙霧狀的【氯化銨】

(4)粗製的鹽酸因為含有鐵離子（Fe3＋）故顏色略呈淡黃色

7 醋酸的性質

(1) 醋酸學名乙酸化學式ＣＨ3ＣＯＯＨ由酒類發酵生成

(2) 純醋酸又名冰醋酸是無色有刺激性的液體呈中性反應(必須溶解於

水才能解離出Ｈ＋才有酸性)

(3) 純醋酸在 167以下即凝固成為冰狀物俗稱冰醋酸

(4) 醋酸極易溶於水3-5的醋酸溶液可作為食用醋

(二) 鹼性物質 1 「鹼」性物質定義溶於水中時可解離出氫氧根離子（OH－）的化合物

鹼性物質的水溶液﹝OH－﹞＞﹝H＋﹞故水溶液呈鹼性

2 鹼的通性

(1) 鹼性物質溶於水中會解離出氫氧根離子（OH－）

(2) 水溶液可使石蕊試紙呈藍色酚酞指示劑呈紅色

(3) 鹼性水溶液可以溶解蛋白質和油脂故常用來作為清潔劑

(4) 鹼性水溶液觸感滑膩嚐起來有澀味

(5) 具有消除酸性的作用酸液如果加入鹼就會失去酸性胃藥中含有弱

鹼如氫氧化鎂等制酸劑

3 常見的鹼性溶液如下表二

主題化學反應

- 109 -

- 109 -

表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

- 110 -

- 110 -

單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

- 111 -

- 111 -

M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

- 112 -

- 112 -

3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

- 113 -

- 113 -

3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

- 114 -

- 114 -

單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

- 115 -

- 115 -

二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

- 116 -

- 116 -

三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

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- 117 -

(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

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- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題化學反應

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- 105 -

(2) 將水溶液分别裝入燒杯中通以直流電測試水溶液否導電

(3) 每一次檢驗後須將燒杯及碳棒洗淨後再進行下一項物質的測試

並將各種物質水溶液導電情形紀錄下來

(4) 實驗結果如表一所示

(5) 由表一可以得知可以導電的水溶液包含了酸鹼鹽類

3 電解質包含酸鹼鹽三類物質但並非所有酸鹼鹽類皆屬於電解質

因為部分鹽類難溶於水中故其溶液無法導電

4 例如碳酸鈣屬於鹽類但對水的溶解度很小其水溶液幾乎不導電故

碳酸鈣列為非電解質

(三) 解離說

1 瑞典化學家阿瑞尼士提出【解離說】電解質溶於水後即分解成帶電粒

子稱為【離子】帶正電的離子稱為【正離子】帶負電的離子稱為【

負離子】（如圖二）

圖二氯化鈣解離的過程

Cl－Ca2＋

Cl Cl Ca

Cl 解 離

水溶液

名稱

紅色石蕊試紙

由紅變藍色

藍色石蕊試紙

由藍變紅色

水溶液

酸鹼性 酸鹼鹽類

水溶液

是否導電

醋 否 是 酸 酸 是

酸梅汁 否 是 酸 酸 是

稀鹽酸 否 是 酸 酸 是

小蘇打 是 否 鹼 鹼 是

氨 水 是 否 鹼 鹼 是

肥皂水 是 否 鹼 鹼 是

食鹽水 否 否 中 性 鹽 是

蔗糖水 否 否 中 性 非電解質 否

酒 精 否 否 中 性 非電解質 否

麵 粉 否 否 中 性 非電解質 否

葡萄糖 否 否 中 性 非電解質 否

表一電解質檢驗結果

主題化學反應

- 106 -

- 106 -

2 電解質的水溶液呈電中性即正負離子所帶的【總電量相等】但溶

液中正負離子的總個數不一定相等

3 通以直流電時水

溶液中的正負離

子向兩側電極移動

形成電流正離子

受負極吸引往負極

移動負離子受正

極吸引往正極移動

（如圖三所示）

4 離子的化學性質較安定原子的化學性質較活潑例如鈉離子不會和

水起化學變化但鈉原子會和水產生激烈的化學反應生成氫氣

5 某些物質的水溶液會解離出數個原子為一群組的帶電原子團稱為稱

為「根」根的性質與單一原子所形成的離子在水溶液中導電的情形

皆相同且根在水中性質極為安定不會因通電流而起化學變化

6 常見的原子團整理如表二

原子團帶量 中文名稱 符 號 顏 色

＋１價 銨 根 NH4＋ 無 色

－１價

氫氧根 硝酸根 氰酸根 過錳酸根 碳酸氫根

氯酸根 醋酸根

OH－

NO3－

CN－

MnO4－

HCO3－

ClO3－

CH3COO－

無 色 無 色 無 色 紫 色 無 色

無 色 無 色

－２價

硫酸根 硫代硫酸根 亞硫酸根 碳酸根 鉻酸根 二鉻酸根

SO42－

S2O32－

SO32－

CO32－

CrO42－

Cr2O72－

無 色 無 色 無 色 無 色 黃 色 橘紅色

－３價 磷酸根 硼酸根

PO43－

BO33－

無 色 無 色

V A

＋ －

直流電源

圖三電解質導電的原理

電燈泡

＋

－

－

－

＋

＋

正極負極

表二常用「根離子」符號

主題化學反應

- 107 -

- 107 -

二 酸與鹼類

(一) 酸性物質 1 「酸」溶於水可解離出【氫離子H】的化合物均稱為酸

2 酸的通性

(1) 水溶液可使石蕊試紙呈紅色酚酞指示劑呈無色

(2) 大多數活潑金屬會與酸性水溶液反應生成【氫氣】和【鹽類】

例鹽酸＋鐵rarr氫＋氯化亞鐵

2HCl＋FerarrH2uarr＋FeCl2 鹽類

(3) 碳酸鈣（大理石）與酸性水溶液反應生成【二氧化碳】

CaCO3＋2HClrarrCaCl2＋H2O＋CO2uarr

(4) 濃酸加水稀時會放出熱量使水溫上升

(5) 酸的水溶液都可以導電皆屬於電解質

(6) 酸溶液嘗起來有酸味(酸有腐蝕性輕易嘗試)

3 常見的酸性溶液如下表一

表一常見的酸性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

硫 酸 化學工業之母 H2SO4 強 酸

硝 酸 國防工業之母 HNO3 強 酸

氫氯酸 鹽 酸 HCl 強 酸

乙 酸 醋 酸 CH3COOH 弱 酸

4 硫酸的性質

(1) 硫酸的化學式為H2SO4俗稱化學工業之母

(2) 沸點在酸類中最高且具有脫水性故適合用於製造沸點較低的酸或

在化學反應中做為催化劑

(3) 熱濃硫酸可與大多數金屬(除金鉑以外)反應生成金屬離子同時放

出二氧化硫氣體稀硫酸對金屬的作用則較弱

5 硝酸的性質

(1) 無色揮性液體化學式ＨＮＯ3俗稱國防工業之母

(2) 硝酸在高溫下或受光線照射時本身容易分解出紅棕色的ＮＯ2氣體

主題化學反應

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故使硝酸呈現淡黃色

(3) 實驗室中常以濃硫酸與硝酸鈉共熱再導入冷凝器中冷卻後製得

NaNO3 +H2SO4 rarr NaHSO4 +HNO3

(4) 硝酸與大多數金屬起反應(金鉑不反應)產生氣體

例銅與濃硝酸作用生成紅棕色的【ＮＯ2】氣體銅與稀硝酸作用

生成無色的【ＮＯ】氣體

(5) 蛋白質遇硝酸則成【黃色】反應故可做為檢驗蛋白質的方法

(6) 硝酸對橡膠的腐蝕性極強故盛裝硝酸的容器包含實驗器材都以玻璃

器材為主

6 鹽酸的性質

(1)鹽酸氯化氫的水溶液化學式HCl學名氫氯酸

(2)鹽酸易與多種金屬作用生成【氫氣】 (銅汞銀金鉑除外)

(3)濃鹽酸氣體遇到氨氣即生成白色煙霧狀的【氯化銨】

(4)粗製的鹽酸因為含有鐵離子（Fe3＋）故顏色略呈淡黃色

7 醋酸的性質

(1) 醋酸學名乙酸化學式ＣＨ3ＣＯＯＨ由酒類發酵生成

(2) 純醋酸又名冰醋酸是無色有刺激性的液體呈中性反應(必須溶解於

水才能解離出Ｈ＋才有酸性)

(3) 純醋酸在 167以下即凝固成為冰狀物俗稱冰醋酸

(4) 醋酸極易溶於水3-5的醋酸溶液可作為食用醋

(二) 鹼性物質 1 「鹼」性物質定義溶於水中時可解離出氫氧根離子（OH－）的化合物

鹼性物質的水溶液﹝OH－﹞＞﹝H＋﹞故水溶液呈鹼性

2 鹼的通性

(1) 鹼性物質溶於水中會解離出氫氧根離子（OH－）

(2) 水溶液可使石蕊試紙呈藍色酚酞指示劑呈紅色

(3) 鹼性水溶液可以溶解蛋白質和油脂故常用來作為清潔劑

(4) 鹼性水溶液觸感滑膩嚐起來有澀味

(5) 具有消除酸性的作用酸液如果加入鹼就會失去酸性胃藥中含有弱

鹼如氫氧化鎂等制酸劑

3 常見的鹼性溶液如下表二

主題化學反應

- 109 -

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表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

- 110 -

- 110 -

單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

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- 111 -

M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

- 112 -

- 112 -

3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

- 113 -

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3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

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單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

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- 115 -

二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

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三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

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(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

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氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

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接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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2 電解質的水溶液呈電中性即正負離子所帶的【總電量相等】但溶

液中正負離子的總個數不一定相等

3 通以直流電時水

溶液中的正負離

子向兩側電極移動

形成電流正離子

受負極吸引往負極

移動負離子受正

極吸引往正極移動

（如圖三所示）

4 離子的化學性質較安定原子的化學性質較活潑例如鈉離子不會和

水起化學變化但鈉原子會和水產生激烈的化學反應生成氫氣

5 某些物質的水溶液會解離出數個原子為一群組的帶電原子團稱為稱

為「根」根的性質與單一原子所形成的離子在水溶液中導電的情形

皆相同且根在水中性質極為安定不會因通電流而起化學變化

6 常見的原子團整理如表二

原子團帶量 中文名稱 符 號 顏 色

＋１價 銨 根 NH4＋ 無 色

－１價

氫氧根 硝酸根 氰酸根 過錳酸根 碳酸氫根

氯酸根 醋酸根

OH－

NO3－

CN－

MnO4－

HCO3－

ClO3－

CH3COO－

無 色 無 色 無 色 紫 色 無 色

無 色 無 色

－２價

硫酸根 硫代硫酸根 亞硫酸根 碳酸根 鉻酸根 二鉻酸根

SO42－

S2O32－

SO32－

CO32－

CrO42－

Cr2O72－

無 色 無 色 無 色 無 色 黃 色 橘紅色

－３價 磷酸根 硼酸根

PO43－

BO33－

無 色 無 色

V A

＋ －

直流電源

圖三電解質導電的原理

電燈泡

＋

－

－

－

＋

＋

正極負極

表二常用「根離子」符號

主題化學反應

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- 107 -

二 酸與鹼類

(一) 酸性物質 1 「酸」溶於水可解離出【氫離子H】的化合物均稱為酸

2 酸的通性

(1) 水溶液可使石蕊試紙呈紅色酚酞指示劑呈無色

(2) 大多數活潑金屬會與酸性水溶液反應生成【氫氣】和【鹽類】

例鹽酸＋鐵rarr氫＋氯化亞鐵

2HCl＋FerarrH2uarr＋FeCl2 鹽類

(3) 碳酸鈣（大理石）與酸性水溶液反應生成【二氧化碳】

CaCO3＋2HClrarrCaCl2＋H2O＋CO2uarr

(4) 濃酸加水稀時會放出熱量使水溫上升

(5) 酸的水溶液都可以導電皆屬於電解質

(6) 酸溶液嘗起來有酸味(酸有腐蝕性輕易嘗試)

3 常見的酸性溶液如下表一

表一常見的酸性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

硫 酸 化學工業之母 H2SO4 強 酸

硝 酸 國防工業之母 HNO3 強 酸

氫氯酸 鹽 酸 HCl 強 酸

乙 酸 醋 酸 CH3COOH 弱 酸

4 硫酸的性質

(1) 硫酸的化學式為H2SO4俗稱化學工業之母

(2) 沸點在酸類中最高且具有脫水性故適合用於製造沸點較低的酸或

在化學反應中做為催化劑

(3) 熱濃硫酸可與大多數金屬(除金鉑以外)反應生成金屬離子同時放

出二氧化硫氣體稀硫酸對金屬的作用則較弱

5 硝酸的性質

(1) 無色揮性液體化學式ＨＮＯ3俗稱國防工業之母

(2) 硝酸在高溫下或受光線照射時本身容易分解出紅棕色的ＮＯ2氣體

主題化學反應

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- 108 -

故使硝酸呈現淡黃色

(3) 實驗室中常以濃硫酸與硝酸鈉共熱再導入冷凝器中冷卻後製得

NaNO3 +H2SO4 rarr NaHSO4 +HNO3

(4) 硝酸與大多數金屬起反應(金鉑不反應)產生氣體

例銅與濃硝酸作用生成紅棕色的【ＮＯ2】氣體銅與稀硝酸作用

生成無色的【ＮＯ】氣體

(5) 蛋白質遇硝酸則成【黃色】反應故可做為檢驗蛋白質的方法

(6) 硝酸對橡膠的腐蝕性極強故盛裝硝酸的容器包含實驗器材都以玻璃

器材為主

6 鹽酸的性質

(1)鹽酸氯化氫的水溶液化學式HCl學名氫氯酸

(2)鹽酸易與多種金屬作用生成【氫氣】 (銅汞銀金鉑除外)

(3)濃鹽酸氣體遇到氨氣即生成白色煙霧狀的【氯化銨】

(4)粗製的鹽酸因為含有鐵離子（Fe3＋）故顏色略呈淡黃色

7 醋酸的性質

(1) 醋酸學名乙酸化學式ＣＨ3ＣＯＯＨ由酒類發酵生成

(2) 純醋酸又名冰醋酸是無色有刺激性的液體呈中性反應(必須溶解於

水才能解離出Ｈ＋才有酸性)

(3) 純醋酸在 167以下即凝固成為冰狀物俗稱冰醋酸

(4) 醋酸極易溶於水3-5的醋酸溶液可作為食用醋

(二) 鹼性物質 1 「鹼」性物質定義溶於水中時可解離出氫氧根離子（OH－）的化合物

鹼性物質的水溶液﹝OH－﹞＞﹝H＋﹞故水溶液呈鹼性

2 鹼的通性

(1) 鹼性物質溶於水中會解離出氫氧根離子（OH－）

(2) 水溶液可使石蕊試紙呈藍色酚酞指示劑呈紅色

(3) 鹼性水溶液可以溶解蛋白質和油脂故常用來作為清潔劑

(4) 鹼性水溶液觸感滑膩嚐起來有澀味

(5) 具有消除酸性的作用酸液如果加入鹼就會失去酸性胃藥中含有弱

鹼如氫氧化鎂等制酸劑

3 常見的鹼性溶液如下表二

主題化學反應

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表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

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- 110 -

單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

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M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

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3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

