基礎化學(一)--第一章st

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第一章 物質的組成與性質

1-1 物質的分類

一、何謂化學(Chemistry)?

1.化學是一門物質科學。 2.化學是一門實驗科學。 3.化學是一門研究物質的 組成 、 性質 、 結構 與 變化 的科學。

二、研究化學的方法:科學的方法。

修正假設 1.仔細觀察並忠實記錄意料中或意外的結果是科學家的入門訓練。 2.大膽的提出不同的解釋是科學突破的動力‧ 3.仔細的驗證每一細節是科學成功的要素。

三、物質的狀態

1. 何謂物質:凡占有空間(具體積)、具有質量者。 2. 物質三態: 狀態 表示法 體積 形狀 以水為例 固態 (s) 固定 固定 H2O(s) 液態 (l) 固定 不固定 H2O(l) 氣態 (g) 不固定 不固定 H2O(g) 註:水溶液的狀態可以(aq)來表示。 3. 物質的三態變化:

四、物質的性質

1.物理性質:物質本身之特性不改變,一物質的性質可以經由觀察或測量得 出者。 例如:顏色、氣味、形狀、熔點、沸點、密度、溶解度、延展性等。 2.化學性質:某一條件下,與其它物質可否發生化學反應所呈現的性質。 例如:可燃性、助燃性、活性、反應性、酸鹼性、焰色等。 進一步實驗 定律 理論 觀察 假設 設計實驗

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五、物質的變化

1.物理變化:物質狀態發生改變,但物質組成、分子的種類與數目沒有改變。 2.化學變化:物質組成改變(原子重新排列組合),產生新物質。 (1)一定改變:分子種類 、原子排列方式 。 (2)一定不變:原子種類 、質量 、原子個數 。 (3)不一定改變:分子數 、分子莫耳數 、體積 。 3.核反應:原子內部發生變化,產生新原子。

六、物質的分類

1.物質有多種分類方式,依組成來區分是其中最基本的分類方式。 (1)依狀態:固體、液體和氣體。 (2)依導電度:金屬(可導電的)、非金屬(不可導電的)及類金屬(導電性介 於導體與非導體之間)。 (3)依結構:共價網狀固體、分子化合物、金屬和離子化合物。 (4)依組成:純物質和混合物。 2.物質依組成可分為純物質和混合物: (1)純物質:不能以物理方法加以分離的物質,且具有固定的組成與特定的物理和化學性 質。 A.元素:不能再用任何化學方法加以分解的純物質,只由一種原子所組成。又分成金屬、 非金屬與類金屬元素。超過 111 種,原子序 82 號以後的元素均具 放射性 , 92 號以後者為 超鈾(人造)元素 。 如:金、銀、氧氣和氮氣等。 B.化合物:由兩種或兩種以上的元素,依一定比例結合而成的純物質。化合物的性質固 定(例如:熔點、沸點、顏色等),但和組成它的元素完全不同。化合物中 的元素必須用化學方法才能夠分離。 如:水、酒精和二氧化碳等。

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(2)混合物:由兩種或兩種以上的純物質,以任意比例混合而成,不具有固定組成,也沒有 特定的物理和化學性質。混合物的組成物質各自保有原來的性質,可用物理方 法或化學方法將組成物質分離 A.均相(均勻)混合物,如:糖水和烏龍茶等。 B.非均相(非均勻)混合物,如:豆漿和咖啡等。 科學知識家 直到 2012 年為止,已知的元素共有 118 種。 1. 天然元素:94 種存在於自然界,原子序大於 83(即鉍之後的元素)都是不穩定,並會進行放射 衰變。 2. 人造元素:利用高能粒子互相撞擊而得到,大多不穩定,存在的時間相當短,也較難和其他的 元素反應,其原子序數>92,均為超鈾元素。 3. 單原子物質:鈍氣(He、Ne、Ar……)。 4. 雙原子分子:H2、N2、O2、F2、Cl2、Br2、I2等。 5. 多原子分子:P4、S8、C60等。 6. 網狀共價結構:C、Si。 7. 類金屬:又稱半導體元素。位於週期表金屬與非金屬的交界處, 共有 B、Ge、Te、Sb、As、Si 等元素 8. 同位素: 原子序 (質子數)相同,但 中子數 不同的元素。 例如: 11H、21H、13H 168O、 O 17 8 、 O 18 8 9. 同素異形體(同素異構物):由相同 元素 所組成的不同 型態 的一系列分子。例如:C(石墨、 金剛石、C60、奈米碳管、石墨烯)、S(斜方硫、單斜硫、彈性硫)、 O(氧:O2、臭氣:O3)、P(白磷、紅磷)。 此外,B(硼)及 Sn(錫)也有同素異形體。 ※化合物:由不同原子所組成的純物質。其分類如下 依有無碳原子分 有機物:大部分 含碳 元素的物質。如:CH4、CH3COOH…等。 無機物:組成中 無碳 元素的物質。如:NaCl、KOH、HCl…等。 依結構分 分子化合物:由非金屬組成。如:H2O、H2SO4…等。 網狀化合物:某些含矽的化合物。如:SiO2…等。 離子化合物:由陰、陽離子結合。如:NaOH、NH4Cl…等。 同分異構物 分子式相同但結構式不同的化合物。如:乙醇、甲醚。 ※化合物與混合物的比較: 組 成 性質 熔點/沸點 化合物 有兩種或兩種以上元素化合而成 沒有原元素之性質 固定 混合物 有兩種或兩種以上物質混合而成 仍保有原物質的特性 不固定

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七、化學與能量:

1.物質的變化皆伴隨著 能量 的進出。 2.反應能量的變化:分為 吸熱反應 及 放熱反應 。 (1)吸熱反應:(ΔH>0) (2) 放熱反應:(ΔH<0) 3.反應能量變化的範圍: (1)能量大小: 物理變化(熔化<汽化)<化學變化<游離內層電子<核反應(核分裂<核融合) (2)能量變化的範圍: 物理變化 化學變化 游離內層電子 核反應 ├─────┼──────┼─────────┼──────→ 0 100 1000 106 KJ/ mole

八、物質的分離與純化

混合物可根據其所含各成分物質的性質,以物理方法加以分離,而將純物質從混合物中分離出來的 過程,稱為純化。常見的方法如下: 方法 利用的原理 分離物質 備註 傾析 密度不同 將密度較小的上層物質倒出 (1) 離心可增加傾析分離的效果 (2) 僅為一種粗略的分離方式 過濾 顆粒大小不同 通過過濾器的孔洞來分離物質 顆粒大的留在濾紙上 結晶 溶解度不同 (形成晶體) 溶解度隨溫度變化較大者 析出速率慢可得較大晶體 蒸發 沸點不同 取沸點高者 (1) 沸點低者逸出 (2) 以食鹽水為例,將水蒸發後可得 氯化鈉晶體 蒸餾 沸點不同 取沸點低者 利用冷凝器凝結收集 分餾 沸點不同 在不同的溫度範圍收集蒸氣 (1) 收集沸點範圍越小者,所含物質 種類越少 (2) 如原油經分餾收集可得汽油等產 物 色層 分析 附著力的不同 附著力大的移動速率較慢,附著力 小的移動速率較快 可分為濾紙層析、管柱層析等

