燃燒分析計算機
根據量測的燃燒產物,求出元素組成、實驗式及分子式。
燃燒量測資料
輸入樣品、二氧化碳與水的質量。氮氣、二氧化硫及莫耳質量為選填項目。
關於燃燒分析
燃燒分析藉由量測完全燃燒生成的產物,確定化合物的元素組成。原樣品中的碳轉變為二氧化碳,氫轉變為水。若收集了氮氣或二氧化硫,也能用來定量測定氮與硫。原化合物中的氧通常由差減法求得,也就是從原樣品質量減去已測元素的質量。
計算先將各產物質量換算成莫耳數。每莫耳二氧化碳含一莫耳碳原子,每莫耳水含兩莫耳氫原子。每莫耳氮氣含兩莫耳氮原子,每莫耳二氧化硫含一莫耳硫原子。將這些莫耳數乘以對應原子的莫耳質量,可得到差減求氧時所需的元素質量。
實驗式表示原子的最簡整數比。將各元素莫耳數除以其中最小的正值。接近整數的比值可直接取整,而 1.5 或 1.333 等比值則須將所有值乘以較小的共同倍數。實驗誤差使比例很少恰好為整數,因此計算機會嘗試小倍數,尋找接近整數的關係。不良量測或不純樣品仍可能產生誤導性的比例。
分子式是實驗式的整數倍。提供莫耳質量後,計算機會將其除以實驗式對應的莫耳質量,再取最接近的正整數。以葡萄糖為例,燃燒分析確立的實驗式為 CH2O。其實驗式對應的莫耳質量約為 30.026 公克每莫耳,量得的莫耳質量若接近 180.156,就得到六倍,分子式為 C6H12O6。
完全燃燒、定量收集產物與純樣品是必要前提。一氧化碳、碳煙、殘留水分、洩漏或未測定的異原子都會使結果失真。差減求氧會累積所有質量誤差,當氧僅占樣品一小部分時尤其敏感。除非確實透過相容方法量測了氮氣或二氧化硫,否則選填欄位應維持為零。使用本計算機整理化學計量關係並核對實驗作業,再依實驗資料所支持的精度報告化學式。
燃燒分析範例
以理想化產物質量,示範實驗式與分子式的求法。
| 量測質量 | 化學式 | 說明 |
|---|---|---|
| 0.180156 g 樣品;0.264057 g CO2;0.108090 g H2O;莫耳質量 180.156 | CH2O;分子式 C6H12O6 | 碳、氫、氧的莫耳數比為一比二比一。 |
| 0.160430 g 樣品;0.440095 g CO2;0.360300 g H2O | CH4 | 產物量對應每個碳原子搭配四個氫原子。 |
| 0.600520 g 樣品;0.880190 g CO2;0.360300 g H2O | CH2O | 將所有產物與樣品量加倍,不會改變最簡比例。 |
如何分析燃燒資料
- 輸入原樣品質量,以及收集到的二氧化碳與水的質量。
- 只有實際量測了氮氣或二氧化硫時,才加入對應質量。
- 可選填獨立量測的莫耳質量,以求得分子式。
- 選取「分析燃燒資料」,查看化學式比例與質量組成。
燃燒分析常見問題
如何從二氧化碳計算碳含量?
每個二氧化碳分子含一個碳原子,因此碳的莫耳數等於二氧化碳的莫耳數。將碳莫耳數乘以碳原子的莫耳質量,即可得到碳質量。
為什麼氫的莫耳數是水的兩倍?
每個水分子含兩個氫原子,因此計算元素莫耳數比之前,必須先將量得的水莫耳數乘以二。
如何求得樣品中的氧?
計算機從樣品總質量減去算得的碳、氫、氮與硫質量,將剩餘質量視為氧。因此,若有未測定的元素,這項假設就不成立。
實驗式與分子式有何不同?
實驗式是最簡整數原子比。分子式列出實際原子數,是透過莫耳質量確定的實驗式整數倍。
為什麼我的比例不是精確整數?
量測質量具有不確定性,燃燒或收集也可能不完全。小偏差可以預期,但大偏差應促使您重新檢視操作程序與樣品組成。