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3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

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單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

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二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

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三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

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(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

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氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

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接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

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主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

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主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

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主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

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主題化學反應

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單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

- 132 -

- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

- 136 -

- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

- 211 -

- 211 -

單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

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- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

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(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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二 酸與鹼類

(一) 酸性物質 1 「酸」溶於水可解離出【氫離子H】的化合物均稱為酸

2 酸的通性

(1) 水溶液可使石蕊試紙呈紅色酚酞指示劑呈無色

(2) 大多數活潑金屬會與酸性水溶液反應生成【氫氣】和【鹽類】

例鹽酸＋鐵rarr氫＋氯化亞鐵

2HCl＋FerarrH2uarr＋FeCl2 鹽類

(3) 碳酸鈣（大理石）與酸性水溶液反應生成【二氧化碳】

CaCO3＋2HClrarrCaCl2＋H2O＋CO2uarr

(4) 濃酸加水稀時會放出熱量使水溫上升

(5) 酸的水溶液都可以導電皆屬於電解質

(6) 酸溶液嘗起來有酸味(酸有腐蝕性輕易嘗試)

3 常見的酸性溶液如下表一

表一常見的酸性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

硫 酸 化學工業之母 H2SO4 強 酸

硝 酸 國防工業之母 HNO3 強 酸

氫氯酸 鹽 酸 HCl 強 酸

乙 酸 醋 酸 CH3COOH 弱 酸

4 硫酸的性質

(1) 硫酸的化學式為H2SO4俗稱化學工業之母

(2) 沸點在酸類中最高且具有脫水性故適合用於製造沸點較低的酸或

在化學反應中做為催化劑

(3) 熱濃硫酸可與大多數金屬(除金鉑以外)反應生成金屬離子同時放

出二氧化硫氣體稀硫酸對金屬的作用則較弱

5 硝酸的性質

(1) 無色揮性液體化學式ＨＮＯ3俗稱國防工業之母

(2) 硝酸在高溫下或受光線照射時本身容易分解出紅棕色的ＮＯ2氣體

主題化學反應

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故使硝酸呈現淡黃色

(3) 實驗室中常以濃硫酸與硝酸鈉共熱再導入冷凝器中冷卻後製得

NaNO3 +H2SO4 rarr NaHSO4 +HNO3

(4) 硝酸與大多數金屬起反應(金鉑不反應)產生氣體

例銅與濃硝酸作用生成紅棕色的【ＮＯ2】氣體銅與稀硝酸作用

生成無色的【ＮＯ】氣體

(5) 蛋白質遇硝酸則成【黃色】反應故可做為檢驗蛋白質的方法

(6) 硝酸對橡膠的腐蝕性極強故盛裝硝酸的容器包含實驗器材都以玻璃

器材為主

6 鹽酸的性質

(1)鹽酸氯化氫的水溶液化學式HCl學名氫氯酸

(2)鹽酸易與多種金屬作用生成【氫氣】 (銅汞銀金鉑除外)

(3)濃鹽酸氣體遇到氨氣即生成白色煙霧狀的【氯化銨】

(4)粗製的鹽酸因為含有鐵離子（Fe3＋）故顏色略呈淡黃色

7 醋酸的性質

(1) 醋酸學名乙酸化學式ＣＨ3ＣＯＯＨ由酒類發酵生成

(2) 純醋酸又名冰醋酸是無色有刺激性的液體呈中性反應(必須溶解於

水才能解離出Ｈ＋才有酸性)

(3) 純醋酸在 167以下即凝固成為冰狀物俗稱冰醋酸

(4) 醋酸極易溶於水3-5的醋酸溶液可作為食用醋

(二) 鹼性物質 1 「鹼」性物質定義溶於水中時可解離出氫氧根離子（OH－）的化合物

鹼性物質的水溶液﹝OH－﹞＞﹝H＋﹞故水溶液呈鹼性

2 鹼的通性

(1) 鹼性物質溶於水中會解離出氫氧根離子（OH－）

(2) 水溶液可使石蕊試紙呈藍色酚酞指示劑呈紅色

(3) 鹼性水溶液可以溶解蛋白質和油脂故常用來作為清潔劑

(4) 鹼性水溶液觸感滑膩嚐起來有澀味

(5) 具有消除酸性的作用酸液如果加入鹼就會失去酸性胃藥中含有弱

鹼如氫氧化鎂等制酸劑

3 常見的鹼性溶液如下表二

主題化學反應

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表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

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- 110 -

單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

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- 111 -

M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

- 112 -

- 112 -

3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

- 113 -

- 113 -

3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

- 114 -

- 114 -

單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

- 115 -

- 115 -

二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

- 116 -

- 116 -

三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

- 117 -

- 117 -

(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

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- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

- 132 -

- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

- 211 -

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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故使硝酸呈現淡黃色

(3) 實驗室中常以濃硫酸與硝酸鈉共熱再導入冷凝器中冷卻後製得

NaNO3 +H2SO4 rarr NaHSO4 +HNO3

(4) 硝酸與大多數金屬起反應(金鉑不反應)產生氣體

例銅與濃硝酸作用生成紅棕色的【ＮＯ2】氣體銅與稀硝酸作用

生成無色的【ＮＯ】氣體

(5) 蛋白質遇硝酸則成【黃色】反應故可做為檢驗蛋白質的方法

(6) 硝酸對橡膠的腐蝕性極強故盛裝硝酸的容器包含實驗器材都以玻璃

器材為主

6 鹽酸的性質

(1)鹽酸氯化氫的水溶液化學式HCl學名氫氯酸

(2)鹽酸易與多種金屬作用生成【氫氣】 (銅汞銀金鉑除外)

(3)濃鹽酸氣體遇到氨氣即生成白色煙霧狀的【氯化銨】

(4)粗製的鹽酸因為含有鐵離子（Fe3＋）故顏色略呈淡黃色

7 醋酸的性質

(1) 醋酸學名乙酸化學式ＣＨ3ＣＯＯＨ由酒類發酵生成

(2) 純醋酸又名冰醋酸是無色有刺激性的液體呈中性反應(必須溶解於

水才能解離出Ｈ＋才有酸性)

(3) 純醋酸在 167以下即凝固成為冰狀物俗稱冰醋酸

(4) 醋酸極易溶於水3-5的醋酸溶液可作為食用醋

(二) 鹼性物質 1 「鹼」性物質定義溶於水中時可解離出氫氧根離子（OH－）的化合物

鹼性物質的水溶液﹝OH－﹞＞﹝H＋﹞故水溶液呈鹼性

2 鹼的通性

(1) 鹼性物質溶於水中會解離出氫氧根離子（OH－）

(2) 水溶液可使石蕊試紙呈藍色酚酞指示劑呈紅色

(3) 鹼性水溶液可以溶解蛋白質和油脂故常用來作為清潔劑

(4) 鹼性水溶液觸感滑膩嚐起來有澀味

(5) 具有消除酸性的作用酸液如果加入鹼就會失去酸性胃藥中含有弱

鹼如氫氧化鎂等制酸劑

3 常見的鹼性溶液如下表二

主題化學反應

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- 109 -

表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

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- 110 -

單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

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- 111 -

M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

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- 112 -

3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

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3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

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單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

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二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

- 116 -

- 116 -

三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

- 117 -

- 117 -

(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

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單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

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- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

- 132 -

- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

- 135 -

- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

- 136 -

- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

- 211 -

- 211 -

單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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表二常見的鹼性溶液

學 名 俗（別）名 化學式 強 弱

氫氧化鈉 苛性鈉燒鹼 NaOH 強 鹼

氫氧化鈣 熟石灰石灰水 Ca(OH)2 強 鹼

氫氧化銨 氨水阿摩尼亞水 NH4OH 弱 鹼

4 氫氧化鈉的性質

(1) 化學式NaOH俗燒鹼或苛性鈉

(2) 電解飽和食鹽水溶液於陰極所得的產物

2NaCl + 2H2O rarr Cl2 (陽極) + 2NaOH(陰極)

(3) 有強烈的腐蝕性在空氣中易吸收水蒸氣而潮解易吸收【二氧化碳】

而生成碳酸鈉

5 氫氧化鈣的性質

(1) 化學式Ca（OH）2俗稱熟石灰

(2) 製造方法以碳酸鈣為原料加熱在 800高溫下會分解成氧化鈣和

二氧化碳再以氧化鈣加水即可化合成氫氧化鈣因原料成本低故

氫氧化鈣為最廉價的強鹼其製造過程反應式如下

CaCO3 CO2＋CaO

CaO＋H2O rarr Ca（OH）2

(3) 氫氧化鈣水溶液就是石灰（氧化鈣）溶於水又稱石灰水

(4) 二氧化碳通入澄清石灰水則會生成白色【碳酸鈣】沉澱

6 氨的性質

(1) 化學式NH3俗名阿摩尼亞

(2) 工業上製氨是以氮氣和氫氣混合以鐵粉為催化劑於高壓高溫下製

成稱為哈柏法製氨其化學反應式如下

N2＋3H2 2 NH3

(3) 無色有刺激性臭味的氣體比空氣輕極易溶於水水溶液呈弱鹼

性稱為氨水

(4) 為製造氮肥之原料例如硫酸銨尿素等

(5) 氨氣遇氯化氫會產生氫氧化銨固體可做為檢驗氯化氫氣體的方法

化學反應式為 NH3＋HCl rarr NH4Cl (s)

鐵粉

主題化學反應

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- 110 -

單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

- 111 -

- 111 -

M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

- 112 -

- 112 -

3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

- 113 -

- 113 -

3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

- 114 -

- 114 -

單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

- 115 -

- 115 -

二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

- 116 -

- 116 -

三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

- 117 -

- 117 -

(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

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(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

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(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題化學反應

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單元肆酸與鹼的表示法

一 酸鹼的濃度

(一) 溶液濃度的表示法

1 常用的濃度表示法

(1) 體積百分濃度100ml 的水溶液中含有溶質的體積

(2) 重量百分濃度100 克的水溶液中含有溶質的質量

(3) 容積莫耳濃度每 1公升的水溶液中含有溶質的莫耳數可簡稱

【莫耳濃度】

表一 濃度表示法

濃度表示法（公 式） 單 位 溶質體積（ml）

體積百分濃度＝ 溶液體積（ml）

times 100

溶質重量（g） 重量百分濃度＝

溶液重量（g） times 100

溶質莫耳數 容積莫耳濃度＝

溶液體積（公升） 莫耳公升

M

(二) 容積莫耳濃度與 PH值 1 純水的解離

(1) 純水在室溫下（25）水分子會有少量解離的現象經過精密的測量

一莫耳的純水會有 10－7莫耳水分子分解成離子

(2) 純水的解離反應式為

H2O rarr H＋＋OH－

2 在 25時無論何種水溶液水中必同時含有氫離子和氫氧根離子且兩

離子的莫耳濃度關係為【H＋】times【OH-】＝10－14 M2

3 pH值以水溶液中氫離子的莫耳濃度簡記為﹝H＋﹞表示

(1) 中性氫離子的莫耳濃度【H＋】＝10－7 MpH值＝7

(2) 酸性氫離子的莫耳濃度【H＋】＞10－7 MpH值＜7

(3) 鹼性氫離子的莫耳濃度【H＋】＜10－7 MpH值＞7

4 溶液稀釋前後溶質的【莫耳數】維持不變因此M前V前＝M後 V後

主題化學反應

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- 111 -

M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

- 112 -

- 112 -

3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

- 113 -

- 113 -

3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

- 114 -

- 114 -

單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

- 115 -

- 115 -

二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

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三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

- 117 -

- 117 -

(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

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單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

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- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

- 132 -

- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

- 211 -

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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M前表示稀釋前溶液的莫耳濃度V前表示稀釋前溶液的體積

M後表示稀釋後溶液的莫耳濃度V後表示稀釋後溶液的體積

5 酸鹼指示劑在不同的 pH值下會呈現不同的顏色

表二 常用的酸鹼指示劑

指示劑 酸性溶液中的顏色 鹼性溶液中的顏色 變色 pH值範圍

石蕊 紅 藍 45~83

酚酞 無 紅 83~10

酚紅 黃 紅 64~82

二 酸鹼中和及其產物

(一) 酸鹼中和反應

1 酸鹼中和反應酸＋鹼rarr鹽＋水＋熱量

2 酸鹼中和是【放熱反應】水溶液溫度會上升

3 中和反應實際參與反應者是【H＋和OH－】離子其離子反應式為

H＋＋OH－rarrH2O

4 當酸和鹼完全中和時水溶液中的【H＋的莫耳數＝OH－的莫耳數】

5 酸雨造成農田酸化稻草燃燒會產生碳酸鉀（K2CO3）溶於水成鹼性可中

和土壤並可為土壤增添鉀肥

K2CO3＋H2OrarrHCO3－＋2K＋＋OH－

6 胃藥中成分含有俗稱為小蘇打（碳酸氫鈉）氫氧化鎂等弱鹼性物質可

中和胃液的酸性

7 人體中每一器官或部位都有其酸鹼值且不斷進行酸鹼中和反應並達成巧

妙的化學平衡以維持人體正常的新陳代謝

(二) 酸鹼中和滴定實驗 1 實驗目的

藉由氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液的中和反應觀察酸鹼中和反應前後的熱

量進出及其反應後所得到的產物的特性

2 取已知溶液濃度的稀鹽酸置於滴定管中滴定已知濃度的氫氧化鈉溶液（

置於錐形瓶中）並藉由酚酞指示劑（加入錐形瓶中）的顏色變化控制鹽

酸滴定量

主題化學反應

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- 112 -

3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

- 113 -

- 113 -

3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

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單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

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二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

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三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

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- 117 -

(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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3 當錐形瓶內的酚酞指示劑顏色由紅色變成無色時滴定即達終點

（裝置如圖一所示）

滴定架

圖一酸鹼中和實驗

滴定管＋ 濃度 02M HCl

濃度 01M NaOH 40ml＋酚酞指示劑

(1) 滴定前測量氫氧化鈉溶液的

溫度紀錄為T1

(2) 實驗前紀錄鹽酸溶

液的在滴定管中的刻度為

50ml滴定達終點時刻度為

30ml則鹽酸使用量為

50－30＝20ml

(3) 滴定達終點時水溶液溫度為

T2且溫度大小關係為

T2＞T1滴定後溫度上升

4 酸鹼中和反應後的溫度較反應前高代表水溶液的溫度會上升所以酸鹼

中和反應為放熱的化學反應

5 反應所得的產物經加熱蒸發後可得到的鹽類結晶為食鹽NaCl晶體

6 本實驗的化學反應方程式為NaOH＋HＣl rarr H2O＋NaCl

7 當滴定達終點時鹽酸和氫氧化鈉的莫耳數分别為

(1) 鹽酸使用的莫耳數＝1000

20times02there4參加反應的HCl＝0004 莫耳

(2) 氫氧化鈉的莫耳數＝1000

40times01there4參加反應的NaOH＝0004 莫耳

(3) 由此可知酸鹼中和反應所需的氫離子莫耳數恰等於氫氧根離子的莫

耳數時反應恰好達中和

(三) 鹽類及其性質

1 鹽類酸鹼中和或金屬與酸作用所形成的離子化合物

2 氯化鈉

(1) 俗名食鹽化學式ＮａＣl

(2) 大部分的食鹽都由海水蒸發製得也有由天然的鹽礦中製取

(3) 食鹽除了用於保存食品外也用於製造氯氣及金屬鈉

(4) 例熔化的氯化鈉電解時可生成鈉與氯

２NaＣlrarr２Na＋Ｃl2

主題化學反應

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- 113 -

3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

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- 114 -

單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

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- 115 -

二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

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三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