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科學知識家 ⊙化學方法:指除了核反應外,以加熱、照光或電解等方式進行的普通化學反應。可將元素結合成 化合物,亦可將化合物分解為元素。 ⊙物理方法:指反應過程中不會使物質性質改變,亦不會產生新物質的反應方法。 1. 傾析:可用來分離液體和固體,固體的密度必須比液體大,且不溶於液體。 例如:分離紅酒和紅酒的沉澱物(包括酒石酸氫鉀、酒石酸鈣等)。 2. 過濾:用多孔材料,分離顆粒大小不同的物質。例如:分離氣體粉塵的袋濾器。 3. 蒸餾:將沸點低的物質蒸發冷凝,而與沸點高的物質分離的方法。 如:以蒸餾法製造高濃度的烈酒,所以烈酒也叫蒸餾酒。 4. 色層分析:可用於分離植物色素。 例題1 ―83.推甄― 下列有關元素及原子的敘述,何者正確? (A)純物質甲受熱分解產生純物質乙及氣體丙,則物質甲不可能是元素 (B)具有物質特性的最小單元是原子 (C)由兩種相同元素組成的多種化合物,其性質必定相同 (D)乾淨的空氣是純化合物。 答案:(A) 解析:(A)純物質甲會受熱分解成兩種不同的物質,則必為化合物。 (B)具有物質特性的最小單元是分子。 (C)化合物的種類不同,其性質就不同,例如:CO 和 CO2 具有不同的性質 (D)空氣是由氮氣及氧氣等所組成的均勻混合物,不是化合物。 例題2 ―83.日大― 下列有關物質的敘述,何者正確? (A)水是純物質,但可電解成氫和氧 (B)葡萄糖水是由葡萄糖和水所組成的純物質 (C)石油是混合物,而汽油是化合物 (D)鑽石是純物質,但不是化合物 (E)氫與氧只能形成一種化合物。 答案:(A)(D) 解析:(B)葡萄糖水是由葡萄糖和水所組成的均勻混合物。 (C)石油是許多烴類混合而成的混合物;汽油是石油分餾的部分產物,所含烴類的種類較少 ,但仍為混合物。 (D)鑽石是碳元素的「同素異形體」之一種,屬於元素類的純物質。 (E)氫與氧能形成水(H2O)及過氧化氫(H2O2)兩種化合物。

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例題3 ―88.推甄― 下列有關常見物質分類的敘述,何者正確? (A)純水可經由電解生成氫氣及氧氣,所以不是純物質 (B)食鹽由氯化鈉組成,所以是純物質 (C)糖水為純糖溶於純水組成,所以是純物質 (D)不鏽鋼不易生鏽,所以是純物質。 答案:(B) 解析:(A)水是由氫和氧依 1:8 的重量比所形成的化合物,為純物質。 (B)食鹽即氯化鈉,為化合物,屬於純物質。 (C)糖水為糖溶於水所形成的溶液,為混合物。 (D)不鏽鋼是由鐵、鉻和鎳等金屬所形成的合金(固態溶液),故為混合物。 例題4 ―88.推甄― 下列哪些現象沒有化學反應的進行?(應選四項) (A)鐵的生鏽 (B)霧的生成 (C)太陽能熱水器的作用 (D)螢火蟲的發光 (E)水煤氣的製造 (F)冰箱中冷媒的作用 (G)植物的呼吸作用 (H)霓虹燈的發光。 答案:(B)(C)(F)(H) 解析:(B)當足量的凝結核存在於過飽和的空氣中,凝結核會吸收水氣而凝結產生小水滴,即形成 霧,通常當暖空氣接近冷空氣表面時便形成霧。 (C)太陽能集熱器的器壁以絕熱材料製作,內面塗上黑色塗料來吸收太陽能,頂面加裝玻璃 ,將熱量存於集熱器中,當冷水進入銅管時,吸收熱量而產生熱水。 (D)生物光是由一種酶和該酶的基質相互作用而產生的,此化學反應通常是經由氧化作用把 能量釋放出來,釋放出來的能量可激發基質分子的電子至較高能階,當激態電子降至較 低能階時,即放出特定波長的光。 (E)煤焦在高溫下和水蒸氣反應生成氫氣和一氧化碳的混合氣體,稱為水煤氣,是重要的工 業燃料。其化學反應式為 C(s)+H2O(g)→ CO(g)+H2(g) (F)冰箱中的氣態冷媒(CCl2F2)在高溫、高壓下,受風扇冷風的作用而凝結成液態,液態冷 媒經過膨脹閥時,因壓力減小又重行氣化,氣化過程會自周圍環境中吸收大量的熱,於 是氣態冷媒又進入壓縮機,再繼續開始凝結及氣化而完成一次的循環。 (H)霓虹燈的發光是將各種不同的氣體在通入高電壓後產生放電,使管中氣體發出各種顏色 的光。例如:氖氣發紅光、氬氣發藍光等。 例題5 ―91 學測― 下列選項中的四圖,小白球代表氦原子;大灰球代表氮原子。哪圖最適合表示標準狀態(STP)時 ,氦氣與氮氣混合氣體的狀態? (A) (B) (C) (D) 答案:(A) 解析:(A)氦氣為單原子分子,應以一個小白球表示。氮氣為雙原子分子,應以兩個大灰球結合在 一起表示,且混合氣體應均勻分布於整個容器中。

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例題6 ―91 學測補考― 有關甲、乙、丙、丁四個圖所含的物質,下列敘述何者最合理? (A)甲圖中是化合物 (B)乙圖中是混合物 (C)丙圖中是純物質 (D)丁圖中是元素。 甲 乙 丙 丁 答案:(D) 解析:甲圖是混合物;乙圖是化合物;丙圖是混合物;丁圖是元素。 例題7 ―99 學測― 許多人喜歡在夏天到海邊戲水,也會在沙灘玩砂。試問在臺灣沿海的沙灘隨意抓取的一把砂是 屬於下列哪一類的物質? (A)元素 (B)純物質 (C)化合物 (D)混合物 (E)聚合物。 答案:(D) 解析:矽由二氧化矽及許多礦物混合而成。 例題8 ―89.學測― ◎下列各組物質中各有一個是純物質,另一個是混合物: (甲)氯化鉀水溶液與純水 (乙)空氣與純氮氣 (丙)金銅合金與純金 (丁)柴油與純己烷。假定要在 一般的高中實驗室,用實驗的方法來區別純物質與混合物。請問 1.~2.題: 1. 在 50~120 ℃間,測其沸點就可以區別出來者為何? (A)甲 (B)乙 (C)甲、乙 (D)甲、丁 (E)乙、丁。 答案:(D) 解析:(甲)純水為純物質,正常沸點為 100℃;而氯化鉀水溶液為混合物,沸點不固定, 應略高於 100℃。故在 50~120℃間,測沸點就可以區別。 (乙)純氮氣為純物質,正常沸點為-196 ℃;而空氣為混合物,沸點不固定 (丙)純金為純物質,正常沸點為 2856 ℃;而金銅合金(K 金)為混合物,沸點不固定,應遠 高於 120 ℃。 (丁)純己烷為純物質,正常沸點為 69 ℃;而柴油為混合物,沸點介於 250 ~ 400 ℃間。故在 50 ~ 120 ℃間,測沸點就可以區別。 2. 用硝酸銀水溶液,就可以立刻鑑別出來者為何? (A)甲 (B)丙 (C)甲、丙 (D)甲、丁 (E)乙、丁。 答案:(A)

