化學式有哪些種類？分子式、簡式、示性式與結構式一次搞懂

10月27日

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化學式不只是把元素符號寫在一起，不同的寫法，代表的資訊也不一樣。

例如，二氧化碳可以寫成 CO₂，乙醇可以寫成 C₂H₅OH，而甲烷除了化學式 CH₄，還能畫出碳原子與四個氫原子的連結方式。這些表示方法各有用途，也是高中必修化學常見的考試重點。

一、分子式 (Molecular Formula) —— 呈現真實原子數目的身分證

基本定義：
- 分子式是用來表示「一個真實分子中所含各元素的原子種類及實際原子數目」的化學式。
核心特徵：
- 它能告訴你這個分子的真實大小與質量。例如葡萄糖的分子式為 C₆H₁₂O₆，代表一個葡萄糖分子裡確確實實包含了 6 個碳原子、12 個氫原子與 6 個氧原子。
適用對象：
- 僅適用於以「獨立分子」存在的共價化合物（如 H₂O、CO₂、NH₃、C₆H₁₂O₆）。
- (注意：離子化合物如 NaCl，或共價網狀固體如二氧化矽 SiO₂，因為在晶體中是以無窮陣列存在、沒有獨立分子，所以沒有分子式，只有簡式！)

基本定義：
- 簡式（又稱實驗式）是用來表示化合物中「各元素原子數目的最簡單整數比」的化學式。
核心特徵：
- 它是透過化學分析實驗（燃燒分析等）測出各元素的質量百分比後，換算而得的最簡比。
經典範例：
- 葡萄糖 (C₆H₁₂O₆)：將碳、氫、氧的原子數 6：12：6 化為最簡整數比（同除以 6），其簡式為 CH₂O。
- 甲醛 (HCHO 或 CH₂O)：其分子式為 CH₂O，簡式也是 CH₂O。
- 乙酸 / 醋酸 (C₂H₄O₂)：將 2：4：2 化為最簡比（同除以 2），其簡式同樣也是 CH₂O！
- (這告訴我們一個重要觀念：不同的分子式，可能擁有完全相同的簡式！)

基本定義：
- 示性式是把分子中「決定該物質化學特性的特有原子團（官能基 / Functional Groups）」特別標示出來的一種化學式，介於分子式與結構式之間。
核心特徵：
- 它能一眼看出化合物屬於哪一類有機家族（例如醇類、有機酸類、酯類等）。
經典範例對照（以分子式為 C₂H₄O₂ 的物質為例）：
- 乙酸（醋酸）：示性式寫為 CH₃COOH（明確標出羧基 -COOH，代表它是酸性有機物）。
- 甲酸甲酯：分子式同樣是 C₂H₄O₂，但其示性式寫為 HCOOCH₃（標出酯基 -COOO-，代表它是酯類）。
- (透過示性式，我們能瞬間分辨這兩個化學性質天差地遠的「同分異構物」！)

基本定義：
- 結構式是用來詳細描繪「分子中各原子的實際連結順序與化學鍵種類（單鍵、雙鍵、參鍵）」的圖面化學式。
核心特徵：
- 每一條短線代表一對共用電子對（σ 鍵或 π 鍵）。結構式能將同分異構物（分子式相同但原子排列順序不同）的差異展露無遺。
經典範例（乙醇 C₂H₅OH 的結構式概念）：
- 碳骨架連接，其中一個碳接 3 個氫，另一個碳接 2 個氫與一個 -OH 羥基，完整呈現原子之間的空間鍵結關係。

在大考化學計算題中，經常需要由簡式求出分子式：

核心轉換公式：
- 分子式＝ (簡式) × n （其中 n 為正整數：1, 2, 3, ...）
- n 的計算方式：
  - n ＝分子的分子量 / 簡式的式量
  - 或者利用氣體密度與莫耳體積推算分子量後求出 n。
範例演練：
- 若某化合物的簡式為 CH₂O，經實驗測定其分子量為 180。
- 簡式式量＝ 12 ＋ (1 × 2) ＋ 16 ＝ 30。
- 算出倍數 n ＝ 180 / 30 ＝ 6。
- 故真正的分子式為 (CH₂O) × 6 ＝ C₆H₁₂O₆（葡萄糖）。

下列有關各物質化學式的敘述，哪些正確？（應選 2 項）

(A) 分子式可表達化合物所含原子種類及部分化性

(B) 二氧化矽的分子式為 SiO₂，而食鹽的化學式為 NaCl

(D) 甲烷的結構式顯示其為一平面分子

(E) C₂H₅OH 為酒精的示性式

(A) 錯誤。分子式可以表示分子內所含的原子種類與數目，但不能直接表示部分化學性質。

(B) 錯誤。二氧化矽是共價網狀固體，SiO₂ 為簡式，不是分子式；NaCl 則表示氯化鈉中鈉與氯的比例。

(D) 錯誤。結構式畫在平面上，不代表分子實際呈平面形狀。甲烷為正四面體結構。

(E) 正確。C₂H₅OH 是乙醇的示性式，可以清楚呈現羥基（—OH）。

答案：(C)、(E)