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(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

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主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

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主題化學反應

- 124 -

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單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

- 132 -

- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

- 211 -

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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3 硫酸鈣

(1) 化學式ＣａＳＯ4是白色固體不易溶於水

(2) 含有結晶水的硫酸鈣有兩種即

石膏ＣａＳＯ4２Ｈ2Ｏ與燒石膏ＣａＳＯ4Ｈ2Ｏ

4 碳酸鈣

(1) 白色固體化學式ＣａＣＯ3為大理石石灰石貝殼的主要成分

(2) 碳酸鈣加熱至約 800時分解出氧化鈣和二氧化碳

CaCO3 CaO + CO2uarr

5 碳酸鈉(Ｎａ2ＣＯ3)與碳酸氫鈉(ＮａＨＣＯ3)

(1) 碳酸鈉易溶於水而呈鹼性可供家庭中的洗滌劑故又名洗滌鹼

(2) 氨與二氧化碳通入飽和食鹽水中生成碳酸氫鈉沈澱將沈澱的碳酸氫

鈉濾出加熱後即得碳酸鈉固體

(3) 碳酸氫鈉可製造滅火器市售的發粉也含有碳酸氫鈉

6 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者溶於水時會與水分子起化學反應使水溶液成為弱鹼

性稱為水合反應（如表一所示）

表一水合反應

反應式一NaHCO3 rarrNa＋＋ HCO3－

反應式二HCO3－ ＋H2O rarr H2CO3 ＋ OH－

總 反 應NaHCO3＋H2OrarrNa＋＋H2CO3＋OH－

反應式一Na2CO3rarr2Na＋＋ CO3－2

反應式二CO3－2＋H2OrarrHCO3

－＋ OH－

總 反 應Na2CO3＋H2Orarr2Na＋＋HCO3－＋OH－

7 碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者皆為白色晶體故由外觀不易分辨比較唯兩對熱

的反應不同是辨別的好方法碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者性質整理如表二

表二碳酸鈉和碳酸氫鈉之比較

物 質 化學式 俗 名 溶解 鹼性 加 酸 加 熱

碳酸鈉 Na2CO3 洗滌鹼蘇打 較大 較強 產生CO2 無反應

碳酸氫鈉 NaHCO3 焙用鹼小蘇打 較小 較弱 產生CO2 產生CO2

主題化學反應

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- 114 -

單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

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二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

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三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

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- 117 -

(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

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氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

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主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

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- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

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(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

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(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題化學反應

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單元伍氧化還原

一 金屬的活性

1 物質的燃燒反應鐵的生鏽動物的呼吸作用等皆是【氧化反應】

2 經氧化反應後元素會與氧原子結合成化合物稱為【氧化物】

3 與氧化合的難易程度稱為【氧化活性】這與元素本身的化學性質有關

4 常見的金屬氧化活性順序（如表一）

表一氧化活性

鉀＞鈉＞鋇＞鈣＞鎂＞鋁＞碳＞鋅＞鉻＞鐵

家 那 邊 該 美 女 但 心 若 鐵

鈷＞鎳＞錫＞鉛＞氫＞銅＞汞＞銀＞鉑＞金

姑 念 喜 錢 竟 總 共 一 百 斤

5 活性大的元素其反應速率較快氧化後釋出的熱量亦較多

6 【鋁】和【鋅】的氧化物質地緻密且能緊密附著在金屬表面故可保護

內部使金屬不再氧化鏽蝕

7 金屬氧化物的水溶液呈【鹼性】例氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉溶液

其化學反應式為 Na2O ＋ H2O rarr 2NaOH

8 非金屬氧化物的水溶液呈【酸性】例二氧化硫氣體溶於水形成亞硫酸溶

液化學反應式為 SO2 ＋ H2O rarr H2 SO3

9 第一族金屬元素是金屬元素中最活潑的一族且同一族元素的氧化活性大

小會隨著原子序而遞增即氧化活性最大的金屬元素為鍅（Fr）

10 第一族金屬元素遇水則發生劇烈的氧化反應並釋出氫氣反應後水溶液

呈鹼性故第一族金屬又稱鹼金屬

11 由於第一族金屬（如鋰鈉鉀）氧化活性大故常儲存於石油中因

為石油為烴類（碳氫化合物）可隔絶氧氣又不會與鹼金屬反應

12 沙拉油屬於脂肪含有碳氫氧三種元素因為分子中含有氧元素遇

鹼金屬會發生置換反應故不能用來儲存鹼金屬

主題化學反應

- 115 -

- 115 -

二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

- 116 -

- 116 -

三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

- 117 -

- 117 -

(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

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- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

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單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

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糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

- 132 -

- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

- 135 -

- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

- 136 -

- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

- 211 -

- 211 -

單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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二 氧化反應

(一) 定義 1 狹義的氧化物質與氧元素化合的反應稱為氧化反應

廣義的氧化物質失去電子的反應

2 氧化反應與還原反應發生在同一化學反應中亦即同一反應式中有氧化反

應必有還原反應發生

3 鎂金屬點燃後會與空氣中的氧合化而劇烈燃燒形成氧化鎂

2Mg ＋ O2 rarr 2MgO

反應式中的鎂元素發生氧化反應而氧氣則發生還原反應

註鎂金屬燃燒時會發出白色強光不可直視以免傷害眼睛

4 氧化活性越大的物質反應速率越快單位時間內所釋出的熱能也越多

(二) 生活中的實例

1 呼吸作用人類吸進空氣其中氧氣與體內的葡萄糖氧化並釋出熱能以

供身體所需

2 鐵器在空氣會緩慢氧化而生鏽反應過程中會放出熱能所謂鐵鏽即為氧

化鐵化學式Fe2O3

3 燃燒是劇烈的氧化反應為放熱反應會放出光和熱能

4 焊接金屬時以氬氣噴於金屬焊接部分可以防止高溫的金屬氧化此即稱

為氬焊

(三) 防鏽的方法 1 電鍍是防鏽常用的方法在金屬表面鍍上一層活性小的金屬以隔絕氧氣

可達防鏽的目的如鐵器表面鍍鎳

2 油漆在鐵器表面刷一層油漆亦可隔絕氧氣

3 塗油在易生鏽的金屬表面塗一層石油以隔絕氧氣

4 乾燥因為潮溼的環境中會加速氧化反應在乾燥的環境中氧化反應速率

較為緩慢故除濕或乾燥亦可防鏽

5 除氧利用除氧劑（如鐵粉）除去容器中的氧可使置於容器中的儀器不

易生鏽

主題化學反應

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三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

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(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

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氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

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接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

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主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

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主題化學反應

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單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

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因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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三 還原反應

(一) 定義 1 狹義的還原物質失去氧的反應

2 廣義的還原物質獲得電子的反應

3 例如電解水的反應水分子失去氧而分解成氫氣和氧氣的過程中水

分子發生還原反應此為吸熱反應其反應式為

2H2O rarr O2＋2H2

(二) 工業上的煉鐵法

1 工業上以「還原法」煉鐵運用的原理是經由氧化還原反應將鐵金屬

的氧化物置換成金屬元素

2 煉鐵的原料有灰石鐵礦煤焦

3 煉鐵的裝置稱高爐（又

稱鼓風爐）是以耐高溫

的陶瓷材料築成高度約 20

公尺的反應爐（如圖一）

4 將原料加入受料斗中並

以熱空氣吹入高爐中使

原料能進行氧化還原反應

5 煤焦（又稱焦碳）在高

爐內扮演燃料和還原劑的

角色爐內的高溫提供了

氧化鐡還原的所需熱量

使反應得以順利進行

6 煉鐵的反應是吸熱的化學

反應與鐵元素的氧化反

應恰好相反鐵的生鏽（即鐵金屬的氧化反應）是放熱的化學反應

熱空氣入口

出鐵口出渣口

耐火磚

受料斗煤氣出口

圖一高爐剖面結構

7 高爐內的反應

(1) 在高溫下氧化鐵與煤焦反應如下

2Fe2O3 ＋ 3C rarr4Fe ＋ 3CO2uarr

式中煤焦做為還原劑

主題化學反應

- 117 -

- 117 -

(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

- 118 -

- 118 -

氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

- 119 -

- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

- 132 -

- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

- 211 -

- 211 -

單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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(2) 高爐內煤焦與空氣化合成一氧化碳在與氧化鐵反應如下

Fe2O3 ＋ 3CO rarr 2Fe ＋ 3CO2uarr

式中CO做為還原劑

(3) 灰石在高溫下會分解成石灰（CaO）然後與矽砂化合成矽酸鈣

（CaSiO3）俗稱熔渣可以除去鐵礦中的矽砂成分

註熔渣在高溫下呈液態且密度較液態鐵為小故可浮於鐵水表

面阻止高溫的液態鐵再行氧化

8 甫於高爐煉得的鐵稱為生鐵含碳量極高質脆而硬度大因常用於

鑄造故又稱鑄鐵

9 純鐵（或稱熟鐵）的含碳量低延展佳而質軟用途大多在於鍛造故

稱鍛鐵

10 鋼的含碳量介於生鐵和熟鐵之間因兼具兩者的優點故用途較廣

註生鐵鋼和熟鐵三者含碳量的比較 生鐵＞鋼＞熟鐵

四 氧化劑與還原劑

(一) 氧化劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生還原反應的反應物稱為氧

化劑

2 氧化劑是含有氧的化合物且因性質不安定容易失氧而造成其物質

的氧化故氧化劑在反應中本身發生還原

反應

CO2

鎂帶

3 以鎂金屬在二氧化碳氣體中仍可燃燒為例

裝置（如圖二）所示其氧化還原反應式

為 2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

(1)反應式中的二氧化碳（CO2）在反應中

能夠使鎂金屬（Mg）發生氧化反應生

成氧化鎂（MgO）故CO2稱為氧化劑

圖二鎂帶與二氧化碳

(2)二氧化碳（CO2）在反應中本身因失去氧原子故CO2在反應中發

生的是還原反應亦即氧化劑本身發生還原反應

4 活性小的元素所形成的氧化物因氧化物不安定（也可說是活性大的

主題化學反應

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氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

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接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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- 211 -

單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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氧化物）可以做為強氧化劑

5 例如氧化銅氧化鉛氧化鐵氧化鎂四者的活性大小順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂故做為氧化劑的強弱順序為

氧化銅＞氧化鉛＞氧化鐵＞氧化鎂

(二) 還原劑 1 在氧化還原反應中能夠使其他物質發生氧化反應的反應物稱為

還原劑

2 還原劑大多是活性大的元素如第一族或第二族金屬元素因這些

元素與氧化合的活性很強在反應中會奪取氧化物的氧原子同時能

夠使氧化物發生還原反應故還原劑本身在反應中發生氧化反應

3 以上述（二）中的例子鎂金屬在二氧化碳氣體中燃燒時二氧化

碳之所以能發生還原反應生成黑碳元素

2Mg ＋ CO2 rarr 2MgO ＋ C

因為在反應中鎂元素奪取二氧化碳分子中的氧原子故鎂元素在反應

中扮演還原劑的角色

石灰水

CuO＋C4 取氧化銅黑色粉末和碳粉混加熱

裝置如圖三所示

(1) 氧化銅加碳元素置於試管中加

熱當熱量足夠時見橡皮管口

有氣泡產生此加熱的步驟是

因為氧化銅的還原是吸熱反應

(2) 以石灰水檢驗反應產生的氣體

則見石灰水呈現白色混濁的反應代表此氣體是二氧化碳

(3) 打開橡皮塞將大試管中的黑色粉末倒出仔細觀察可發現其中摻

雜了紅色的顆粒此為金屬銅

(4) 本觀察的氧化還原反應式為 CuO＋C Cu＋CO2

圖三氧化銅與碳元素

(5) 反應中CuO為氧化劑使得碳粉氧化並生成CO2CuO本身則發

生還原反應並生成金屬銅Cu

(6) 而碳粉為還原劑使得氧化銅CuO還原並生成銅元素碳元素本

身則發生氧化反應同時生成二氧化碳氣體

5 在本實驗中碳的燃燒不是利用空氣中的氧因為整個系統並末與空氣

主題化學反應

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- 119 -

接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

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(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

• 封面
• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題化學反應

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接觸故碳元素是利用CuO化合物中的氧進行反應這必需是

C的活性大於Cu才能發生又稱為取代反應

6 實驗完畢後欲熄滅酒精燈之前必須先將石灰水移開才不會因大

試管內因溫度降低而使氣體收縮造成石灰水倒灌入試管中甚至可

能會導致大試管破裂

五 增加反應速率的方法

1 化學反應速率的快慢與物質本身的化學活性大小有關亦即活性越大的

物質其反應速率越快

2 【溫度】愈高反應速率愈快（但不成正比）

(1) 所有物質皆由微小粒子所組成「溫度和熱」的主題中曾經提到粒

子運動的能量愈大則表現出的溫度愈高

(2) 要發生化學反應之前反應物的粒子需先具備足夠的能量然後與

其他反應物產生有效的碰撞才能發生化學反應

(3) 所以溫度愈高則粒子能量愈高發生有效碰撞機率就愈高所以溫

度愈高反應速率愈快

3 水溶液【濃度】愈大反應愈快

4 反應物的【接觸面積】愈大反應速率愈快且反應速率與接觸面積大

小成正比

5 加入【催化劑】可增加反應速率愈快

主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應 - 120 -

單元陸電與化學

一 電流的化學效應

(一) 定 義

1 電流的化學效應又稱為電解在電解質水溶液中通以直流電時在兩

電極會產生化學變化的現象稱為電解

2 不同種類的電解質溶液會影響電解的結果非電解質則因為在水中不能

導電故即使通電也不會有反應

3 不同的電極材料也會影響電解的結果亦即相同的電解質溶液使用不同

的導電物質做為電極棒會使正負電極的化學反應有不同的反應

4 運用電解原理可以做為分解化合物的方法例如電解融熔態的氯化鈉

可以將氯化鈉分解成氯氣和鈉金屬

(二) 電解與能量的轉換

1 電流有三大效應

(1)電流的熱效應能量的變化為電能轉變為熱能

(2)電流的磁效應能量的變化為電能轉變為磁能

(3)電流的化學效應能量的變化為電能轉變為化學能

2 電解電解質的水溶液（或熔化狀態）通以直流電時會在兩電極產生

化學變化的現象

3 電解是一種吸熱（吸收電能）的化學反應

(1)【電解】的能量變化由電能rarr化學能

(2)【電池】的能量變化由化學能rarr電能

4 各種形式的能量皆具有作功的本領「電解」就是電能對物質作功並

將能量轉變成化學能的形式

- 120 -

主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

- 132 -

- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應 - 121 -

二 水的電解

水的電解裝置

負極 正極

直流電源

V A ＋ －

圖一電解水

1 純水不是電解質故難導電可加

入【氫氧化鈉】或【稀硫酸】幫

助導電

2 以石墨棒或注射針頭為電極並

通以直流電

3 此時兩極有氣泡產生

正極產生【氧氣】負極產生

【氫氣】

4 本實驗使用【排水集氣法】收集氣體凡難溶於水的氣體皆以排水集氣法

收集以此法收集的氣體純度較高（僅含少量的水蒸氣）

5 用化學的方法可將【化合物】分解為較小的分子或元素電解法可將水分

解成氫氣和氧氣故可証能明水是化合物（如圖二所示）

水分子 二個分子 一個分子

＋

水（H2O） 氫（H2） 氧（O2）

電解

圖二水分子的電解

6 水分子經電解產生的氫氣與氧氣的體積比＝２１

7 檢驗兩極所產生的氣體可以燃燒的火柴棒測試氣體的性質

(1) 氧氣的檢驗以燃燒的餘燼接近正極收集到的氣體則見餘燼復燃

證明此種氣體具有助燃性是為氧氣

(2) 氫氣的檢驗以燃燒的火柴棒接近負極收集到的氣體則見試管口燃

起淡藍色的火焰且有輕微的爆鳴聲證明此種氣體具有可燃性是

為氫氣

- 121 -

主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應 - 122 -

三 電解硫酸銅溶液

1 電解時兩極的反應會因為電極材料的不同而使電解產生不同的化學反

應（如圖三所示）

圖三電極材料與電解反應

以【碳棒】為電極 以【銅棒】為電極

V A － ＋

V A － ＋

產

生

銅

產

生

銅

產

生

氣

泡

銅棒溶解

2 以碳棒為電極時正負兩極的反應分別為

(1) 正極２H2Orarr４H＋＋４e－＋O2uarr（溶液成酸性）

(2) 負極Cu2＋＋２e－rarrCu（有金屬銅析出）

3 以銅棒為電極時正負兩極的反應分別為

正極Cu rarrCu2＋＋２e－（金屬銅溶解成銅離子）

負極Cu2＋＋２e－rarrCu

4 金屬離子皆為正離子受負極吸引會向負極移動故金屬於電解時皆會

在負極析出

5 以【碳棒】為電極時溶液中的銅離子數目會減少故

顏色變為淺藍色且溶液逐漸呈酸性

6 以【銅棒】為電極時溶液中的銅離子數目不變故顏色保持不變且

溶液保持中性

7 因為金屬離子帶正電故於電解過程中會受負極吸引向負極移動故電

解含有金屬離子的水溶液時常在負極會析金屬元素

- 122 -

主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

- 124 -

- 124 -

單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

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- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