解析:KCl(aq)與 AgNO3(aq)會發生反應,產生白色的 AgCl 沉澱 → Ag+(aq) + Cl (aq)  AgCl(s) 例題9 ―90.學測― 實驗桌上有一杯蔗糖水溶液和一杯食鹽水溶液。下列實驗操作,何者不適合用來分辨這兩種溶液? (A)測導電度 (B)比較焰色反應 (C)測 pH 值 (D)添加硝酸銀水溶液檢驗。 答案:(C) 解析:糖水和食鹽水的 pH 值均為 7,所以測 pH 值不可分辨。食鹽水可導電,焰色為黃色,與 AgNO3(aq) 反應產生白色沉澱;而糖水不可導電,與 AgNO3(aq)不會發生反應

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例題10 ―90.學測― 氫分子與氧分子化合成水的反應,可用下圖的方式表示。下列有關此反應的敘述何者正確 (A)反應前後分子的種類不變 (B)氧分子與水分子均為雙原子分子 (C)原子的種類不變,故反應屬物理變化 (D)反應產生熱量,反應前後各種原子的數目不變。 答案:(D) 解析:(A)反應前有 H2 及 O2 兩種分子,反應後變為僅有 H2O 一種分子→分子種類必定改變 (B)H2O是由 2 個 H 原子與 1 個 O 原子化合而成的分子。 (C)應前、後原子種類及個數均不變,但原子間的結合方式改變,產生了新物質,屬於化學 變化;物理變化沒有新物質的生成。

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1-2 原子與分子

§1-2.1 化學簡史 一、原始化學:(西元前 4000 年),僅有[技術]沒有[科學]。 起源於火的使用: (1)東方:燧人氏鑽木取火 (2)西方:普羅米修斯,向諸神之王宙斯盗火 二、古代化學:(西元前 4000 年至西元 1774 年) 理 論 提出年代 提 出 者 主要內容 1 四元素論 西元前 600~ 300 年 希臘哲人 亞里士多德 。 1. 任何物質皆由四種元素依不同比例混合 而成。 2. 四元素: 風 、 火 、 土 、 空氣 。 2 煉丹術 (東方) 西元前 200 年 秦朝 追求長生不老。 3 煉金術 (西方) 西元 700 年 埃及人 受四元素論影響,終究失敗。 4 燃素說 西元 1702 年 德人史塔耳 1.物質含有可燃燒逸散至空氣中的 燃素 及不可燃燒的 灰質 。 2.不能解釋:為何有些金屬燃燒後失去燃 素,重量卻增加。 三、近代化學:(西元 1774 年至 20 世紀) 重要定律、理論 提出年代 提 出 者 主要內容 1 氧化論 1774 年 法人拉瓦節 被尊稱為近代 化學之父 。 1.燃燒是物質與 氧 結合。 2.證明空氣中含有 氧 及 氮 。 3.定義元素及化合物,建立 命名 系統。 2 質量守恆定律 1789 年 法人拉瓦節 物質反應前後,總質量不變。 3 定比定律 1799 年 法人普魯斯特 化合物其成分元素的質量比為定值。 4 原子說 1803 年 英人道耳頓 1.物質由原子所組成,原子為不可分割之

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最小粒子。(修正: 原子可分割 ) 2.相同原子有相同質量,不同原子有不同 質量。(修正: 同位素存在 ) 3.不同原子以簡單整數比相結合,,形成 各種不同之化合物。 5 倍比定律 1804 年 英人道耳頓 兩元素化合成兩種或兩種以上之化合物 時,當固定某一元素質量,另一元素之質 量成 簡單整數 比。 6 化學週期表 1869 年 俄人門得列夫 依化學性質及 原子量 大小來排列。 7 解離說 1887 年 瑞典阿瑞尼斯 解釋 電解質 溶液的導電性質。 四、現代化學:(20 世紀後) 隨著實驗技術及儀器的更新,化學家開始探究原子內部的構造及原子相互作用的原理,產生以 下重要發現: 重要定律、理論 提出年代 提 出 者 主要內容 1 發現電子 1897 年 英人湯姆森 陰極射線管,求出電子之荷質比。 e/m=1.76×108庫侖/克 2 油滴實驗 1909 年 美人米立坎 求出電子所帶之基本電荷 e =1. 6×10-19庫侖 可導出電子質量 m=9.11×10-28 3 發現原子核 1911 年 英人拉塞福 以α 粒子撞擊金箔 4 建立原子序 1913 年 英人莫士勒 各元素受電子撞擊而產生 X 射線之頻率 與各元素之原子序有關 5 發現質子 1919 年 英人拉塞福 以α 粒子撞擊氮原子 6 發現中子 1932 年 英人查兌克 以α 粒子撞擊鈹金屬 再加上量子力學的提出,對原子內更為小粒子的運動狀態,開啟了新的一頁。

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1-2.1 質量守恆定律

⊙質量守恆定律(law of conservation of mass) (1)提出者:拉瓦節於西元 1789 年所提出。 (2)內容:在一密閉系統中,化學反應前後總質量不變。 (3)說明:他在密封容器中點燃蠟燭,測量質量的變化,提出質量守恆定律。 科學知識家 ⊙拉瓦節(Antoine-Laurent de Lavoisier, 1743~1794)貢獻: 1. 提出氧化學說,推翻史塔耳燃素說 2. 質量守恆定律 3. 定義元素的概念

1789 年,拉瓦節發表了《化學基礎》(Traite É lémentaire de Chimie)這部集其觀點大成之教科

書,書中定義了元素的概念,並對當時常見的化學物質進行分類,總結分為下列四類: 氣體單質 光、熱、氧、氫、氮 非金屬單質 硫、磷、碳、鹽酸根、硫酸根、硼酸根 金屬單質 銻、銀、砷、鈷、銅、錫、鐵、錳、汞、鉬、鎳、金、鉑、鉛、 鎢、鋅 土類單質 石灰、鎂土、鋁土 例題11 ―93.學測― 有一反應,由 X 與 Y 化合生成 Z,其反應如下:2X+3Y → 2Z,而反應物 X 與產物 Z 的質量關係如下圖。試問當有 4 克的 Z 生成時,需要多少克的 Y? (A) 1 (B) 2 3 (C) 2 (D) 3 (E) 2 3 × 4。 答案:(A) 解析:根據質量守恆定律,反應物(X、Y)消耗的總質量與產物(Z)增加的總質量相等。 由題圖知,15+WY=20,WY=5 → WY:WZ=5:20=WY':4 故 WY'=1(克)

1-2.2 定比定律

⊙定比定律(law of definite proportion)

(1)提出者:普魯斯特(J.L. Proust)於西元 1797 年所提出。 (2)內容:一種化合物無論其來源如何,其組成元素間有一定的質量比。 (3)說明: ①1799年提出,證明天然的碳酸銅與實驗室製造出的碳酸銅具有相同的組 成。發現化合物中的銅、氧及碳的質量比都是 5.3:4:1。 ②將質量比換為莫耳數比,即為組成元素間的原子數比,故可由此得知該 化合物的化學式。 說明:10.00 克 Pb+1.55 克 S→11.55 克 PbS 10.00 克 Pb+3.00 克 S→11.55 克 PbS+1.45 克 S 18.00 克 Pb+1.55 克 S→11.55 克 PbS+8.00 克 Pb 結論→Pb 與 S 只能以一定的質量比(10.00:1.55)化合成同一種化合物!

