最後更新：2026-07-01

氣體化學計量回答什麼

一條平衡的化學方程式說明反應物與生成物的量如何彼此相關。當其中一項生成物是氣體時，自然會浮現一個問題：反應會產生多少氣體——以體積計量？氣體化學計量正是回答這個問題，把方程式的莫耳帳目與氣體所佔的物理體積連結起來。

計算分為兩個部分。首先，平衡方程式的莫耳比把已知物質的量換算為氣體的莫耳數。接著，理想氣體定律把這些莫耳數轉換為在收集氣體的溫度與壓力下的體積。

兩個步驟

步驟一 — 莫耳比

若在平衡方程式中已知物質的係數為 $a$、生成氣體的係數為 $b$，則

$$n_{\text{氣體}} = n_{\text{已知}} \cdot \frac{b}{a}$$

比值 $b/a$ 可直接從係數讀出；這一步用不到方程式中的其他資訊。

步驟二 — 理想氣體定律

有了氣體的莫耳數，理想氣體定律便給出體積：

$$V = \frac{n_{\text{氣體}} R T}{P}$$

其中 $R$ 為氣體常數，$T$ 為絕對溫度，$P$ 為壓力。採用 $R = 0.082057$ L·atm·mol⁻¹·K⁻¹，當壓力以大氣壓、溫度以克耳文表示時，體積即以公升為單位。

符號	物理量	單位
n_已知	已知物質的莫耳數	mol
a	係數（已知）	—
b	係數（生成氣體）	—
n_氣體	氣體的莫耳數	mol
V	氣體的體積	L
T	絕對溫度	K
P	壓力	atm（或 kPa, bar …）
R	氣體常數	0.082057 L·atm·mol⁻¹·K⁻¹

範例

過氧化氫依下式分解：

$$2\,\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$$

當 2 mol 的 H₂O₂ 在 0 °C、1 atm 下分解時，會生成多少公升的氧氣？

1. 莫耳比：已知為係數 2 的 H₂O₂，氣體為係數 1 的 O₂，故 n(O₂) = 2 × 1/2 = 1 mol。
2. 理想氣體定律：V = (1 × 0.082057 × 273.15) / 1 = 22.41 L。

因此，2 mol 的過氧化氫在標準溫度與壓力下會釋放約 22.41 L 的氧氣。

從質量開始

反應常以秤重而非莫耳數量取。要從質量開始，先把質量除以莫耳質量換算成莫耳數，再把結果作為已知量輸入。例如 68 g 的 H₂O₂（莫耳質量 34 g/mol）為 2 mol，即上例所用之值。其後莫耳比與氣體定律照常進行。

選擇溫度與壓力

氣體的體積取決於測量時的條件，因此輸入的溫度與壓力應與收集氣體的環境一致。有兩個基準反覆出現：舊版 STP 為 0 °C 與 1 atm，莫耳體積為 22.41 L/mol；IUPAC 的 STP 為 0 °C 與 100 kPa，莫耳體積為 22.71 L/mol。若題目描述的是室溫條件，就採用該條件。體積與絕對溫度成正比，與壓力成反比。

理想氣體假設何時失效

理想氣體定律將分子視為彼此無吸引力的質點，這在低壓與高溫下成立良好。在氣體沸點附近或高壓下，分子間作用力與分子的有限體積會造成可量測的偏差，此時如凡得瓦方程式之類的真實氣體模型能給出較接近的估計。對於課堂與實驗中常見的溫度與壓力，理想氣體的結果已足夠精確。

相關計算

莫耳比這一步是所有化學計量問題的核心，氣體定律這一步則與莫耳體積與理想氣體計算共用。當已知量以質量給出時，此計算之前須先做莫耳與質量的換算；當該氣體是多項生成物中競爭某限量試劑的其中之一時，則須先進行限量試劑分析。

常見問題（FAQ）

什麼是氣體化學計量？

氣體化學計量將反應中某物質的量，與該反應所生成或消耗氣體的體積連結起來。其過程分為兩步：先用平衡方程式把已知物質的莫耳數換算為氣體的莫耳數，再用理想氣體定律 V = nRT/P，把這些莫耳數轉換為在給定溫度與壓力下的體積。

莫耳比如何取得？

莫耳比可直接由平衡方程式的係數讀出。若已知物質的係數為 a、生成氣體的係數為 b，則氣體莫耳數 = 已知物質莫耳數 × b/a。在 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂ 中，2 mol 的 H₂O₂（a = 2）分解可得 2 × 1/2 = 1 mol 的 O₂（b = 1）。

溫度與壓力該輸入什麼？

請使用測量氣體體積時的條件。許多課本題目會指定 STP：舊版定義為 0 °C 與 1 atm（101.325 kPa），1982 年起 IUPAC 的定義為 0 °C 與 100 kPa。若題目給的是室溫條件，就輸入該條件。體積與絕對溫度成正比，與壓力成反比。

可以從質量而非莫耳數開始嗎？

可以。先將質量除以莫耳質量換算為莫耳數，再把該值作為已知物質的莫耳數輸入。例如 68 g 的 H₂O₂（莫耳質量 34 g/mol）為 2 mol，將其作為已知量後再套用莫耳比與氣體定律即可。