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- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應 - 123 -

四 電 鍍

（一）電鍍原理 利用【電解】原理

1 電鍍的目的防止生鏽增加美觀

2 【擬鍍物】掛接於正極通常擬鍍物多為氧化活性較小的重金屬例如

鎳鉻銅等金屬

3 【被鍍物】掛接於負極如裝飾品易生鏽的物品

4 【電解液】須含有與擬鍍物同類的金屬離子

（二） 電鍍實驗 在鐵製鑰匙上鍍銅

1 用細砂紙將被鍍物（鐵鑰匙）的鏽斑磨除

2 以鑷子夾取鐵鑰匙浸入氫氧化鈉溶液中洗淨油脂

3 以蒸餾水沖洗鐵鑰匙表面的氫氧化鈉溶液

4 將鐵鑰匙（被鍍物）接於負極將一銅棒（擬鍍物）接於正極以硫酸銅

水溶液為電解液裝置（如圖四）

電鍍後以蒸餾水洗後再用【丙酮】沖洗丙酮可洗淨殘留雜的雜質且因

具高揮發性可加速乾燥

電鍍前

直流電源

電鍍後

V A － ＋

硫酸銅溶液

擬

鍍

物

被

鍍

物

圖四電鍍的實驗裝置

- 123 -

主題化學反應

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單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

- 125 -

- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

- 126 -

- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

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- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

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- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

- 136 -

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

- 211 -

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

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二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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單元柒反應速率與化學平衡

一 反應速率的定義

1 化學反應的快慢程度可用化學反應速率來描述它的定義為

單位【時間】內反應物的【消耗量】或生成物的【增加量】 通常上述

變化量是指【濃度】【質量】或【壓力】的變化

2 反應速率的單位gs或 mls

3 以蠟燭的燃燒為例欲描述蠟燭燃燒的速率以每一秒內蠟燭消耗的質量

來表示反應速率的快慢單位是公克秒

二 碰撞學說

1 所謂化學反應即參與反應分子中的原子重新組合產生新的化合物欲發生

化學反應反應粒子必須互相碰撞但碰撞結果不一定發生反應須為【

有效碰撞】粒子有效碰撞條件有下列兩項

(1) 碰撞能量參與化學反應的各種粒子的【動能】必須大於反應

所需最低的能量才能產生有效碰撞

(2) 碰撞位向粒子的【位向】適當才會發生有效的碰撞

2 例如蠟燭是可燃物氧氣是助燃物但置於空氣中的蠟燭雖然與氧氣分

子發生碰撞卻不會起火燃燒是因為這些碰撞是能量不足的碰撞必須為

蠟燭點火加溫達到燃點使蠟燭分子和氧氣分子有足夠的能量兩者才能

發有效碰撞而起火燃燒

三 影響反應速率的因素

1 影響反應速率的因素有下列五項【反應物的活性】【反應時溫度】【反應

物濃度】【接觸面積】及【催化劑】

2 反應物的活性反應速率與物質本身的性質有關活性愈【大】的元素反

應速率愈快例如鈉與氧的作用遠較銅為劇烈因為鈉金屬的氧化活性大

於銅金屬這是物質本身就具有的特性

3 反應時溫度溫度愈【高】反應速率愈快例如炎炎夏日食物較易腐敗

主題化學反應

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- 125 -

因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

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單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

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- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

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(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

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(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題化學反應

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因為溫度決定物質粒子的能量溫度愈高則發生有效碰撞的機會就愈高

(1) 在高溫時粒子具有較【大】的動能碰撞時有效碰撞次數增加故

反應速率加快

(2) 在化學實驗上為使反應能在短時間內完成常用【加熱】的方法使溫

度升高促使反應速率加快

(3) 硫代硫酸鈉與鹽酸的反應

反應式Na2S2O3 + 2HCl rarr 2NaCl + SO2 + H2O + S(黃色)

(4) 兩反應物溶液濃度一定下溫度愈高

【黃色】的【硫】沉澱達一定量時

所需的時間愈【短】反應速率愈【快】

（如圖一）

4 反應物濃度濃度愈【大】反應速率愈快

(1) 例如鐵在純氧中生鏽較在空氣中為快因為空氣所含氧氣濃度較小

溫度（）

時間

(s)

圖一溫度和反應時間

(2) 反應物的濃度愈大則反應物粒子間的碰撞次數必定愈多所以反應速

率愈快

5 接觸面積顆粒愈【細】接觸面積愈【大】反應速率愈快且反應速率與

接觸面積大小成正比例如烤肉生火時常將木炭敲碎再燒

(1) 反應物的顆粒愈細其總表面積愈大則反應物粒子間的碰撞次數必愈

多故其反應速率愈快

(2) 碳酸鈣與鹽酸的反應

反應式CaCO3 +2HCl rarr CaCl2 +CO2uarr+H2O

(3) 鹽酸濃度一定下定量貝殼敲得愈細接觸面積則愈【大】反應速率

愈快若定量貝殼在顆粒大小大約一定下鹽酸濃度愈【高】則反應

速率愈快

6 催化劑本身曾經參加化學反應但反應完成時又恢復原狀而改變其他物

質化學反應速率的物質又叫觸媒有催化劑會改變反應速率例如雙

氧水在觸及二氧化錳時大量冒泡

(1) 在化學反應中催化劑既【不是反應物】也【不是生成物】但可改變

化學反應速率的物質而反應後【質量】和本質都沒改變

(2) 雙氧水與二氧化錳反應式2H2O2 2H2O + O2 MnO2

主題化學反應

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- 126 -

二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

- 127 -

- 127 -

五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

- 129 -

- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

- 131 -

- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

- 132 -

- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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二氧化錳用作【催化劑】反應後質量不變可加速氧氣的製得但不

能增加氧氣的產量

（3）生物體內的催化劑稱為酶或酵素

四 化學平衡

(一) 可逆反應 1 有些化學反應除了可以向化學反應式的右邊進行反應（正反應）同時

也可以向化學反應式的左邊進行反應（逆反應）這種反應稱為可逆反應

以「 」表示可逆反應

2 可逆反應凡是可正逆兩方向進行的反應稱為可逆反應

A＋B X＋Y

向右（rarr）表示正反應向左（larr）表示逆反應

3 例如酯化反應即為一可逆的化學反應其反應式為

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O 濃

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

硫酸

4 化學平衡在可逆反應中當【正反應反應速率＝逆反應反應速率】即

達化學平衡狀態如圖二

註R正表示正反應反應速率R逆表示逆反應反應速率

時間 R逆

R正反 應 速 率

R正=R逆(化學平衡)

圖二化學平衡與正逆反應速率變化

(1) 達化學平衡狀態時在微觀上化學反應仍進行中為一種【動態平

衡】在巨觀上反應物及生成物同時存在且各物種濃度不會隨時

間而改變

(2) 化學平衡條件須在【溫度均一】的【密閉系統】中

主題化學反應

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五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

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- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

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- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

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- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

- 132 -

- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

- 135 -

- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

- 136 -

- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

- 211 -

- 211 -

單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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五 影響化學平的因素

(一) 勒沙特列原理

1 在平衡系統中加入某影響速率的因素使平衡受到破壞正逆反應速率

不相等會使平衡產生移動這些影響因素有【濃度】【溫度】【壓力】

2 勒沙特列原理對於一個已經達成平衡的系統加入一些因素（如上述第 1

點）則這些因素會破壞反應平衡而使某一方向（正或逆反應）的反應速率

加速而此一反應速率的加速以抵消外來因素為原則此種關係稱為勒

沙特列原理

3 例如C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O的反應中加入

濃硫酸時由於濃硫酸有脫水性會使生成物中的H2O量減少則反應速

率會向有利於水的生成的反應方向加速即向右（正反應速率）加速率

4 承上第 3 點加入濃硫酸會使反應向右加速這會增加水的產量但同時

也增加了酯類因此在酯化反應中加入濃硫酸有助於酯類的生成

(二) 改變反應速率的實例

1 濃度對平衡的影響

(1) 增加反應物或減少生成物的濃度平衡向右方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] uarr瞬間正反應速率加大逆反應速率不變平衡向右移動

(2) 可逆反應鉻酸鉀和二鉻酸鉀的平衡

減少反應物或增加生成物的濃度平衡向左方向移動

例 A＋B C＋D

當[A] darr瞬間正反應速率下降逆反應速率不變平衡向左移動

(3) 鉻酸鉀與硫酸的反應

鉻酸鉀＋硫酸 二鉻酸鉀＋硫酸鉀＋水

（黃色） （橘紅色）

(4) 上述離子反應式為

CrO42－＋2H＋ Cr2O7

2－＋H2O

(5) 說明在黃色的鉻酸鉀溶液中加入【硫酸】平衡會向【右】移動

溶液從黃色變成【橘紅色】

主題化學反應

- 128 -

- 128 -

(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

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- 129 -

單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

- 130 -

- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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- 131 -

二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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(6) 在橘紅色的二鉻酸鉀溶液中加入【氫氧化納】硫酸的濃度會降低（酸

鹼中和）平衡會向【左】移動溶液從橘紅色變成【黃色】

2 溴水的反應（溴分子Br2的水溶液為紅棕色）

Br2 ＋ H2O HBrO－＋Br－＋OH－

紅棕色 無色 無色

(1)在溴水中若加入酸性溶液則反應式中的OH－會因酸鹼中和而減少故

反應方向會向補充OH－的方向加速率即正反應速率會加速水溶液顏

色會由紅棕色變為無色

(2)承上敘述若在反應中加入鹼性溶液反應式中的OH－會增加則反應

方向會向消耗OH－的方向加速率即逆反應速率會加速水溶液的顏色

會由無色變為紅棕色

3 溫度對平衡的影響

(1) 溫度降低有利於放熱反應

(2) 溫度升高有利於吸熱反應

(3) 可逆反應二氧化氮和四氧化二氮的平衡

二氧化氮 四氧化二氮＋熱量

（紅棕色） （無色）

(4) 說明加熱使【溫度上升】有利於四氧化二氮分解成二氧化氮顏色變

成【紅棕色】反之若【溫度下降】有利於二氧化氮化合成四氧化二

氮顏色變成【無色】

4 壓力對平衡的影響

縮小容器體積各氣體壓力增加平衡由氣體莫耳數較多的一方往氣體莫耳

數較少的一方移動

(1) 擴大容器體積各氣體壓力降低平衡由氣體莫耳數較少的一方往氣體

莫耳數較多的一方移動

(2) 可逆反應氨氣製備的平衡

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

(3) 說明當【容器體積縮小】各氣體濃度（氣體壓力）上升反應平衡

向【右】移動

主題化學反應

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單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

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- 130 -

糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

- 135 -

- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

- 136 -

- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

- 211 -

- 211 -

單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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單元捌化學式與化學反應

一 化學式的表示法

(一) 化學式的定義 1 化學式為簡化物質的描述以元素符號及數字表示純物質組成原子種類

原子數目或分子結構的式子稱為化學式

2 依據所要表達的重點或視使用的情形之不同所使用的化學式表示法亦隨

之不同在國中階段對初學者而言最常使用的化學式為分子式

3 構成物質分子的組成原子之間有一種結合的力量稱為化學鍵結此一

力量用以連結原子形成分子而原子的排列方式（即原子鍵結方式）不同

決定不同的物質種類及其性質

4 化學式的種類化學式的種類很多常用的有「分子式」「結構式」「簡

式」「示性式」等所能表達的條件和使用的目的各不相同分述如下

(1) 分子式旨在表達物質分子中組成原子的【種類】和【數目】

例如水分子的組成

是由兩個氫原子和一

個氧原子組成故其

分子式寫成H2O

（如圖一所示）

水分子的分子式 水分子的模型

原子的種類

原子的數目

H２O

圖一水的分子式

O H H

(2) 結構式此法除了可表達一個分子所含原子的種類和數目尚可表達

物質分子中所含原子的【結構方式】結構式可視為物質分子模型的簡

化圖形大多用在表示有機

化合物的分子結構

例如天然氣的主要成分為

甲烷其分子式為CH4而

其結構式為（如圖二所示）

圖二甲烷的結構式

甲烷的結構式

C H

H

H

H C

H

H H

H

甲烷的分子模型

(3) 簡 式只表示原子數簡單的整數比簡式通常用於實驗測量中

例如葡萄糖的分子式為C6H12O6而其簡式為CH2O代表構成葡萄

主題化學反應

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糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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糖分子的原子有碳氫氧三種原子而三者原子的最簡單整數比為 1

21

(4) 示性式目的在表示物質分子的特性以便加以分類的化學式此種

表示法通常用於有機化合物中因為有機化合物的種類繁多為便於

分類及區分不同的物質卻有相同的分子式而用

例如在有機化合物的分類中有一項為醇類其特性為分子結構中含

有一個羥基OH原子結構故為容易分其為醇類其化學式常以示性

式表示如圖三所示

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三醇類的示性式

(二) 同分異構物

1 同分異構物分子式相同而結構式（或示性式）不同的物質亦即組成物

質的原子種類及數目是相同的但組成物質的原子排列方式不同

2 以甲醚和乙醇二者為例甲醚的示性式為【CH3OCH3】乙醇的示性式為

【C2H5OH】但兩者的分子式皆為【C2H6O】（如圖四所示）

乙醇的分子結構 甲醚的分子結構

H

C H O

H

CH

H

HHH

CH

C

H

O H

H

圖四同分異構物-甲醚與乙醇

3 即使構成物質分子的原子種類和原子數目皆相同但組成物質分子的原子

排列方式不同其表顯出來的化學性質也不同

主題化學反應

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二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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- 132 -