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例題12 ―日大― 根據定比定律及右圖,寫出下列空格的答案: (原子量:C=12,H=1,O=16,N=14,Si=28) (A)的化學式為 H2O ;(B)的化學式為 N2O3 ; (C)的化學式為 CH4 ;(D)的化學式為 SiO2 ; X 應為 14/3 ;Y 應為 3 ;Z 應為 7 。 A H2O B N2O3 C N2O3 D SiO2 X 應為 14/3 ;Y 應為 3 ;Z 應為 7 。 元素重量比除以原子量即可求得原子間的個數比

化學式,如 H:1 克,O:8 克 -> H:O=(1/1):(8/16)=2:1 -> H2O。)

1-2.3 倍比定律

⊙倍比定律(law of multiple proportion)

(1)提出者:道耳頓(John Dalton)於西元 1803 年所提出。 (2)內容:在相同兩種元素所形成的各種化合物中,若將某元素的質量固定時, 則另一種元素的質量間必成簡單整數比。 (3)說明:碳與氧可以生成多種化合物。 一氧化碳 二氧化碳 碳的質量 3 3 氧的質量 4 8 當碳的質量相同時,氧的質量比為 4:8 = 1:2,為一簡單整數比。 道耳頓亦以碳和氫兩種元素,組成甲烷和乙烯兩種化合物,其組成比例如下表。 甲烷 乙烯 碳的質量 3 6 氫的質量 1 1 當氫的質量相同時,碳的質量比為 3:6 = 1:2,為一簡單整數比。 註:倍比定律只適用於二元素組成的化合物,不同化合物中具有不同的氧化數(或原子價)。簡式 相同者(原子價數相同),三個以上不同原子(H3PO4和 H3PO3)、離子(SO42- 和 SO32-)皆不適用 倍比定律。 例題13 ―83.推甄― 下列哪一組的物質,其組成不能以倍比定律說明? (A)氧及臭氧 (B)一氧化碳及二氧化碳 (C)水及過氧化氫 (D)一氧化氮及二氧化氮。 答案:(A) 解析:氧及臭氧互為同素異形體,兩者並非化合物,無法以倍比定律說明。

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例題14 ―85.推甄― 將一密閉的化學反應裝置放在天平秤上,如下圖。當在 CuSO4 溶液中注入氫氧化鈉溶液之後,下 列哪些敘述是正確的? (A)會有沉澱產生,質量增加 (B)沉澱物為 Cu(OH)2 (C)有氣體產生,質量減少 (D)此實驗可用於說明化學反應的質量守恆

(E)本反應的平衡反應式為 2CuSO4+2NaOH → 2Cu(OH)2+SO3+Na2SO4+H2O。 答案:(B)(D)

解析:反應式為 CuSO4(aq)+2NaOH(aq)→ Cu(OH)2(s)+Na2SO4(aq),生成 Cu(OH)2 沉澱;溶液減少的

質量等於沉澱增加的質量,系統總質量不變,天平兩端仍維持平衡;故可驗證質量守恆定 律。 例題15 ―92.學測研究試題― 下列哪一組化合物可以用來說明倍比定律? (A) NO 和 NO2 (B) CH4 和 CO2 (C) ZnO2 和 ZnCl2 (D) NH3 和 NH4Cl (E) H2O 和 HCl。 答案:(A) 解析:「倍比定律」是甲、乙兩元素形成一種以上的化合物,在這些化合物中,甲元素質量固定時 ,乙元素之間的質量恆為簡單整數比。故由兩種元素形成質量比不同的化合物,才可以用來 說明倍比定律。 例題16 ―96.學測― 有兩種不同元素 X 及 Y,化合為兩個化合物。第一個化合物是由 9.34 克 X 和 2.00 克 Y 化合而成 ;而第二個化合物是由 4.67 克 X 和 3.00 克 Y 化合而成。如果第一個化合物的分子式是 XY,那麼 第二個化合物的化學式為下列何者? (A) X2Y (B) XY2 (C) X3Y (D) XY3 (E) X2Y2。 答案:(D) 解析:假設 X、Y 兩元素的原子量依序為 MX、MY。 ∵化合物一的分子式是 XY →原子數 X:Y=1:1=9.34 𝑀𝑋 : 2.00 𝑀𝑌 → MX:MY= 1 2.00: 1 9.34 ∴化合物二的原子數比 X:Y=4.671 2.00 :3.001 9.34 =9.34:9.34 × 3=1:3 故化合物二的簡式為 XY3。 例題17 ―101.學測― 碳與氧可形成兩種不同的化合物,這兩種化合物中碳和氧的質量比不同。若將碳的質量固定時,兩 化合物中氧的質量之間成一簡單整數比,此稱為倍比定律。下列各組物質,何者符合倍比定律? (A) C60、C80 (B) Pb3O4、PbO (C) SiO2、CO2

(D) GaCl3、AlCl3 (E) Al(OH)3、Al2O3。

答案:(B) 解析:倍比定律是指由兩種元素所構成的不同化合物間,若固定其中一種元素的質量 ,則另一元素質量會成簡單整數比,只有(B) Pb3O4、PbO 符合。

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1-2.4 道耳頓原子說

(atomic theory) 原子說內容 現行科學對原子說的修正 一切物質都是由不可分割的原子所組成 原子可以再分割為更小的粒子,如:電子、質子、 中子等。 相同元素的原子,其質量與性質皆相同,不同元素 的原子,其質量與性質皆不同 同位素:相同元素,但質量不同 如: H11 、 H12 、 H13 同素異性體:同元素,但性質不同 如:O2、O3 同量素:質量數相同,質子數不同 如:65 29Cu、 65 30Zn。 化合物是由不同種類的原子以固定的比例組成 有晶體缺陷的結晶化合物中,原子比例違背了整數 化合的規則 化學反應是原子重新排列組合形成另一種物質,反 應前後原子種類、數目不變。 核反應中,原子會轉變為它種原子。 如:1 1 H + 1 1H → 2 4 He + 0 1 n 道耳頓原子說「可」解釋:質量守恆定律、定比定律、倍比定律。「不可」解釋:氣體反應體積定律。(∵U 道耳頓U時代尚無分子概念)

1-2.5 給呂薩克氣體化合體積定律

(law of combining volumes of gases) (1)提出者:給呂薩克(J. Gay-Lussac)於西元 1808 年所提出。 (2)內容:同溫同壓下,在氣體物質參與的反應中,氣體反應物和氣體產物的 體積間恆成簡單整數比。 (3)說明:道耳頓原子說無法解釋氣體化合體積定律。如:氫氣與氧氣在同溫 同壓下化合生成水蒸氣時,三者的體積比為 2:1:2。若以道耳頓原 子說解釋:兩個氫原子與一個氧原子化合成兩個水蒸氣,故 一個水 蒸氣需由一個氫原子與 2 1 個氧原子組成,此與「原子不可再分割」 相違背。

