元素和化合物

物質	元素 / 化合物?
(1)   二氧化碳	化合物
(2)   氯氣	元素
(3)   碳酸鈣	化合物
(4)   硫化鉛	化合物
(5)   氧化鐵	化合物
(6)   汞	元素

元素是由一種原子組成的。

化合物是由多於一種原子組成的。

元素可以是以自由態存在或與其他元素結合起來成為化合物。

             元素 + 元素           化合物

e.g. 氫 + 氧                                 水

             元素                                            化合物

            碳+ 氧                                          二氧化碳

            硫 + 氧                                        二氧化硫/三氧化硫

            銅 + 氧                                        氧化銅

            鐵 + 硫                                        硫化鐵

            鈣 + 碳 + 氧                                      碳酸鈣

Elements

元素可分為三類：

1     Metals (金屬)            e.g.                          

2    Non-metals (非金屬)  e.g.                          

3    Semi-metals (Metalloid) (半金屬 / 類金屬))      e.g.    矽/硅、鍺      

地球上大約有      110       種元素存在。

下畫表示了元素在地球上佔的百分比：

物理變化和化學變化

Y  物理變化 – 沒有新的物質生成。

Y  化學變化 – 會有一種或多種新的物質生成。

將下列各種情況分類為物理變化或化學變化，如果是化學變化，寫出生成的新物質。

	變化	物理性	化學性	其中一種生成的新物質(如屬化學變化)
(1)	把糖溶於茶裡	ü
(2)	光合作用		ü	葡萄糖
(3)	食物的消化		ü	澱粉à葡萄糖
(4)	把蠟燭熔化	ü
(5)	燃點的蠟燭		ü	二氧化碳、水
(6)	電燈泡發光	ü
(7)	葡萄的發酵		ü	二氧化碳、乙醇
(8)	水在沸騰	ü

物理性質和化學性質

Y  物理性質 – 在不需要改變物質的化學成分的情況下可觀察或量度的性質。例如顏色、氣味、味道、狀態、熔點、沸點、密度。

Y  化學性質 – 物質在組成新物質時表現的性質。例如氧能助燃，氯有毒性。

純物質和混合物

將下列物質分類為純物質或混合物。

	物質	純物質	混合物	物質所含的主要成份
(1)	銀耳環	ü
(2)	蘇打水		ü	水、二氧化碳
(3)	蒸餾水	ü
(4)	海水		ü	水、溶解了的礦物質
(5)	空氣		ü	氧、氮、二氧化碳、水氣
(6)	氧氣	ü
(7)	金磚 (999)	ü
(8)	K-金		ü	金、銅、銀

物質結構的基礎-c

１．６　離子化合物和共價化合物

１２．以氯化鈉、乾冰、蠟和石英為例, 描述離子化合物和共價化合物硬度、熔點、沸點、溶解度和導電性上的分別。

      離子化合物通常較為堅硬，熔點和沸點亦較共價化合物高，例如氯化鈉是離子化合物，其硬度、熔點和沸點高於簡單分子結構的乾冰和蠟。但是，要熔解具有巨型網狀共價結構的化合物，例如石英，必須把原子間的共價鍵破壞，這需要很大的能量。因此，石英具有高熔點和高沸點，亦非常堅硬。

      氯化鈉可溶於水，其水溶液或熔融狀態時可導電，但乾冰、蠟和石英則難溶於水，而且不導電；這是離子化合物和共價化合物的顯著分別了。

１３．石英的熔點為1610℃ , 碘的熔點則是114℃。根據石英和碘的不同結構, 解釋為何它們熔點有這樣大的差異。                     

石英是巨型共價結構，每個矽原子均與四個氧原子結合，每個氧原子又與矽原子結合，成為巨型網狀共價結構。要熔解石英，必須把原子間的共價鍵破壞，這需要很大的能量。因此，石英具有高熔點。

碘是由獨立的分子組成，是簡單分子結構。分子中的碘原子是以強大的共價鍵聯繫，而分子間則由微弱的范德華引力聯繫，因此，分子受熱容易分開，故碘的熔點很低。

１４．「鑽石及碘的熔點相差甚遠。」就它們的不同結構，討論及解釋兩者在熔點上的分別。     

鑽石是碳的一種同素異形體，它擁有巨型共價結構。在鑽石中，每個碳原子均與四個碳原子結合成正四面體結構。要熔解鑽石，必須把原子間的共價鍵破壞，這需要很大的能量。因此，鑽石具有高熔點。

碘是由獨立的分子組成，是簡單分子結構。分子中的碘原子是以強大的共價鍵聯繫，而分子間則由微弱的范德華引力聯繫，因此，分子受熱容易分開，故碘的熔點很低。




１５．下圖是一個電燈泡的構造, 燈泡內有氬氣：

討論電燈泡各部分有什麼特質，令其適合製造燈泡的一部分？   

鎢的電阻大，通電後發熱發光，鎢的熔點很高，不易熔斷。鋼的熔點很高，不易熔斷，抗張強度高，可支撐鎢絲。

氬是惰性氣體，不會與鎢反應，可減慢鎢絲蒸發，延長燈泡的壽命。

      玻璃透明透光；它熔點高，可抵受高溫；又夠堅硬，可支持燈泡內的壓力變化。

１６．試根據二氧化矽、聚乙烯和二氧化碳的結構解釋它們有不同熔點之原因。

二氧化矽是巨型共價結構，每個矽原子均與四個氧原子結合，每個氧原子又與矽原子結合，成為巨型網狀共價結構。要熔解二氧化矽，必須把原子間的共價鍵破壞，這需要很大的能量。因此，二氧化矽具有很高熔點。