4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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二 化學反應方程式

(一) 何謂化學反應方程式 1 化學反應方程式以化學式箭號加號⋯等符號表示反應物和生成物

發生的化學反應式子包含物質狀態化學反應所需的條件等

2 化學反應方程式中以箭號「rarr」表示反應的方向箭號左邊是反應物

右邊則是生成物並以「＋」號連結各反應物及生成物

3 在箭號上下方可表示化學反應所需的條件包含溫度壓力或催化劑⋯

等若箭號上方標示三角

形者代表反應需要加熱

屬吸熱的化學反應例如

碳酸鈣的加熱分解反應式

（如表一所示）

表一碳酸鈣加熱分解

生 成 物 反應物

CaCO3 CO2uarr＋CaO

加熱

4 表一中的生成物CO2uarr右側方向向上的箭號代表該物質的狀態為氣態若

化學式的右側有向下的箭號「darr」則代表沈澱

5 化學反應式中各物質的狀態表示法於化學式右側以下標表示

（如表二） 表二狀態表示法

Na2CO3（aq）＋CaCl2（aq） rarr CaCO3（s）＋2NaCl（aq）

固體水溶液

(1) 固態（S）

(2) 液態（l）

(3) 氣態（g）

(4) 水溶液（aq）

(二) 均衡化學反應式

1 均衡係數依據質量守恆定律化學反應發生前後質量是相等的所以

在化學反應前後各物質的原子數目應維持不變

2 在化學反應方程式中各化學式的前方加上係數以維持箭號兩邊的原子數

相等使化學反應式能符合【質量守恆定律】稱為均衡係數

3 鎂金屬燃燒的化學反應式 （反應物） （生成物）

2Mg＋1O2 rarr 2MgO

原子數 分子數

主題化學反應

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4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

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單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

- 135 -

- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

- 136 -

- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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- 211 -

單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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4 鎂金屬燃燒前後和物質的原子數關係（如圖一）所示

２個鎂原子 １個氧分子 ２個氧化鎂分子

OMg ＋ rarr O

MgMg O Mg

【係數代表分子數】 係數times原子數＝總原子數

圖一均衡係數與質量守恆

5 氫氣燃燒的化學反應式一個氧氣分子可與二個氫氣分子完全燃燒成生

兩個水分子其化學反應方程式為1O2＋2H2rarr2H2O式中均衡係數與

反應前後各種物質的原子總數之關係（如圖二）所示

生成物原子數反應物原子數

1 個氧分子＋2個氫分子 產生 2 個水分子

1 O 2 ＋ 2 H 2 rarr 2 H 2 O

氧分子

氫分子

水分子

1times2＝2 個 氧原子

2times2＝4 個氫原子

2times2＝4 個氫原子

2times1＝2 個氧原子

圖二氫氣燃燒與均衡係數

6 化學反應式的係數代表各物質的分子數而係數乘上分子式右下標的原

子數才會等於該物質的總原子數由表四可知反應前後氧原子氫

原子的總數目是相等的故化學反應前後各原子的質量不變因此遵守

質量守恆定律

(三) 化學反應的實例

1 許多與生活息息相關的化學反應例如電流的化學效應光合作用

氧化反應⋯等

(1) 電流的化學效應（簡稱電解）如電解水反應

(2) 光合作用將二氧化碳和水組合而成新的物質葡萄糖和氧氣等物質

與反應前的二氧化碳和水性質不同

(3) 氧化反應燃燒鐵的生鏽動物的呼吸作用等

2 化學反應前後改變的是物質結構其性質亦隨之改變但參與化學反應

的物質質量總和並不改變此為質量守恆定律

主題化學反應

- 133 -

- 133 -

單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

- 134 -

- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

- 135 -

- 135 -

三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

- 136 -

- 136 -

(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

- 211 -

- 211 -

單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

- 212 -

- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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單元玖化學計量

一 原子量與分子量

(一) 原子量

1 原子量原子和分子都是極微小的粒子不易測得一個原子或分子的實際

質量故西元 1961 年後國際上公認以碳原子的原子量訂定為 12而其

他的原子與碳-12 的比值就是【原子量】

2 標準元素碳原子的原子量＝12是國際最早訂定的原子量而且沒有單

位碳-12 是用來和其他原子互相比較以做為得到其他元素原子量的標

準故碳-12 稱為標準元素

3 欲求得「氫」原子的原子量須先求出氫原子與碳原子的比值再將求出

的比值乘上碳的

原子量 12 即可

（如圖一）

H故氫原子 的原子量＝ 12 there4 氫原子的原子量＝1

times121

H

C＝

121

圖一標準元素與原子量

(二) 分子量

1 分子量分子是由二個以上的原子所構成將一個分子中的原子種類及數

目乘上原子量以後再加總所得到的和便為該物質的分子量

2 因為分子量是由原子量推算出來的而原子量沒有單位所以分子量也【

沒有單位】

例如甲烷的分子式為CH4水的分子式為H2O試分別求出甲烷及水的

分子量各為若干＝（如圖二所示）

分子量的計算法

甲烷【CH4】＝12＋1times4there4CH4＝16（C＝12H＝1）

水【H2O】＝1times2＋16there4H2O＝18（O＝16H＝1）

氫原子數

氫原子數

圖二甲烷的結構式

主題化學反應

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- 134 -

二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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- 212 -

3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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二 計量單位－莫 耳

(一) 莫耳的定義 1 莫耳科學上常用的計量單位且用在數量極大的物質如白米麵粉的

顆粒數量

2 IUPAC國際化學學會於(1967)年定義取碳-12 原子其總質量恰等於 12 公

克時此時的原子

數目就稱為一莫耳

（如圖一）所示

碳的原子量定為 12則 6times1023個碳原子的總質

量恰為 12g(6times1023個就稱為1莫耳)又稱為

亞佛加厥常數但不是亞佛加厥提出的

想想看每一個碳子的質量是多少公克

12g

6times1023個碳原子

圖一莫耳的定義

3 先有原子量及分子量

才有莫耳的出現

科學家特地累計許多

的原子（分子）數

使其總質量恰等於原

子量或（分子量）的

大小發現這些原子

（分子）的總數為

6times1023個此一數目

就稱為1莫耳

4 6times1023個碳原子的總質量等於 12 公克故一個碳原子的質量＝ 2310612times

there4一個碳原子質量＝2times10－23公克

(二) 莫耳與原子量分子量

1 任何物質的總質量恰等於原子量（或分子量）的公克數時其粒子數恰等

於 1莫耳換言之1莫耳（6times1023個）原子（或分子）的總質量恰等於原

子量（或分子量）＋單位公克

2 碳的原子量＝12則6times1023個碳原子的總質量恰為 12 公克鈉的原子量＝

23則6times1023個鈉原子的總質量恰為 23 公克

3 水的分子量H2O＝18則6times1023個水分子的總質量恰為 18 公克二氧化碳

的分子量CO2＝44則6times1023個CO2分子的總質量恰為 44公克

主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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三 化學反應方程式與化學計量

(一) 均衡係數的意義

1 化學反應方程式中的係數化學反應式中的係數代表兩種意義

係數＝分子數係數＝莫耳數

2 例如氧氣和氫氣燃燒生成水分子的化學反應式的均衡係數如圖一示

＋ rarr

氧（O2） 氫（H2） 水（H2O）

2O 1 O 2 ＋ 2 H2 rarr 2 H

圖一均衡係數與分子數

3 上述化學反應式可作下列解釋

(1) 1 個氧氣分子和2個氫氣分子燃燒反應後可生成2個水分子

(2) 1 莫耳的氧分子和2莫耳氫分子生成2莫耳水分子

(3) 6times1023個氧氣分子和12times1024個氫氣分子完全反應後可以生成

12times1024個水分子

(二) 均衡係數與化學計量

1 化學計量由化學方反應方程式中的係數所代表的意義推算反應物及

生成物的莫耳數比以此整數比進而計算出反應中各物質的質量比此

種關係即稱為化學計量

2 我們仍以上述氫氧燃燒生成水的反應為例 O2＋2 H2 rarr2 H2O反應

式中的均衡係數比為122（O2的係數為 1而係數為 1時習慣上常

會省略不寫係數）這代表了下列意義

(1) 反應式中各物質的莫耳數比等於係數比故氧氫水＝122

(2) 根據分子量的大小（O2＝32H2＝2H2O＝18）故反應式中各物

質的質量比的關係為氧氫水＝1times322times22times18換言之每

32 公克的氧氣要反應就需要4 公克的氫氣才能夠完全燃燒且反

應後可以生成36公克的水

(3) 最後得到反應式中各物質的質量比為氧氫水＝819

主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題化學反應

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(三) 氣體反應與化學計量

1 化學反應式中的係數比代表物質的莫耳數比也是代表物質的分子數比

在氣體的化學反應中均衡係數還可以代表物質的體積比

2 亞佛加厥學說為西元 1811 年義大利的亞佛加厥所提出「同溫同壓下

同體積的任何氣體含有相同的分子數」

3 根據亞佛加厥的理論氣體在溫度與壓力保持一定之下任何氣體無論其

分子量大小如何只要氣體的體積相同則氣體所含的分子數必相同換

言之體積不相同的氣體代表其含的分子數不相同

4 在系統的溫度和壓力不變時無論其分子量大小氣體的體積比即為氣體

的分子數比

5 依照上述原理氣體發生化學反應時在溫度與壓力維持不變之狀況下

氣體的均衡係數比即等於氣體的體積比因為均衡係數比代表分子數比

而氣體的分子數又決定氣體的體積

6 例如取氫氣與氯氣各 10 公升置於容器發生反應反應後生成氯化氫氣

體其化學反應方程式為H2＋Cl2rarr2HCl假設反應前後系統的溫度及

壓力皆改變則反應可生成氯化氫氣體若干公升

答H2＋Cl2rarr2HCl反應式的係數比為 112代表三種氣體之間的體積

比為 112而參加反應的氫和氯氣皆為 10 公升故體積比＝1010

20there4生成的氯化氫氣體體積＝20公升

主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

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- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

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(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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單元壹認識物質的世界

一 物質的意義

(一) 何謂物質

1 物質是指地球表面的所有「天然物質」如土壤岩石水空氣⋯等

以及人類利用這些天然物質製造出來的「加工物質」例如紙布

汽油塑膠⋯等

2 我們能感覺得到物質的存在主要是因為物質具有兩大特性

(1)占有空間物質都具有體積故占有一定的空間

(2)具有質量物質中所含物質的量同體積不同的物質所含的質量不

相同

(二) 物質的基本量

1 基本物理量在物理學上的三大基本量為長度質量時間物理量

皆可以藉由儀器加以測量觀察

2 物質具有可以測量的特性我們可以使用量筒來測量液體的體積此體

積即是該液體所占有的空間大小我們可以用天平測量物質所具有的質

量物質具有這些物理學上可供測量的基本量

二 物理性質與化學性質

1 我們可以藉由感官來觀察物質的性質例如方糖的形狀是立方體白糖

的味道是甜的糖可以溶於水中等性質

2 人類觀察物質所得到的許多特性為了便於分析整理故將這些不同的

性質依其本質是否改變分為物理性質和化學性質

(一) 物理性質

1 物理性質不改變物質原本的性質而以觀察測量或其他方法描述

出物質的性質稱為物理性質

2 例如顏色形狀氣味體積質量密度硬度沸點熔點導

電性導熱性等物質之【三態變化】物質的【溶解度】也是物理變化

主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

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上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

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(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

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- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

- 236 -

- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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3 觀察物質的物理性質並不會改變其本身的性質例如銀的導電性和導

熱性極佳當我們實地取銀金屬通以電流測試其導電性或加熱測試其導

熱的速率後銀金屬在觀察後本質並未發生任何改變

(二) 化學性質

1 化學性質描述一種物質與其他物質作用後變成另一種新物質的性質

此稱為化學性質

2 例如物質的可燃性助燃性安定性腐蝕性和氧化活性⋯等

說明如下

(1) 沒有甜味的食物（如米飯）在口中咀嚼一段時間後會出現甜味這

是因為米飯所含的【澱粉轉變成糖】

(2) 將【二氧化碳通入澄清石灰水經過一段時間後會產生白色沉澱】

(3) 日常生活中具有可燃性的物質例如木炭去漬油等可以在空氣中

點火【燃燒】

(4) 有些家庭中的藥物和實驗室的化學藥品受到光線照射容易變質所

以製造商會以深色瓶子或不透光的容器盛裝以延長這些物質的有效

使用期限

三 物質的分類

(一) 純物質與混合物

1 純物質物質具有固定的組成和一定的物理及化學性質者稱為純物質

(1)例如純水於 1 大氣壓下沸騰時沸點固定在 100熔化時溫度固定

為 00時密度必為 1gcm3純水電解後產生的氫和氧體積比為 2

1故純水屬於純物質

(2)純物質包含『元素』和『化合物』

(3)元素構成物質最簡單的單元無法再用化學或物理方法分解成兩種以

上的物質

(4)化合物由兩以上的元素依 經化學變化組合而成（簡稱化合）

2 混合物混合物的組成無一定的成分比例由兩種以上的純物質以任意比

例混合混合物中的成分物質仍【具有其原來的特有性質】

(1)混合物的性質不固定例如沸點不固定當混合物在沸騰時溫度仍會

主題物質元素化合物

- 213 -

- 213 -

上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

- 214 -

- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

- 215 -

- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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上升故沸點有一個範圍而非一個定值

(2)例如空氣合金水溶液等物質皆為混合物組成混合物的成分物質

無一定的比例故表現出來的物理性質或化學性質也不一定

(3) 食鹽水的密度不固定（濃度愈大則密度愈大）且沸騰時沸點不在一定

點溫度上（溫度會持續上升）故水溶液皆為混合物

(二) 粗鹽的精製

1 實驗說明粗鹽水溶液流經濾紙後可發現粗鹽水溶液至少含有兩類以上

的物質一類是留在濾紙上的雜質另一類則是可以透過濾紙纖維縫隙的

食鹽水由此可知粗鹽是混合物

2 實驗目的瞭解並證明粗鹽及其水溶液是混合物熟悉並運用分離物質的

方法如溶解過濾法和結晶法

3 實驗步驟

(1)溶解過濾法粗鹽中含食鹽和細砂顆粒因兩者對水的溶解度不同用

瀘紙過瀘法將食鹽和沙粒分離証明粗鹽是混合物（如圖一）

(2)操作時注意以玻璃棒緊貼於燒杯

口利用溶液與玻棒之間的附著

力使水溶液能準確倒入漏斗中

(3)玻棒末端緊貼濾紙摺疊處以防濾

紙翹起造成空隙避免雜質由空

隙流失

(4)漏斗頸下端須緊貼燒杯內壁目

的是防止濾液濺出

(5)結晶法過瀘後的液體可用結晶

法得到精鹽因食鹽與水的沸點

不同故在加熱後分離由此可

証明食鹽水是混合物

（如圖二所示）

(6)食鹽水加熱沸騰後因食鹽的沸

點較高當水完全汽化後殘留

在蒸發皿中的是食鹽結晶

漏斗下端緊

貼燒杯內壁

玻棒緊貼濾

紙摺疊處

圖一溶解過濾法裝置

圖二結晶法

食鹽水溶液

陶瓷纖維網

主題物質元素化合物

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- 214 -

4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

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- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