1-2.6 亞佛加厥定律

(1)提出者:義大利科學家亞佛加厥(A. Avogadro)於西元 1811 年提出。 (2)內容: ①分子說: (a) 具有物質特性的最小粒子是分子;物質是由能夠單獨存在的分子構成。 (b) 分子是由原子所構成。 (c) 相同分子具有相同質量及化學性質。 (d) 物質與構成的分子具有相同性質。(決定氣體化學性質的粒子就是分子) (e) 「亞佛加厥定律」又名「分子說」,可圓滿解釋 「氣體反應體積定律」。 「原子說」無法圓滿解釋「氣體反應體積定律」。 ②亞佛加厥定律同溫同壓下,同體積的任何氣體含有相同的分子數。

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(3)說明: ①元素的分子是以同種原子組成,如 H2、O3、P4等;而化合物的分子則是由 兩種或數種原子化合而成,如 HCl、CO2等。 分子    單原子分子:鈍氣(He、Ne、Ar …)。 雙原子分子:氫、氧、氮、鹵素(F2、Cl2、Br2、I2)…等。 多原子分子:水、二氧化碳、葡萄糖…等。 ②以分子說便可成功解釋給呂薩克的氣體化合體積實驗。 ③可應用亞佛加厥定律求未知氣體的分子量。 說明:同溫同壓下,同體積的兩種氣體含有相同的分子數,即具有相同的莫 耳數。結論: 2 1 2 1 M M W W  。 (4)氣體莫耳體積:同溫、同壓下,相等分子數的氣體有相等的體積。各種氣體 1 莫耳(6.02 × 1023 個分子)所占有的體積稱為莫耳體積,例如:0 ℃、1 atm 下(STP)各種氣 體的莫耳體積均為 22.4 升。 例題18 ―85.夜大― 1802 年道耳頓提出的原子說,何者仍能符合現今的化學知識與理論? (A)一切物質都是由原子組成 (B)相同元素的原子,具有相同的質量和性質 (C)化合物分解所得的原子與構成化合物的同種原子性質相同 (D)原子是基本粒子,不可分割 (E)不同元素的原子,其性質不同。 答案:(A)(C)(E) 解析:(B)同位素具有不同的質量。 (D)原子可分割。 例題19 ―90.日大― 同溫、同壓下,若 10 毫升的甲烷分子含 x 個原子,則多少毫升的氮氣亦含有 x 個原子? (A) 5 (B) 10 (C) 25 (D) 50。 答案:(C) 解析:根據亞佛加厥定律,同溫、同壓下的氣體,其體積與氣體的分子數成正比。 甲烷(CH4)1 分子中含有 5 個原子,氮氣(N2)1 分子中含有 2 個原子。 故 10 𝑉= 𝑥 5 𝑥 2 → V=25(毫升) 例題20 ―99.學測― 在一個體積可調整的反應器中,於 27 ℃、1 大氣壓,注入 10 毫升的 A2氣體與 30 毫升的 B2氣體 (A 與 B 為兩種原子)。假設恰好完全反應,產生甲氣體。已知甲的分子式與其實驗式相同,則下 列哪一個是甲的分子式? (A) AB (B) AB2 (C) AB3 (D) A2B3 (E) A2B。 答案:(C) 解析:依亞佛加厥定律,同溫、同壓下,氣體體積比等於分子數比,所以此反應可表 示成:A2 + 3B2  n 甲,依道耳頓的原子說,甲中 A 與 B 的原子數比為 1:3, 所以甲的實驗式為 AB3,其分子式亦為 AB3。

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1-3.1 原子量及分子量

一、原子量 因原子質量太小,無法直接測得,因此以各原子的質量相互比較所得的數值,來表示原子的質量, 稱為原子量。 1. 原子量標準訂定 (1)最早期:道耳頓以最輕原子 H=1 作為原子量標準。 (2)西元 1905 年,國際原子量委員會決定採用自然界存在的氧,將其原子量定 為 16。 (3)西元 1961 年,國際純粹及應用化學聯合會(IUPAC)決定以12C=12.0000 作為原子量標準。 2. 求法: (1)因原子質量太小,無法直接測得,故選擇一種元素作為標準,然後求得元 素對此標準元素的相對質量。 某元素重 同原子數之12C重 = 某元素原子量 12 C原子量 =比值,待求原子量=比值×12 (2)平均原子量:週期表中所列的原子量為自然界所有同位素的平均原子量。 M=M1 X1+M2 X2(M:同位素的質量;X:同位素的相對含量)。 註:週期表上所列的原子量即為各元素之平均原子量。

3.單位:每莫耳原子質量以克當單位,而每個原子質量以 u(過去曾以 amu)或 Da(道耳頓)當單 位。 巨觀 微觀 原子 1 mol 12 C 原子的質量為 12 克 1 個12C 原子的質量為 12 amu 分子 1 mol H2O 分子的質量為 18 克 1 個 H2O 分子的質量為 18 amu 4.原子量不一定為整數,因原子量是根據某原子質量與12C 原子質量的比而得。 例如:16 O 的原子質量約為12C 的 1.33328 倍,因此16O 的實際原子量為 15.996。 5. 原子量與莫耳數 (1)西元 1967 年,IUPAC 訂定 12 克整的12C 所具有的原子數目為一莫耳。 (2)一莫耳所含的粒子數約為 6.02×1023個。 例如:一莫耳碳含有 6.02×1023個碳原子,一莫耳水含有 6.02×1023個水分子。 (3)為了紀念亞佛加厥,便將 6.02×1023稱為亞佛加厥數(NA)。 科學知識家 ⊙原子質量單位

atomic mass unit,簡稱為 amu,為紀念道耳頓,原子質量單位名稱現在又稱為道耳頓(dalton,

簡寫為 Da)1 amu 的大小為一個碳-12 原子質量的 1/12,相當於 1.66054× 10 公克。 1. 一個碳-12 原子質量 = 12 amu = 12 23 6.02 10 公克,故 1 amu= 23 1 6.02 10 公克 1.66053886× 10 公克≒1 個氫原子重≒一個質子或中子重, 1 克=6.02× 1023 amu。 2. 在生物化學和分子生物學文獻中,特別是描述蛋白質的時候,一般使用道耳頓(Dalton、Da、 D),取代 amu 作為原子質量的單位。由於蛋白是大分子,分子量通常極大,這時候則使用 kDa 作為單位。