二氧化碳是簡單分子結構。分子間由微弱的范德華引力聯繫，因此，分子受熱容易分開，故二氧化碳的熔點很低，在室溫時是氣體。

聚乙烯是巨大分子，分子間的范德華引力較強，分子互相纏結，因此，分子受熱亦不易分開，故熔點較高，在室溫時是固體。

物質結構的基礎-b

６．      下圖表示的是第三週期元素的氧化物的大約熔點。氧化物中的化學鍵也在圖中標出。

根據氧化物的結構，解釋下列現象：

（a）從鈉到鋁的氧化物的熔點較高。

（b）二氧化硅的熔點非常高。

（c）從磷到氯的氧化物的熔點較低。

鈉、鎂和鋁的氧化物是巨型離子結構，離子間是強離子鍵連結，因此，在熔化時需大量能量去破壞這些強吸引力，所以它們的熔點高。

二氧化硅是巨型共價結構，每個硅原子均與四個氧原子結合，每個氧原子又與硅原子結合，成為巨型網狀共價結構。要熔解二氧化硅，必須把原子間的共價鍵破壞，這需要很大的能量。因此，二氧化硅具有很高熔點。

      磷、硫和氯的氧化物是簡單分子結構，分子間是弱范德華力聯繫，因此，分子受熱容易分開，故它們的熔點很低。

１．４　元素與化合物

７．試以硫化鐵(II)和鐵和硫為例, 討論元素和化合物的分別。

      元素是由單一種原子組成的物質，而化合物是由兩種或以上的元素化合而成的，化合物的性質與其組成元素的性質不同。例如硫化鐵(II)是由鐵和硫高溫加熱時生成的，硫化鐵(II)的性質與鐵或硫的性質截然不同。

      鐵是灰黑色固體，硫是黃色固體，而硫化鐵(II)是黑色固體。鐵可以被磁石吸引，但硫化鐵(II)則不可。

      硫與稀酸無反應，鐵與稀酸反應產生氫氣，硫化鐵(II)與酸反應則生成硫化氫。因此，無論是物理性質或化學性質，化合物的性質與其組成元素的性質是不同的。

８．試以二氧化碳、氧和碳為例，討論元素和化合物的分別。

      元素是由單一種原子組成的物質，而化合物是由兩種或以上的元素化合而成的，化合物的性質與其組成元素的性質不同。例如碳燃燒時與氧反應產生二氧化碳，二氧化碳的性質與碳或氧的性質截然不同。

      碳是黑色固體，氧是無色氣體，而二氧化碳是無色氣體。碳或氧與石灰水無反應，但一氧化碳令石灰水變白色。因此，無論是物理性質或化學性質，化合物的性質與其組成元素的性質是不同的。

１．５　化合物中的鍵合

９．細閱下列的物質:

   食鹽、一元硬幣、食鹽水溶液、糖漿、蠟、熔融溴化鉛(II)

  設計並描述一些導電實驗以了解以上物質的導電性。                                   

      用燒杯分別盛載以上物質，插入兩支石墨電極，用電線串聯於電池和燈泡。當物質是食鹽、糖漿和蠟，燈泡不亮，顯示它們是非導電體。

      電極串聯一元硬幣、食鹽水溶液和熔融溴化鉛(II)時，燈泡亮著，顯示它們可導電。可是食鹽水溶液和熔融溴化鉛(II)通電後分解，它們是電解質。而一元硬幣通電後沒有變化，因此，一元硬幣是導電體。

１０．敘述離子鍵和共價鍵是怎樣形成的, 並舉例以說明。

當金屬和非金屬原子結合時，金屬原子會失去電子，形成陽離子，非金屬原子會獲得電子，形成陰離子。陽離子和陰離子之間的強而非方向性的靜電吸引力便稱為離子鍵。

例如鈉和氯反應時，每個鈉原子會失去一個電子，形成陽離子，氯接收由鈉所失去的電子，形成陰離子。離子之間的靜電引力就是離子鍵。

當兩個非金屬原子結合時，每個原子是藉著互相共用最外層電子的方法來達到穩定的電子結構。由兩個原子共用一對或以上最外層電子所產生的化學鍵稱為共價鍵。

例如兩個氯原子相遇時，它們會共用一對電子，連結成一個氯分子。共用電子對使每個氯原子皆達至氬原子的電子排佈，所以兩個氯原子均達至穩定。

１１．「原子結合時, 它們傾向達致貴氣體電子結構。」討論原子如何能達致貴氣體電子結構。作答時應舉出一些恰當的例子, 並寫出生成物的電子結構。     

當金屬和非金屬原子結合時，金屬原子會失去電子，形成陽離子，非金屬原子會獲得電子，形成陰離子。陽離子和陰離子之間的強而非方向性的靜電吸引力便稱為離子鍵。

例如鈉和氯反應時，每個鈉原子會失去一個電子，達致氖的穩定電子排佈，形成陽離子，氯接收由鈉所失去的電子，達致氬的穩定電子排佈，形成陰離子。離子之間的靜電引力就是離子鍵，使正負離子互相吸引成為離子化合物。

當兩個非金屬原子結合時，每個原子是藉著互相共用最外層電子的方法來達到穩定的貴氣體電子結構。由兩個原子共用一對或以上最外層電子所產生的化學鍵稱為共價鍵。

例如兩個氯原子相遇時，它們會共用一對電子，連結成一個氯分子。共用電子對使每個氯原子皆達至氬原子的電子排佈，所以兩個氯原子均達至穩定。