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(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題物質元素化合物

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4 等量的粗鹽中所含的雜質多寡不一定相同兩杯任意調配的食鹽水中

食鹽和水的比例也不一定相同

5 粗鹽和食鹽水的成分或組成並不固定的物質稱為混合物

四 分離物質的方法

(一) 分離混合物

1 混合物的成分並未發生粒子間的鍵結現象亦即未發生化學鍵結故組

成混合物的各種物質分子結構並未改變因此欲分離混合物只需物理方

法即可

2 所謂物理方法包括溶解過濾法結晶法蒸餾法濾紙色層分析法

（簡稱層析法）⋯等這些方法在分離物質的過程中物質仍保留原本

的特性並未發生化學反應

3 利用物理方法通常可藉各純物質的特性由混合物中將不同的純物質分

離出來再選擇適當的方法加以分離

(1) 溶解過濾法利用不同物質對水的溶解度不同以達到分離物質的目

的稱為溶解過濾法

(2) 結晶法利用沸點高低不同讓沸點較低的物質先汽化以收集沸點較

高的物質稱為結晶法

(3) 蒸餾法利用沸點高低不同使沸點較低的物質汽化再以冷凝裝置

收集沸點較低的物質稱為蒸餾法

(4) 濾紙色層分析法又名層析法其原理是利用不同物質對濾紙（或藉

以分離的物質）的附著力不同以分離物質

(二) 墨水的蒸餾

1 蒸餾法與結晶結的原理相同都是利用不物質的沸點不同以汽化的先

後順序來分離物質

2 墨水是顏料溶於水配製而的水溶液是為混合物質其成分物質的沸點

高低不同故可利用此一特性分離水和顏料

3 常壓下水的沸點是 100溶於水中的顏料無論高於或低於 100只要

不是 100皆可達到分離水及顏料的目的

4 實驗裝置（如圖一所示）

主題物質元素化合物

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- 215 -

(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

- 216 -

- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

- 220 -

- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

- 221 -

- 221 -

單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

- 222 -

- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

- 236 -

- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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(1) 將藍色墨水置於蒸餾瓶中加熱蒸餾瓶上端裝置溫度計注意溫度計

下端感溫球恰好位

於支管處以測得

水蒸氣凝結溫度

(2) 李必氏冷凝管讓

水蒸氣通過李必氏

冷凝管使水蒸氣

遇冷凝結成液體

最後留入右側燒杯

中是為蒸餾水

(3) 可用藍色氯化亞鈷

試紙檢驗若試紙

遇水則由藍色變為粉紅色以蒸餾法製得的水純度極高可視為純水

(4) 藍色墨水經蒸餾後可將純水分離而配製墨水的藍色顏料則留在蒸餾

瓶內如此可證明藍色墨水是混合物

(5) 在蒸餾的過程水的沸騰屬於三態變化中的汽化需要大量的熱能

故蒸餾為吸熱的物理反應

(三) 墨水的色層分析

1 此法在證明藍色墨水中的顏料是由數種不同顏色的物質混合而成進而證

明藍色墨水為混合物

2 濾紙色層分析法此法的原理是利用不同物質對濾紙的附著力不同擴散

的速率亦不相同藉此來分離墨水中的不同顏料

3 取一張濾紙在中心滴一

滴藍色墨水見藍色墨

水由濾紙中心均勻向外

擴散隔數秒鐘後再滴

一滴藍色墨水反覆上

述動作直到濾紙出現

多層色環為止

（如圖二所示）

圖一蒸餾法實驗裝置

冷水入口

熱水出口

李必氏

冷凝管

圖二濾紙色層分析法

不同色素對濾紙的

附著力不相同影響

擴散速率故逐漸出

現不同半徑的色環

將藍色墨水

滴在濾紙上

吸取藍色

墨水

主題物質元素化合物

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- 216 -

單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

- 217 -

- 217 -

(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

- 218 -

- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

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- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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單元貳測 量

一 測量的意義

(一) 科學的方法和觀察

1在科學探究的過程中須對事物做週密的觀察而測量則在觀察過程中不缺

少的方法之一

2以人的感官直接判斷物體的長度是不可靠的為了得到準確的資料就必

須透過儀器來測量並配合正確的觀察方法與紀錄方式

3凡是物理量皆需用到測量而物理學上最基本的三個物理量為長度質

量時間稱為三大基本物理量在本單元會提及長度和質量的測量至

於時間的測量會在主題力與運動中詳述

4可以用數的事物不需要測量例如班級的人數一本書有幾張紙撲滿

內有多少錢⋯等

5測量是一種科學方法可以幫助人類更瞭解事物的特性做有系統的分析

和整理獲致科學的定理定律進而對未知的事物做出推論並加以證實

(二) 測量的意義和方法

1要清楚描述一個測量結果必須包含「數字」和「單位」兩部分

測量＝數字＋單位

2數字部分是由一組準確值和一位估計值所組成凡是測量就必須要做「估

計」而估計必定會有誤差所以測量必定有誤差

3所選用的單位也需經過大家公認才能在人與人之間有正確傳達

4市面上常見的直尺

(1) 最小刻度為 01 公分

(2) 量出的長度只能準確顯示到公分的下一位(即最小刻度)如圖一所示

待測物

測量結果255

0 1 2 3 （）

圖一長度的測量

主題物質元素化合物

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(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

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(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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(3) 介於相鄰兩個最小刻度之間的部分則是依靠估計而得估計的數字

會因每個人的判斷差異而有所不同

(4) 如果將此一測量結果換算成其他長度單位則數字部分也要跟著放大

或縮小

5任何測量都會有某種程度上的誤差因此每次測量結果不一定相同造成

誤差的原因很多常見的有

(1) 可能是儀器本身不夠準確

(2) 人為操作失當

(3) 因估計值的差異而產生

(三) 測量的操作方法

1 求平均值測量無法避免誤差但可以盡量將其減少在減少誤差的措

施中求平均值就是一種簡便而有效的方法

(1) 在實驗觀察中的測量須要多次的測量再求取其平均值如此可以

使誤差降低所得數據較為準確

(2) 在多次的測量後所得的結果在求平均值之前應先將檢視這些數據

將誤差太大或錯誤的測量捨棄不計再將剩餘的測量結果求取平均值

(3) 求出平均值後仍取相同單位之估計值即得一較準確的測量結果

2 體積的測量

(1) 我們常用量筒作為測量液體體積的工具但因量筒盛裝液體時液面

並非水平因此讀取量筒刻度時不僅要

注意紀錄到最小刻度的下一位視線更需

平視液面中央處（如圖二）

(2) 圖二中量筒的最小刻度為 01ml估計位在

01ml的下一位故測量的結果記錄為

400ml

(3) 量筒也可以用來測量固體體積但需先在量

筒內裝一定量的水在將待測物置入（沉入

水中）水位升高的體積即為待測物的體積

這種測量物體體積的方法稱為「排水法」

ml

1

2

3

4

5

圖二量筒的測量

主題物質元素化合物

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- 218 -

二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

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- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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二 質量的測量

(一) 質量的定義 1 質量就是物質所含的量以公制單位而言質量的單位為公斤公克

2 將一塊黏土捏成不同的形狀雖然它的形狀產生改變但因含有同樣多

的物質所以稱它們的質量相等

3 報紙和雜誌也都是由相同的物質(紙張)組成在同一地點以左右手分別

拿起雜誌和報紙感覺上拿雜誌所需的力量較大這是因為雜誌含有較多

量的紙張所以雜誌的質量較大

(1) 不同物質組成的兩個物體也可以藉由人體雙手平伸來感知物體輕

重判斷出物體質量大小但其結果較不客觀

(2) 只憑人的感覺往往不夠精確因此可藉助儀器如等臂天平讓

待測物體與砝碼保持平衡來測量物質之質量

(二) 質量的測量

1 測量質量的工具為天平質量的標準單位標準公斤

2 國際公認的質量標準是以設在法國的國際度量衡局內的『鉑銥合金圓柱』

為根據其質量定為一公斤（）千分之一公斤為一公克（1g）千分之

一公克為一毫克（1mg）

3 上皿天平（如圖一所示）是測量質量最常用的儀器操作的步驟如下

(1) 秤盤上不放置任

何物體調整天

平的校準螺絲

由天平的正前方

直視指針直到

天平的指針左右

擺動角度相等或靜止時指針停在中央零刻度此步驟稱為「歸零」

(2) 將待測物放在天平左盤中央以鑷子夾取砝碼放在天平右盤中央

(3) 增減天平右盤上的砝碼直到天平的指針左右擺動角度再度相等或靜

止在中央零刻度

(4) 最後將右盤內所有砝碼的公克數加起來即等於待測物體的質量

校準螺絲校準螺絲

秤盤 指針

圖一上皿天平

主題物質元素化合物

- 219 -

- 219 -

(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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- 220 -

三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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(5) 測量的結果注意要在最小砝碼的單位下一位做估計

5 下皿天平又稱懸吊式等臂天平如圖二所示

(1) 懸吊式天平附有橫樑

橫樑上有一騎碼橫樑上

標示的讀數從 0~10 公克

共分成 100 個小刻度每

一個小刻度代表 01 公克

(2) 當天平兩臂達成平衡時

將右盤內所有砝碼的公克

數加起來再加上騎碼的

讀數後加一位估計值

即等於待測物體的質量

(3) 如圖三所示騎碼的最小刻度為 01g若右盤砝碼質量為 10g且騎砝

碼向右推至 155g其中 005是估計值總計待測物的質量為1155g

(4) 下皿天平和上皿天平指針固定的方式不同當右盤內的物質質量較大

時上皿天平的指針會偏向右邊而懸吊式天平指針卻偏向左邊

6 三梁天平

(1) 因有三支具刻度的橫梁故稱為三梁天平

(2) 測量時只需移動騎碼直到橫梁處於平衡狀態再將所有橫梁上騎碼的

讀數加起來就是待測物體的質量

圖三有騎碼的天平

0 1g 2g 3g

讀數 155g騎碼

騎碼向右滑動相當於在天平右盤加砝碼

圖二下皿天平

騎碼 校準螺絲

秤盤

mfj

指針

主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題物質元素化合物

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三 物理上的基本量

在物理上的三個基本量分別為長度質量時間詳細說明如下

1 長度標準單位為 1公斤在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公尺外形為工字形

2 質量標準單位為 1公尺在法國巴黎度量衡標準局有一鉑銥合金製成

的標準公斤圓柱體其質量恰為一公斤

3 時間標準單位為 1秒依據的標準在早期為一個平均太陽日的 86400 個

等分稱為1秒而平均太陽日是一年當中所有太陽日的平均值所謂

「太陽日」為太陽連續兩次出現在天空的子午線所經歷的時間（如圖四）

4 現行的時間標準單位是依據銫的原子鐘為標準

圖四太陽日與太陽移動軌跡

南 北

西

東

子午線太 陽

主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

- 223 -

- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

- 225 -

- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

- 226 -

- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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單元參密 度

一 密 度

(一) 密度的定義 1 許多人會有一種說法「黃金很重棉花很輕⋯」這句話是有一個前提被省

略的就是黃金和棉花的體積相等時黃金比棉花重很多

2 質量的大小和體積有關係同一種物質體積愈大則質量大因為質量在

純物質的結構內均勻分佈所以質量與體積成比

3 密度每一立方公分的物質所含的公克數也就是「單位體積內所含物

質的質量」這個比值稱為密度

4 公式密度（Density）＝質量（Mass）體積（Volume）

簡記為 D＝VM

5 密度的單位為公克立方公分(gcm3)公克毫升(gmL)此外公克

公升(gL)公斤立方公尺(kgm3)⋯⋯等也可以當作密度的單位

6 常見物質的密度（如表一）

物質 密度(gcm3) 物質 密度(gcm3)

水銀 136 鋁 27

冰 09 鐵 78

水 10 金 1936

7 範例在實驗室測量甲乙丙金屬的質量和體積如下表請計算出甲

乙丙的密度並判斷哪些可能是相同種類的金屬

金屬性質 甲 乙 丙

質量(g) 390 675 1560

體積(cm) 50 250 200

lt解答gt

甲乙丙的密度如下

甲的密度 D＝MV＝39050＝78(gcm3)

乙的密度 D＝MV＝675250＝27(gcm3)

表一物質的密度

主題物質元素化合物

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- 222 -

丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

- 228 -

- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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丙的密度 D＝MV＝1560200＝78(gcm3)

因為甲和丙的密度相同故甲和丙可能是同一種物質

(二) 水的密度 1 對一般的物質而言當溫度降低時其體積會縮小由於降溫過程中質量

保持不變所以密度會變大由此推論液體應該由下層開始凝固但事實

上在冬天時水是由表面開始結冰

2 水的特殊性質

(1)當水的溫度高於 4時當溫度上升時體積會膨脹密度變小(即熱脹

冷縮)

(2)當水的溫度在 4以下當溫度下降時體積也會膨脹密度變小(即熱

縮冷脹)

(3)當水的溫度在 4時定量的水的體積達到最小值密度達到最大值

(4)水的這個性質對寒冷地區的水中生物非常重要當天氣變冷水面的溫

度即開始下降當水面溫度逐漸降到 4時表面的冷水因密度增大而

下沉

(5)當溫度下降到 4以下溫度較低的水由於密度較小將會留在表面不

再下沉氣溫若繼續下降則水由表面開始結冰而底層的水仍能保持

在 4左右不致結冰因此湖水結冰由表面開始水中的生物能維持

生命度過寒冬

3 水的密度變化與溫度的關係水在 4時的密度最大此時密度＝1 gcm3

其密度與溫度的關係如圖一所示

圖一純水密度與溫度的關係

密度 (gcm3)

050

100

溫度()4

0 25 50 75 100

主題物質元素化合物

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- 223 -

單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

- 224 -

- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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單元肆有機化合物

一 有機化合物的定義

(一) 化合物的兩大類 1 化合物可大致分為無機化合物和有機化合物兩大類

2 早期科學家認為「有機化合物」是來自動植物生命體（或稱有機體）

而無機化合物則是指來自礦物界無生命之化合物

3 直到 1828 年德國化學家鳥拉（Friedrich Wohler1800～1882）在實驗

室合成第一個有機化合物－尿素之後科學家開始在實驗室中大量地合成

各種有機化合物

4 目前所謂的有機化合物不論是天然的或人工合成的都是指含碳的化合

物但一氧化碳 CO二氧化碳 CO2碳酸鹽類 CO3－2氰化物 CN－例外

5 有機化合物的主要組成元素通常為碳 C與氫 H

(1)醣類蛋白質和指肪是有機化合物

(2)食鹽和水不含碳是無機化合物

(3)少數含碳的化合物例如一氧化碳二氧化碳碳酸鹽及氰化物等

因為性質與不含碳的無機化合物較相近故被歸類為無機化合物

6 有機化合物是指含碳之化合物不論其是由天然而來或經人造合成

7 有機化合物主要的成分為碳和氫另外也可能含有氧氮硫磷氯等

元素

8 一氧化碳二氧化碳及碳酸鹽類雖然是含碳化合物但仍被歸類為無機

化合物

9 加熱後會產生水滴並逐漸成焦黑色甚至會起火燃燒這是因為有機

物質中含有「碳」的緣故

(二) 有機化合物的檢驗

1 竹筷的乾餾

(1) 乾餾法隔絶空氣加熱使化合物在高溫下發生分解為結構較簡單的

物質此種使化合物分解的過程稱為乾餾法

(2) 將竹筷以鋁箔包裹一端封閉另一端留一透氣孔以便乾餾過程中由

主題物質元素化合物

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- 224 -

竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

- 227 -

- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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竹筷分解出來的氣體可由此預留的小孔散出（如圖一所示）