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二、分子量: 1. 定義: (1) 早期:以氫(H2)之分子重量為 2 或氧(O2)之重量為 32 為標準,經測定換算所得氣體 分子的相對質量。 (2) 現今:分子式中所有原子的原子量總和,即為該分子的分子量。 (3) 莫耳質量:1 mol 分子的實際質量,即 g/mol,叫做克分子量或莫耳質量。 2. 求法: (1)蒸氣密度法:由某特定狀況下的氣體密度求出分子量。 例如:可由 STP 下的蒸氣密度求氣體分子量。 氣體分子量 M=STP 下的蒸氣密度×STP 莫耳體積(22.4 L)。 (2)亞佛加厥定律(適用於氣體): 同溫同壓下,同體積的任何氣體具有相同 的分子數;即同狀況下的兩氣體, 重量比=分子量比。 2 1 2 1 M M W W (3)混合氣體的平均分子量: M=M1X1+M2X2+⋯⋯(M 為成分氣體分子量;X 為成分氣體的莫耳分率)。 例:空氣平均分子量:(設 N2(g)占 80% 、 O2(g)占 20%) Air M =28×80%+32×20%=28.8 則空氣平均分子量約為 28.8 科學知識家 原子量的求法: (1)當量數法:當兩元素化合成化合物時,其當量數 相等 。 當量數= 當量 物重 = 莫耳數 ×價數 當量= 價數 原子量 (2)杜龍-柏蒂法:金屬固體之比熱與原子量的 乘積 約為定值。 原子量 = 25(J/mol℃) = 6.4(cal/mol℃) 比熱(J/g℃) 比熱(cal/g℃) (3)坎尼札洛(Stanislao Cannizarro, 1826~1910) 「化合物的分子可以有不同數目的原子,而同一種分子只能含一個原子或相同數目的原子」。根 據此觀點,坎尼札洛提出如下結論:「當考慮一系列含某一原子的化合物時,其中必然有一種或 幾種化合物中只含有一個該種原子,那麼在一系列質量中,最小值約等於該原子的原子量」。

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例題21 ―91.指考― 某元素 X 所形成的五種氣體化合物,在常溫、常壓時,每 24.5 升的重量及其中所含 X 的重量百分比如下表。基於原子說的 模型及本實驗的結果,X 的原子量有多種可能,試問 X 的原 子量可能為何? (A) 3 (B) 6 (C) 8 (D) 12 (E) 16。 答案:(A)(B)(D) 解析:氣體在常溫、常壓時的莫耳體積為 24.5 升,故每 24.5 升的重量即為其分子量。 假設甲、乙、丙、丁、戊每分子中所含的 X 原子數依序為 a、b、c、d、e(a ~ e 均為正整 數),且 X 的原子量為 Fx。





a × Fx=60 × 80%=48 b × Fx=44 × 82%.=.36 c × Fx=44 × 27%..=12 d × Fx=30 × 80%=24 e × Fx=16 × 75%=12 → Fx= 48 𝑎= 36 𝑏= 12 𝑐= 24 𝑑= 12 𝑒 故 Fx 須為「48、36、12、24」的公因數→ 可為「1、2、3、4、6、12」

1-3.2 亞佛加厥數

⊙亞佛加厥數 近代經實驗準確測量出 1 莫耳(mole)物質含有的粒子總數為 6.02×1023個。為紀念亞佛加厥, 西元 1909 年將此數值(6.02×1023)稱為亞佛加厥數而延用至今。 ⊙莫耳數 n= W M (重量) (原子量或分子量)= 0 23 6.02 10 N N   (個數) (亞佛加厥數 )=22.4 STP (體積)(升) ( 下的莫耳體積) V =CM(體積莫耳濃度) ×V(溶液體積升數) 科學知識家 ⊙亞佛加厥數或稱亞佛加厥常數,常見的代號為:NA,是物理學和化學中一個重要數值。其數值 大小為:NA = (6.02214179 ± 0.00000030)× 1023(mol1)計算時一般取 6.02× 1023 即可。其定義 為 12 克的12 C(或是 0.012 公斤的12C)中,所含有12C 的原子總數。 例題22 ―83.日大― 根據國際純化學暨應用化學聯合會(IUPAC)於 1961 年所定之原子量標準為 (A)以 1H 為 1.0000 amu (B)以 12C 為 12.0000 amu

(C)以 16O 為 16.0000 amu (D)以自然界存在的氧原子為 1.0000 amu。 答案:(B) 解析:現今是將「1 個 12C 原子的質量定為 12.0000 amu」作為原子量的標準。 化合物 每 24.5 升的 重量(克) 含 X 的重量 百分比(%) 甲 60 80 乙 44 82 丙 44 27 丁 30 80 戊 16 75 ○1分子量或原子量 ○2亞佛加厥數=6.02×1023 ○3氣體在某一狀況下的莫耳體積 標準狀況(S.T.P.,0 ℃,1 atm)=22.4 L/mol 正常狀況(N.T.P.,25 ℃,1 atm)=24.5 L/mol ○4 1 莫耳電子電量=1 法拉第(F)=96500 庫侖(C)

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例題23 ―86.推甄―

下表是一些元素的原子序及原子量:

在等質量的氫氣、水、食鹽、銅中,何者具有較多的電 子?(A)氫氣 (B)水 (C)食鹽 (D)銅

答案:(A)

解析:(A) (1/2)×2×1(mol);(B) (1/18)×(2+8)(mol); (C) 1 58.5 ×(11+17)(mol);(D) 1 63.5 ×29(mol)。) 例題24 ―87.推甄― 滅蚊是防止登革熱的治本方法,而二溴乙烷(C2H4Br2,分子量為 188 克/莫耳)是滅蚊劑中的重要 成分。試問 1.88 克的二溴乙烷中含有多少個溴原子? (A) 6.02×1022 (B) 6.02×1023 (C) 1.20×1023 (D) 1.20×1022 (E) 1.88×1023 答案:(D) 解析: 1.88 188 ×2×6.02×10 23=1.2×1022。) 例題25 ―90.日大― 已知硼原子的質量為 10.81 amu,硼原子乃由原子量為 10.01 的 10 B 和原子量為 11.01 的 11B 兩種同 位素所組成,則 10 B 所占硼原子的百分率為下列何者? (A) 20% (B) 30% (C) 70% (D) 80%。 答案:(A) 解析:週期表中各元素的原子量,表示該元素存在於自然界的各種同位素的平均原子量,即 𝑀̅=M1X1+M2X2+…… → 10.81=10.01.X1+11.01.X2,因 X1+X2=1 故 10.81=10.01.X1+11.01.(1—X1) → X1≒0.2=20% 例題26 ―91.學測― 下圖中左、右兩個量筒各盛裝 100 克的水與 100 克的重水(D2O),重水中的重氫(D)是氫的同位 素 H2 1 ,下列關於這兩筒樣品的敘述,何者錯誤? (A)重水的體積比水少 11% (B)重水的密度比水大 12% (C)氫的原子量是重氫的 89% (D)重水的分子量比水多 11%。 答案:(C) 解析:(A)水的體積為 100 cm3;重水的體積為 89 cm3 ∴重水的體積比水少[(100-89)/100] × 100%=11% (B)由 d=W/V → d水=100/100=1;d重水=100/89.=.1.12 ∴重水的密度比水大1.21−1 1 × 100%=12% (C) H=1,D=2 ∴H 的原子量為重氫的1/2=0.5=50% (D) H2O=1 × 2+16=18;D2O=2 × 2+16=20 ∴重水的分子量比水多[(20-18)/18] × 100%=11% 元素 H O Na Cl Cu 原子序 1 8 11 17 29 原子量 1.01 16.0 23.0 35.5 63.5