(3) 竹筷於酒精燈上加熱約十分

鐘後見有白色煙霧由鋁箔

開口處分解出來將氣體以

酒精燈加熱則見氣體起火燃

燒證明氣體有可燃性

(4) 待鋁箔開口處不再分解出氣

體代表竹筷已經分解將盡此時停止加熱打開鋁箔觀察內部剩餘

物質竹筷體積明顯縮小且呈黑色此為黑色的碳元素

(5) 鋁箔表面附著黑褐色的焦油及無色的液體以藍色石蕊試紙檢驗無色

液體見顏色由藍變紅此無色的液體為醋酸

(6) 將竹筷乾餾的產物整理如表一所示

2 燃燒法檢驗澱粉

(1) 所謂燃燒法實際上是運用氧化還原反應使澱粉中的碳氫等元素氧

化由產物生成二氧化碳和水以證明有機化合物中含有碳和氫元素

(2) 取少量的澱粉與氧化銅混合置於試管中加熱其裝置如圖二

(3) 當氧化銅與澱粉共熱一段時間後

見有氣體由橡皮管噴出將此氣體

導入澄清石灰水中見石灰水產生

白色沈澱此為二氧化碳證明澱

粉中含有碳元素

(4) 試管內壁有無色液體凝結以藍色

氯化亞鈷試紙檢驗試紙變粉紅色

此無色液體是水證明澱粉中含有氫元素

3 由以上的檢驗結果得知有機化合物中的主要成分為碳元素

可燃氣體

竹筷

圖一竹筷乾餾

氣體甲烷（CH4）一氧化石碳（CO）

氫氣（H2）二氧化石碳（CO2）

液體焦油（黑色黏性液體）

固體碳元素有機化合物的主要成份

竹 筷 乾 餾

表一竹筷乾餾的產物

圖二澱粉成分的檢驗

CuO＋澱粉

石灰水

小水滴

主題物質元素化合物

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- 225 -

二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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二 常見的有機化合物

1 有機化合物的性質不但隨著其組成的原子種類與原子數目而改變也

隨其原子排列情形與結合方式而有所不同故種類非常多例如

(1) 甲醚（又名二甲醚）與乙醇的分子式都是 C2H6O但兩者的結構不

同（如圖一所示）

(2) 甲醚的沸點只有零下攝氏 249常溫下為氣態且略溶於水

(3) 乙醇則具有較高沸點攝氏 78易溶於水

2 碳原子鍵結的特性碳原子可以接碳原子也可以接氧原子氫原子

鹵素甚至可與金屬原子鍵結由此可以原子的排列情形不同其性質

也不一樣

3 烹煮食物用的瓦斯煎炸用的食用油調味用的醋與酒都是日常生活

中常見的有機化合物這些有機化合物各有其性質與用途

4 日常生活中常見的有機化合物例如烴類醇類有機酸類和酯類

整理如表一所示

種 類 結 構 特 性 實 例

烴 類 只含【碳氫】兩元素 石油天然氣（烷類）

醇 類 含【ＯＨ】 基者 甲醇乙醇異丙醇

有機酸類 含【COOH】 基者 乙酸（醋酸）

CH3COOH

酯 類 醇類＋有機酸類rarr

酯＋水（酯化反應）

乙酸戊酯

（香焦油）

HH

CC

H

H O

H

H

H

C

H H

C

H

HO

H

甲醚的分子結構 乙醇的分子結構

圖一碳原子的鍵結變化

羥ㄑㄧㄢ

羧ㄗㄨㄟ

表一常見的有機化合物

主題物質元素化合物

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- 226 -

(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題物質元素化合物

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(一) 烴 類

1 烴類有機化合物的組成中只含碳和氫兩種元素時稱為碳氫化合物

稱為「烴」烴可依照其結構不同而分為兩大類

(1) 鏈狀烴碳原子與碳原子之間結合成鏈狀者為鏈狀烴如甲烷乙

烷丙烷己烷等

(2) 環狀烴碳原子結成環狀的

叫做環狀烴例如環己烷

（C6H12）等（如圖二）

2 烴類不易溶於水在空氣中完全

燃燒會生成二氧化碳與水

3 烴類可以氣態液態或固態存在含碳數較少的烴沸點較低常溫下

呈氣態如甲烷乙烷和丙烷含碳數較多的烴沸點較高常溫下則

以液態或固態存在如乙烷正二十烷等

4 家庭常用的氣體燃料如天然氣與液化石油氣都是烴類氣體的混合物

容易燃燒且燃燒時能產生大量的熱能

5 天然氣主要成分為甲烷是一種無色的氣體一般是以管線輸送到家

庭另外農地堆肥或化糞池產生的沼氣也含有大量的甲烷氣體

6 液化石油氣的主要成分為丙烷常利用高壓的方法以鋼瓶盛裝再運

送到用戶處

7 除了上述之外像乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）苯（C6H6）等也都屬於

烴類而汽油煤油石蠟潤滑油石油瀝青（俗稱柏油）等則

是含有多種烴類的混合物

(二) 醇 類

1 醇類的通式為 R-OH（R＝CnH2n＋1）有機化合物的組成只含碳氫氧

三種元素且其結構中含有一個羥基（OH）原子團時此類的有機化合

物稱為醇類

2 常見的醇類有甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）等兩者的分子模型

如圖三所示

(1) 甲醇俗稱為木精為一種中性無色有毒的液體

(2) 乙醇俗稱為酒精為一種中性無色無毒的液體是酒的主要成分

環己烷分子模型 環己烷的結構式

圖二環己烷的結構

H

H

H

H

HH

C

C

CC

CC

HH

H

H

H

HC

C

C C

C

C

H H

H H

H

H

H

H

H

H

H

H

主題物質元素化合物

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- 227 -

醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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- 228 -

存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題物質元素化合物

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醫療上常利用酒精的殺菌作用可作為殺毒劑酒精的殺菌效果與

其水溶液的濃度有關以 70~75酒精水溶液殺菌效果最好

3 容易燃燒且能放出大量的熱是實驗室中常用的有機溶劑和燃料

4 酒精作為工業原料或燃料時常添加有毒的甲醇（CH3OH）稱為變性

酒精變性酒精原為無色的液體為避免誤飲中毒故染成紅色加以警

示變性酒精不可飲用否則會導致失明嚴重者甚至喪失生命

(三) 有機酸類

1 有機酸類的通式為 R-COOH碳氫氧化合物的結構中若含有羧基

（-COOH）原子團則屬於有機酸類

2 有機酸類為弱電解質易溶於水且水溶液呈現弱酸性其解離反應式為

CnH2n＋1 COOHrarrCnH2n＋1 COO－＋H＋

3 常見的有甲酸（HCOOH）和乙酸（CH3COOH）等

4 有些水果例如檸檬梅子等嚐起來有酸味就是因為含豐富的有

機酸類的緣故

5 蜜蜂或螞蟻能分泌甲酸

(1) 俗稱蟻酸為無色具刺激味的液體

(2) 會腐蝕皮膚人類的皮膚若被叮咬後將立即引起局部紅腫癢

等症狀

6 乙酸俗稱為醋酸是一種無色有刺激性酸味的液體其分子的結

構模型如圖四所示

(1) 乙酸約在攝氏約 17時達凝固點而呈固態稱為冰醋酸

(2) 乙酸溶於水後可解離出少部分的氫離子其他大部分仍以分子狀態

甲醇的分子結構模型

O H

H

C

H

H

羥基

甲醇的示性式CH3 OH

乙醇的分子結構模型

H

C

HH

C

H

HO

H

羥基

乙醇的示性式C2H5 OH

圖三有機化合物－醇類

主題物質元素化合物

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題物質元素化合物

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存在故呈弱酸性為弱電解質

(3) 一般家庭用的食用醋約含 3~5的

乙酸溶液可用釀造法醱酵製造

工業亦可使用冰醋酸加水和香料

調配而成

(4) 乙酸也是製造各種香料染料

藥品及合成纖維等的重要原料

(四) 酯 類

1 酯類通式為 R1-COO-R2為有機酸和醇類兩種有機化合物經酯化而成

的產物為可逆的化學反應

2 酯化反應

(1) 醇類和有機酸反應時會產生有特殊氣味的化合物稱為酯類其化

學反應過程稱為酯化通常以下列式子來表示醇+有機酸rarr酯+水

(2) 酯化的反應速率很慢因此除了加熱外通常需加入少許濃硫酸

以增加其反應速率

例如乙酸和乙醇反應產物稱為乙酸乙酯（CH3COOC2H5）

C2H5OH + CH3COOH CH3COO C2H5 + H2O

（乙醇） （乙酸） （乙酸乙酯） （水）

(3) 酯化反應中的反應物醇類及產物

酯類皆為可燃物為避免加熱的

過程中達到燃點而起火燃燒故

採用隔水加熱（俗稱水浴法）

如圖五所示

3 酯類的性質酯類具有難溶於水之

性質而且密度小於水因此可利

用水將酯化反應將產生的酯類和水

溶性的反應物加以分離則酯類會浮於水面以上而參與反應的有機

酸醇類及催化劑等皆為水溶性而可溶於水中達到分離酯類的目的

濃硫酸

有機酸＋醇類

水

圖五隔水加熱

圖四乙酸的分子結構模型

C H

C

H

H

羧基

O

O

H

主題物質元素化合物

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- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

- 236 -

- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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  • 18_06

主題物質元素化合物

- 229 -

- 229 -

4 各種水果和花草都具有特殊的香味就是其中含有各種不同的酯例如

香蕉含有豐富的乙酸戊酯蘋果含有戊酸戊酯現在化工業技術合成各

類水果香精作為化妝品及調味用的香料

5 脂肪亦屬於酯類一般的動植物油酯也是屬於脂肪酸和丙三醇（俗

稱甘油）所合成的酯類常溫時為固態的油脂有卵磷脂乳瑪琳等常

溫時為液態的油脂有橄欖油沙拉油

6 油脂精練國人常食用的沙拉油是從黃豆提煉出來的再經過精練過

程而成食用油脂成透明狀無臭不溶於水且密度比水小一般可用

來加工製成人造奶油沙拉醬等食品也可作為製造肥皂油漆等產品

的原料

三 常見的食物

(一) 醣 類

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物且所含氫與氧原子的比例為 21

通式為Cm（H2O）n又稱為碳水化合物

2 常見的醣類如澱粉纖維素果糖麥芽糖或葡萄糖等為綠色植物

行光合作用將二氧化碳和水化合而成

3 葡萄糖分子式為 C6H12O6是光合作用的產物而且能被細胞直接吸收利用

4 澱粉類是人類的主食每公克澱粉氧化可提供約 4大卡的熱量是人類主

要的能量來源

5 醣類中的纖維素雖然無法被人類消化吸收但能促進腸胃蠕動

(二) 蛋白質

1 蛋白質含有碳氫氧氮硫等五種元素由胺基酸分子聚合而成的巨

大分子每一公克的蛋白質可轉換成四大卡的熱量供人類使用

2 蛋白質依來源可分為植物性蛋白質動物性蛋白質兩種

(1) 植物性蛋白質

如豆類米飯hellip等食物皆含有豐富的蛋白質植物蛋白質較動物性蛋

白質因分子較小故容易消化吸收

(2) 動物性蛋白質

主題物質元素化合物

- 230 -

- 230 -

為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

- 231 -

- 231 -

單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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為動物皮毛和肌肉等組織動物消化所需的酵素亦為蛋白質

3 人體對外來的蛋白質會產生排斥作用為人體免疫系統的防衛反應

4 蛋白質為構成細胞的必要物質成長中的青少年應注意飲食均衡攝取足

量的蛋白質以供成長所需

5 蛋白質加熱會凝固遇硝酸會變黃色可做為檢驗蛋白質的方法

(三) 脂 肪

1 含有碳氫氧三種元素的有機化合物與上述醣類蛋白質合稱三大營

養素每一公克的脂肪可轉換為九大卡的熱量

2 人類的脂肪位於真皮組織之下平時攝取的能量過剩時會以脂肪的形式儲

存起來遇饑餓或疾病時脂肪會轉換成人體所需的熱能

3 脂肪依來源可分為植物性脂肪動物性脂肪兩種

(1) 植物性脂肪如沙拉油橄欖油⋯等因碳鏈較短故在常溫下為液態

烹調使用植物性脂肪時應避免高溫油炸導致變質而有害人體

(2) 動物性脂肪如豬油牛油⋯等因碳鏈較長在常溫下為固態性

質較植物性脂肪安定不易變質

4 脂肪加熱會發出臭味難溶於水具有可燃性且燃燒後與氧化合的產物

為二氧化碳和水

主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

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成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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• 國中自然第四冊_學習手冊
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主題物質元素化合物

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單元伍聚合物

一 碳原子鍵結的特性

(一) 聚合物的定義

1 無機化合物的分子中所含的原子數目較少分子量也較小且這些無機

化合物限於原子鍵結合方式變化有限故原子排列不能無限制增加

2 有機化合物中的碳原子其鍵結的特性具有多樣化可結合同類的碳原

子也能結合其他非金屬元素或金屬元素甚至可無限制鍵結大量的碳原

子這使得有機化合物的種類及分子結構變得多樣化

3 一般的有機化合物含有的原子總數大都在 100 個以下分子量也較小

但像澱粉蛋白質橡膠塑膠布料等有機化合物的分子量卻非常大

所含的原子總數可能有數千到數十萬個而且即使是同一種聚合物各

個分子的大小也不一定相同像這類有許多小單元連接而成的巨大分

子通常稱為聚合物或高分子化合物

4 聚合物的分子結構因原子數目多故分子量較大通常聚合物的分子量

在數萬到數十萬總之聚合物的分子量較無化合物大很多而種類數

目亦較無機化合物多出許多

(二) 構成聚合物的小分子

1 聚合物雖然為巨大的分子但其結構仍由許多小單位鍵結而成此種小

單位稱為聚合物的單體聚合物就是由這些小單體反覆鍵結而成

2 自然界存在許多聚合物其分子結構即為許多小單體結合形成大分子例

如構成澱粉和纖維素的單體為葡萄糖構成蛋白質的單體胺基酸⋯等

3 人類運用科技以人工合成的方法製造出許

多合成聚合物其組成的小單體因聚合物種

類之不同而有所不同例如運用於保鮮膜

的 PE 塑膠就是由許多小分子乙烯反覆

鍵結合成故此種聚合物命名為聚乙烯

乙烯分子結構如圖一所示 圖一乙烯的分子結構

C

H

HC

H

H

主題物質元素化合物

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4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

- 236 -

- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

• 封面
• 國中自然第四冊_學習手冊
• • 15_01
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  • 15_0304
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  • 18_0102
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  • 18_05
  • 18_06

主題物質元素化合物

- 232 -

- 232 -

4 無論構成聚合物的小分子為何種結構之所以能夠連結構巨大的分子

都是碳原子的緣故碳原子在聚合物的鍵結上扮演最關鍵的角色

(三) 以聚合物的來源分類

1 聚合物依來源分類有天然聚合物合成聚合物兩類

2 天然聚合物

(1) 天然聚合物是生物體內經細胞組織微妙而複雜的作用所產生的例

如蛋白質肝糖纖維素等

(2) 天然聚合物是生物重要的營養素來源如蛋白質澱粉和纖維素等

有的可應用於日常用品中如天然橡膠纖維素等

(3) 天然聚合物如DNA能支配生物體的遺傳酵素能維繫生物體消化系

統正常運作這些都是屬於天然聚合物

3 合成聚合物

(1) 常見的合成聚合物製品包括塑膠合成纖維合成橡膠等隨著科

技的進步合成聚合物已被廣播泛地應用在我們的生活中

(2) 合成聚合物在室溫時不溶於大部分有機溶劑也不易受其他化學品

（如無機酸醇油脂等）的侵蝕故常作為容器及包裝材料

(3) 合成聚合物具有不導電及不易傳熱的性質因此很多電器的外殼

電纜線包覆材料鍋子把手和部份微波爐專用碗盤也都是以合成聚

合物製成

(4) 合成聚合物以石化原料由人工合成的方法製成統稱為塑膠在生

活中運用非常廣泛

(四) 以聚合物的結構分類

1 聚合物依分子結構來分類可分為鏈狀聚合物及立體網狀聚合物

2 鏈狀聚合物

當組成聚合物的小單元反覆結合成長鏈狀時

稱為鏈狀聚合物此種聚合物只有線狀的

連結而無平面或立體的鍵結（如圖二）

圖二鏈狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 233 -

- 233 -

(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

- 236 -

- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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(1) 這類聚合物通常加熱後會融化變形冷卻後又能變硬成形具有可塑

性故又稱為熱塑性聚合物如聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）耐

綸及俗稱保利綸的聚苯乙烯（PC）等

(2) 由於此類聚合物具有加熱會熔化的特性可以回收再重覆利用以避

免對環境造成傷害

3 網狀聚合物

當合成聚合物組成的小單元反覆結合成複雜的立體網狀時稱為網狀

聚合物（如圖三）

(1) 這類聚合物在高溫時仍不易熔化變形

稱為熱固性聚合物如尿素甲醛樹脂

酚甲醛樹脂合成橡膠⋯等

(2) 由於此類聚合物加熱不會熔化不易再

回收利用且燃燒時會產生戴奧辛等毒性物質以掩埋法處理又不易

被微生物分解故會常造成嚴重的環境污染問題

二 常見的衣料纖維

(一) 衣料與天然纖維

1 天然纖維的來源包括植物纖維及動物纖維

(1)植物纖維成分為纖維素由葡萄糖單體聚合而成如棉麻等其

成分元素主要有碳氫氧此類纖維製成的衣服不但可以保暖

同時通風透氣能保持舒爽尤其吸水性極佳

(2)動物纖維成分為蛋白質是由胺基酸單體組成的聚合物如動物的

皮毛髮或蠶絲等其成分元素主要有碳氫氧氮硫等

(3)蠶絲製成的布料質地柔軟而不易皺動物的皮毛等纖維的特性具

有保暖性極佳容易染色的優點

2 人造纖維包括再生纖維及合成纖維而再生纖維使用的原料仍為天然纖

維中的纖維素加工製成

(1) 再生纖維是將植物的纖維素經過處理溶解後再抽成絲狀纖維而製

得因性質類似蠶絲具有光澤所以再生纖維又稱為人造絲

圖三網狀聚合物結構

主題物質元素化合物

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(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

- 236 -

- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

• 封面
• 國中自然第四冊_學習手冊
• • 15_01
  • 15_02
  • 15_0304
  • 15_05
  • 15_06
  • 15_07
  • 15_08
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  • 18_0102
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  • 18_06

主題物質元素化合物

- 234 -

- 234 -

(2) 再生纖維在稀酸或鹼的溶液中性質安定與植物纖維一樣具有良好

的吸水性溶液漂白和染色例如嫘縈（Rayon）醋酸纖維（Acetate

fiber）等

(二) 衣料與合成纖維

1 合成纖維是以石化產品為原料經人工合成反應製成的聚合物其特性

為抗酸鹼具有韌性耐磨損大量製造可降低成本故售價便宜在生

活中為常見的衣料例如耐綸達克綸奧綸等

2 合成纖維的結構皆屬於鏈狀聚合物即熱塑性纖維應避免高溫整燙

且吸水性及保暖性較差常與天然纖維混紡以改善其缺點

3 一般常利用燃燒法辨認布料的纖維種類

(1) 燃燒植物纖維時產生類似紙張燃燒時的氣味燃燒時不會捲曲

(2) 燃燒動物纖維時則發出如同羽毛燃燒時的臭味且毛纖維會捲曲

(3) 大多數的合成纖維加熱後起火燃燒纖維熔化且在末端會結成小球狀

(4) 市售布料有棉與聚酯纖維的混合紡織品也有羊毛與聚酯纖維混合紡

織而製成的要辨認這些混紡布料則需要更複雜的檢驗方法才行

(三) 有關戴奧辛

1 戴奧辛是一種脂溶性的性質在動物體內並沒有適當的酵素可以將它分解

及排除它會造成初生嬰兒殘障導致癌症流產危害免疫系統等病症

它的毒性很強即時只用極微的量也足以毒死動物由於它的毒性在生

物體內有累積性在造成生物中毒前其對健康的危害不容易被發現因

此被稱為世紀之毒

2 戴奧辛的污染有許多來源其中之一為垃圾焚化爐垃圾焚化爐之所以產

生戴奧辛主要是垃圾中含有塑膠外皮的電線PVC 質材脂塑膠及水管等

物質未能於安全的高溫下完全燃燒所致各國所公認垃圾焚化之安全溫

度至少在攝氏 850 度以上

3 食物中也可能含有戴奧辛在北美洲與歐洲國家有些農藥中含有戴奧辛

的相關成分或是有些工廠煙塵落在鄰近地區的農牧場或溪流中被水中

生物或陸上牲畜所攝食造成生物累積間接地使得海產與肉類成為戴奧

辛污染的來源

主題物質元素化合物

- 235 -

- 235 -

三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

- 236 -

- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

• 封面
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  • 18_0304
  • 18_05
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主題物質元素化合物

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三 常用的清潔劑

(一) 清潔劑的種類

1 凡具有清潔功能的物質皆為清潔劑通常具較強的溶解能力對汙漬而言

清潔劑是溶劑欲清洗的汙漬則為溶質依溶質的性質選用適合的清潔劑

才能達到洗淨的效果

2 例如一般油漬屬於脂肪類難溶於水卻易溶於鹼性溶液中故選用肥皂

類的清潔劑即可達成洗淨的目的

3 清潔劑依其結構大致上可分為合成清潔劑肥皂兩大類

(1) 合成清潔劑為巨大分子的聚合物以石化原料製成較肥皂類的清潔

能力強其去汙原理和肥皂相同優點是清潔效果較不受硬水影響

例如洗衣精洗碗精和洗髮精等清潔劑但不易被微生物分解而造

成環境汙染

(2) 肥皂類則是以脂肪和鹼類為原料反應生成的鹽類此種反應稱為皂

化反應肥皂分子較小易被微生物分解對環境影響較小

4 隨著消費形態求新求變清潔劑除了基本的清潔功能之外也走向多功能

的分工導向舉凡衣物浴室廚房玻璃專用或講求防抗菌等多功

能清潔產品琳瑯滿目提供了更多元化的選擇

5 合成清潔劑對環保的影響

(1) 部分合成清潔劑中含有磷酸鹽當這類物質進入河川湖泊後易導

致河川湖泊的優養化

(2) 因為這類物質會造成藻類大量繁殖（磷可用為藻類肥料）藻類死亡

後細菌便開始被微生物分解藻類導致水中的含氧量降低造成其他

水生動植物無法生存嚴重影響生態平衡及環境品質

(3) 容易被微生物分解的清潔劑稱為軟性清潔劑選擇清潔劑應兼顧環

保盡可能選擇低磷或無磷易被分解的產品並養成謹慎而適量使

用的習慣以減少對環境的污染

(二) 肥皂分子與清潔原理

1 日常生活中大部分的污垢都含有油的成分而油和水不能互溶因此只

主題物質元素化合物

- 236 -

- 236 -

用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

• 封面
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  • 18_0304
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  • 18_06

主題物質元素化合物

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用清水洗滌是無法將油汙清除必須藉清潔劑的洗淨功能

2 肥皂分子為脂肪酸金屬的結構其分子模型如圖一所示

(1)親油端（CnH2n＋1）主要為碳－氫原子結構易溶解脂肪等油漬而難

溶於水中故稱為親油端

(2)親水端（COO－金屬）有機酸的末端結構易溶於水中不溶於脂肪

油漬中故稱為親水端

3 去汙原理當肥皂分子遇油脂類時先以親油端侵入油漬中將油脂以肥

皂分子的親油端包圍後再以親水端將油漬溶入水中達成清潔的目的

4 肥皂去汙的過程（如圖二所示）

【親 油 端】 【親水端】

脂肪酸根【CnH2n＋1COO－】 ＋ 金屬 Na＋

俗名肥皂 學名脂肪酸鈉

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

C

H

C

H

O

O

H

C

H

H

C

H

Na H

C

H

圖一肥皂分子模型

肥皂分子

油脂

圖二肥皂分子的去汙原理

主題物質元素化合物

- 237 -

- 237 -

單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

- 238 -

- 238 -

了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

• 封面
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主題物質元素化合物

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單元陸食 物

一 營 養 素

1 狹義的營養素是可換為熱量的物質包含醣類蛋白質脂肪三大類

2 廣義的營養素是指對人體新陳代謝有益的物質不限定為可供應人體熱

能的物質包含醣類蛋白質脂肪礦物質維生素和水等六大類

3 醣類蛋白質脂肪在前面單元肆「有機化合物」中已經詳述過礦物

質維生素和水等營養素於人體新陳代謝維持生理平衡有密切關係

(1) 礦物質指無機化合物等鹽類如氯化鈉為人體所必需的礦物質

(2) 維生素幫助人體成長營養素之攝取以及免疫能力之增加等如

維生素 D可幫助人體鈣質吸收及骨骼成長

(3) 水占人體約 70以上的比例幫助體內循環系統及新陳代謝雖

不能提供熱能卻是人體不可缺少的營養素

二 食物保存與加工

(一) 食物的保存

1 新鮮的木耳或香菇如果沒有盡快烹調很快地就會腐敗但是乾燥的木

耳香菇製品卻可以存放較久而臘肉也比較新鮮的肉容易保存

2 食物的腐敗主要是因為細菌的作用造成細菌在一般環境下增殖非常快

速所以購買新鮮食品後最好能進快烹調趁新鮮食用如果無法即時食

用通常須將食物放置在陰涼乾燥的地方儲存

3 目前電冰箱是最普遍保存食物的地方但是電冰箱只能降低細菌繁殖的速

度食物放久了仍然會腐敗

4 煮熟食物和溫度壓力的關係

(1) 壓力鍋利用加熱使鍋內的水蒸發以增大鍋內的氣體壓力而使水的

沸點升高達到快速燉煮食物的效果

(2) 悶燒鍋只要將食物放入內鍋中加熱至沸騰 2~15 分鐘後再將其移置

悶燒外鍋中蓋緊不需電或瓦斯來持續加熱就能將食物煮熟節省

主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

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成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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主題物質元素化合物

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了許多能源因為悶燒鍋具有良好的隔熱效果能使鍋內長時間保持

高溫不用外加熱能而將食物悶熱煮熟爛

5人們常會利用許多加工的方法如乾燥低溫冷凍高溫殺菌低溫殺菌

等方法來延長食物的保存期限

(1) 乾燥法利用乾燥的方法脫水法將食物脫水讓細菌無法活動

如木耳香菇或奶粉茶葉等醃製法加鹽糖或醋來醃製食物

讓食物再吸收鹽或糖的過程中釋放本身的水分使寄生的細菌因缺

乏水分而不利於生存以延長食物的保存期限如臘肉蜜餞等

(2) 低溫冷凍法將食物冷凍或凍結狀態以減緩食物的變質並抑制為

生物繁殖再將食物予以妥善地幫裝保存同時需存於-18以下的

低溫以保持新鮮如冷凍水餃湯圓等冷凍條理食品

(3) 高溫殺菌法以 100或 100以上的溫度殺死微生物破壞酵素

使食品為無菌狀態如罐頭保久乳高溫殺菌袋調理包等

(4) 低溫殺菌法將食品加熱在 100以下的溫度殺死病原菌和破壞酵

素因為不能完全滅菌必須放在 5以下的空間如冷藏果汁

(5) 添加物如防腐劑抑制劑等通常經上述方法處理過的食物雖然

延長了保存期限但部分的營養素會損失甚或有些加工食品會加入

防腐劑以利保存或者在製作過程中將醃製食物染色以增加美觀

這些對人體都會造成不良的影響再選購時宜多加注意

(二) 食品的釀製

1 醱酵利用酵素的催化作用使有機物分解的過程稱為發酵市面上有

許多食品如酒醋醬油茶葉或優酪乳等都是利用發酵作用製造出

來的

2 酒精醱酵係以水果榖類或其他含澱粉或醣類的原料經發酵釀造而成

酒精的過程其化學反應式為

C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2

3 醋酸醱酵食醋為常用的酸性調味料因為食醋中約含有 3~5的醋酸

製造醋酸的原料為榖物或水果先行醱酵成酒類再經醋酸菌發酵造而

酵素

主題物質元素化合物

- 239 -

- 239 -

成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

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主題物質元素化合物

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成其發酵過程如下

(1) 醋酸醱酵是乙醇經醋酸菌醱酵與氧氣化合反應的生成物其化學反

應式如下

C2H5OH＋O2 CH3COOH＋H2O

(2) 一般的食用醋由於原料的不同發酵後呈現特殊的混合香氣及味道

(3) 市面上有些化學合成醋則是直接以醋酸加水和香料調配而成

4 醬油具有鹹味是常見的調味料主要是用黃豆小麥食鹽及水為

原料經由麴菌分解黃豆中的蛋白質發酵而釀造出赤褐色的液體

5 茶葉摘取自茶樹嫩葉製造而成的在製造過程中茶葉自身會釋出酵素

依發也會因發酵過程（紅茶）從葉香變為花香熟果香或麥芽糖香

6 發酵乳將牛奶等乳品經過適當的殺菌消毒後在接種特定的乳酸菌

加以培養所製成發酵乳種類相當繁多包括優格優酪乳等

(1) 我國現行之標準規定以乳酸菌的數目來說濃稠及凝態產品的乳酸

菌數需在每毫升中含有一千萬個以上稀釋及冷凍產品則於每毫升中

至少含一百萬個以上活性乳酸菌

(2) 需要獲得良好鈣質來源的人可將發酵乳作為牛奶代替品

(3) 發酵乳製品中的活菌有其存活期限需冷藏保存

醋酸菌

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