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例題27 ―93.學測― 科學家計畫製造一座「太空電梯」,以探測外太空與火星。支撐這座「太空電梯」的纜繩是一束由 十億條、長達十萬公里的奈米碳管所製成,每條奈米碳管含有 7.2×1017個碳原子。試估計這束纜繩 至少需要多少公斤的碳來製備? (A) 0.12 (B) 2.4 (C) 7.20 (D) 14.4 (E) 28.8 答案:(D) n = (7.2×1017×109) / (6×1023)=1.2×103 (mol) w = n × M = 1.2×103 ×12=14.4×103(g)=14.4(kg) 例題28 ―96.學測― 已知亞佛加厥數為 6.02×1023。下列哪一項所含氫的原子數最多? (A) 3.01×1023個氫分子中的氫原子 (B) 5.02×1023個氫原子 (C) 8.5 克氨(NH3)所含的氫原子 (D) 8 克甲烷(CH4)所含的氫原子。 答案:(D) 解析:(A) 3.01×1023個氫分子含氫原子:6.02×1023 (C)8.5 克 NH3(分子量 = 17),即 8.5/17=0.5 莫耳 含氫原子: 0.5 × 3 = 1.5莫耳 = 1.5×6.02×1023 = 9.03×1023(個) (D)8 克 CH4(分子量 = 16),即 8/16=0.5 莫耳 含氫原子:0.5 × 4 = 2 莫耳 = 2 × 6.02 × 1023 = 1.204 × 1024(個) 例題29 ―99.指考― 碳的原子量為 12.01,已知碳的同位素有 12 C、13C 及極微量的 14C。試問下列哪一選項為 12C 與 13C 在自然界中的含量比例? (A) 1:1 (B) 9:1 (C) 49:1 (D) 99:1 (E) 199:1。 答案:(D) 解析:平均原子量 12.01=12 × x+13(1-x)→ x=0.99,則 12 C:13C=99:1 例題30 ―100.學測― 王老師在教溶液的單元,談到莫耳時,有學生問王老師:「在網上看到『莫耳日』,那是什麼?」王 老師說:「莫耳日是一個流傳於北美化學家當中的非正式節日,通常在每年的 10 月 23 日上午六時 零二分到下午六時零二分之間慶祝這個節日」。課後有五位學生(A)~(E),對此莫耳日以及與莫耳 相關的資訊甚感興趣,討論了一番。試問下列哪兩位學生說的話正確? (A)莫耳日是紀念北美一位偉大的華裔化學家,姓莫名耳而設立的 (B)莫耳是表示溶液濃度的一種單位,是重量百分濃度的莫耳倍 (C)於 10 月 23 日的 6 時 02 分慶祝莫耳日,是與亞佛加厥數有關 (D)亞佛加厥數定義了國際單位制基本單位之一的莫耳 (E) 1 莫耳物質中所含電子的總數等於亞佛加厥數。 答案:(C)(D) 解析:(A)(B)莫耳為數量單位。 (C) 1 莫耳的粒子相當於 6.02 × 1023個粒子。 (E)不一定,例如:1 莫耳的水中有 10 莫耳的電子。

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1-4.1 溶液的組成

⊙溶液的組成 1. 溶劑:溶液中占多量的物質。 2. 溶質:溶液中占少量的物質。 註 水溶液中不論水量所占比例的多寡,通常皆以水為溶劑。 科學知識家 ⊙溶液的分類 1. 電解質溶液和非電解質溶液 電解質溶液 非電解質溶液 是否可導電 可以 不可以 舉例 鹽水 糖水 2. 水溶液和非水溶液 水溶液 非水溶液 溶劑 通常是有機物 舉例 鹽水 碘酒 3. 真溶液、膠態溶液和懸浮液(非溶液) 真溶液 膠態溶液 懸浮液 溶質粒子直徑 <1 nm 1 nm~100 nm > 100 nm 舉例 糖水、鹽水 牛奶、豆漿 泥漿 4. 固態溶液、液態溶液和氣態溶液 固態溶液 液態溶液 氣態溶液 溶液狀態 固態 液態 氣態 舉例 合金 葡萄酒 空氣

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1-4.2 濃度的表示法

1. 定義:用來描述溶質和溶劑(或溶液)間的相對含量。 2. 常用的濃度表示法: 種類 定義 公 式 重量百分率濃度 (W%) 每 100 克溶液中 所含溶質的克數 W%= W溶質 W溶液 ×100%= 𝑊溶質 𝑉溶液×𝑑溶液×100% 體積莫耳濃度 (M 或 mol/L) 每升溶液中所含 溶質的莫耳數 CM= n溶質(nol) V溶液(L) = W溶質 M溶質 × 1000 V溶液(mL) 百萬分點濃度 (ppm) 每百萬克溶液中 所含溶質的克數 或每立方公尺溶 液中所含溶質的 毫升數 ppm= W溶質 W溶液 ×10 6(ppm) 或 ppm= V溶質 V溶液 ×10 6(ppm) 說明:(1) 百萬分點濃度常用於微量物質的濃度或微量元素的含量,如空氣汙染、海水中離 子的濃度、河川中微量的重金屬汙染等。 (2) 測定氣體汙染物時,百萬分點濃度可表示為體積比,即 1000 升空氣中汙染氣體占 1 毫升即為 1 ppm。 (3) 當溫度改變時體積也會變化,因此與體積有關的濃度皆會受溫度影響。 3. 濃度換算:(記定義) 已知濃度表示 假設 溶質量 溶劑量 重量百分率=W% 溶液 100 克 W 克 (100-W)克 體積莫耳濃度(CM)=a M 溶液 1 升 a 莫耳 (1000×溶液密度-溶質分子量×a)克 百萬分點濃度=a ppm 溶液 1 公斤 a 毫克 近似 1 公斤 百萬分點濃度=a ppm (稀薄水溶液中) 溶液 1 公升 a 毫克 註:不涉及體積者,換算不需溶液密度(d)。 ▲ 濃度的換算

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4.溶液的配製、混合與稀釋 (1)溶液的配製:

(A)常用器材:

容量瓶 安全吸球 吸量管 燒 杯 玻 棒 量 筒

(B)固體試樣:以配製 0.1 M NaOH(aq) 1000 毫升為例。

①計算所需 NaOH 重:nNaOH=0.1×1=0.1(mol),WNaOH=0.1×40=4(克)

②配製: 圖 示 步 驟 a.稱取 NaOH 4 克置入燒杯中 加水溶解 b.倒入 1000 毫 升容量瓶中 c.以蒸餾水沖洗 燒杯內壁 d.潤洗液一併倒 入容量瓶 e.加蒸餾水至刻 度線 f.蓋上瓶蓋,搖 盪混合 (C)液體試樣:以配製 0.3 M HCl(aq) 1000 毫升為例稀釋法 ①計算所需濃 HCl 體積(濃 HCl(aq) 為 12 M)。 CM 1×V1=CM 2×V2,12×V1=0.3×1,V1= 1 40(升)=25(毫升) ②配製: 圖 示 步 驟 a. 將 安 全 吸 球 接 上 25 毫升吸量管 b.吸 取 錐形 瓶內 的 濃鹽酸 25 毫升 c.1000 毫升容量瓶 內先放適量水,再 加入濃鹽酸 d. 加 蒸 餾 水 至 刻 度線 e.蓋上瓶蓋,搖盪 混合 註 步驟 a. 中,按 A:壓出球內空氣;按 S:吸取溶液;按 E:排放溶液至待裝容器內。 (2)溶液的稀釋:稀釋前後溶質質量或莫耳數不變,僅溶劑或溶液的量改變。 ①原則:稀釋前後,溶液所含溶質的重量或莫耳數不變。 ②體積稀釋為原來的 n 倍,體積莫耳濃度變為原來的 𝟏𝒏 倍。

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(3)溶液的混合:混合前後溶質質量或莫耳數不變。 ① W質()=W質() P1%×W液()=P2%×W液() ② n質()=n質() CM前V前=CM後V後 (4)不論混合或稀釋,體積皆不可加成,但質量可加成。 例題31 ―87 日大― 比重 1.16,含 21.0 %的 HCl 水溶液 150 毫升和 6.00 M 的 HCl 水溶液 350 毫升混合,假設體積有加 成性,則混合後的鹽酸溶液濃度為多少 M?(原子量:H = 1,Cl = 35.5) (A) 5.2 (B) 5.7 (C) 6.2 (D) 6.7。 答案:(C) 解析: 1.16×150×21% 36.5 +6×0.35 0.5 = 6.2(M) 例題32 ―94 指考― 將 25.3 克的碳酸鈉溶於水後,調配成 250 毫升的水溶液,試問溶液中鈉離子的體積莫耳濃度為若 干 M?(原子量:C=12,O=16,Na=23) (A) 0.26 (B) 0.47 (C) 0.96 (D) 1.56 (E) 1.91。 答案:(E)

解析:碳酸鈉為易溶性鹽類,Na2CO3(aq)→ 2Na + (aq)+CO32 - (aq) [Na+]=2 × 25.3 23×2+12+16×3 250 1000 =1.91(M) 例題33 ―95 指考― 要配製 0.100 M 的標準溶液 100 毫升,最好要使用 100 毫升的下列哪一種儀器? (A)燒杯 (B)量筒 (C)燒瓶 (D)容量瓶 (E)錐形瓶。 答案:(D) 解析:配製溶液應以容量瓶配製。 例題34 ―97.學測― 某先進自來水廠提供 2 ppm(百萬分點濃度)臭氧(O3)殺菌的飲用水,若以純水將其稀釋至原有 體積之兩倍,換算成體積莫耳濃度約為多少 M? (A) 1 × 10−4 (B) 2 × 10−4 (C) 5 × 10−5 (D) 2 × 10−5 (E) 1 × 10−5 答案:(D) 解析:體積變為原來兩倍,則濃度由 2 ppm 變為 1 ppm,即每 1 L 的溶液中含臭氧 1 mg,則體積莫 耳濃度為 10−3 48 1 =2.08 × 10 -5(M)

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1-4.3 溶解度

一、溶解平衡 1. 溶解與沉澱 (1)溶解:將固體置入溶劑中,則固體粒子離開其表面進入液體中的現象稱為 溶解。 (2)沉澱:在溶劑中的溶質粒子到處游動,有些恰好撞擊到未溶解固體的表面, 便附著而析出,稱為沉澱,亦稱為結晶。 (3)溶解達平衡時,溶解速率等於結晶速率(但不等於零),故溶解平衡是一 種動態平衡。 2. 飽和溶液、未飽和溶液與過飽和溶液 (1)飽和溶液 ①定義:定量溶劑中所溶解的溶質已達最大量。 ②飽合溶液的形成:溶解與結晶的動態平衡。 糖溶解於水中和重新結晶析出是同時進行的,最初糖剛放入水中, 水中糖分子很少,因此糖溶解速率比重新結晶析出的速率快,使得溶液 中的濃度逐漸增大,由於糖的濃度增大,糖分子重新結晶析出的速率也 跟著增大,當溶解的速率和結晶的速率相等時就達到了平衡。此時溶液 中溶質的數目不再改變,但是溶解和結晶仍然持續進行。 糖+水 糖水 ③溶解平衡是動態平衡的證明:在飽和的冰糖溶液中放入一些小顆粒冰 糖,經過一段時間後,冰糖的形狀改變了,由小顆粒變為較大塊冰糖, 但未溶解的冰糖質量卻不變,此乃水中的冰糖分子和晶體中的冰糖分子 互相交換的結果。 溶解平衡 (2)未飽和溶液 ①定義:定量溶劑中所溶解的溶質未達最大量。 ②特性:未飽和溶液為穩定狀態,於其中再加入溶質,則加入的溶質可再 被溶解。 ③使未飽和溶液達飽和的方法有二:繼續加入溶質或蒸發少許溶劑。 (3)過飽和溶液 ①定義:濃度比飽和溶液大的溶液。此溶液極不穩定,將過量的晶體析出 後即成飽和溶液。 ②過飽和溶液的製備: A.首先把溶質加入溶劑中,在比較高的溫度時配成飽和溶液(此溶質在 高溫時溶解度需較低溫時為大)。 B.若飽和溶液中有未溶的溶質應先過濾除去。 C.然後將此濾液冷卻,冷卻時應避免震動,並且防止固態的溶質或其他物 質進入溶液中,以免溶液出現結晶,冷卻後所得溶液即為過飽和溶液。

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③使過飽和溶液的結晶再次析出的方法 A.加入晶種:在溶液中加入細小的固體當晶體種子(簡稱晶種),則過量的 溶質就易於吸附並排列在晶種表面上而析出,促使過飽和溶液 發生結晶而變成飽和溶液。 B.攪拌:使溶質分子或離子增加接觸碰撞的機會,助長結晶核的形成。 二、溶解度 1. 定義:在某溫度下,一定量溶劑所能溶解溶質之最大量,稱為該溫度下之溶解度,即飽和溶 液中所含溶質的量,稱為該溶質在某一溫度時的溶解度。 2. 溶解平衡:溶液中,溶質溶解速率 = 溶質結晶速率時,稱為達到溶解平衡,此為一動態平衡。 3. 飽和溶液、不飽和溶液和過飽和溶液 (1) 飽和溶液:達到溶解平衡的溶液。 (2) 不飽和溶液:溶質在溶劑中的濃度尚未達到飽和,溶質還可繼續溶解。 (3) 過飽和溶液:溶液中所溶解的溶質量,超過飽和溶液時。為一不穩定的狀態,加入少許晶 體或攪動該溶液,過量的溶質就會結晶而析出。 4. 表示法:飽和溶液的濃度,通常以 100 克溶劑所能溶解的溶質質量來表示,記為「 100 克 克溶劑」; 亦可用每 1 升溶液含有溶質的莫耳數(莫耳 / 升)表示。 5. 分類: (1) 可溶:溶解度大於 0.1 M 稱為可溶(即 S>10-1 M)。 (2) 微溶:溶解度介於 10-1與 10-4M 稱為微溶(即 10-1M>S>10-4M)。 (3) 不溶:溶解度低於 10-4M 稱為不溶,有時稱為難溶。 ⊙影響溶解度的因素 1. 溶質、溶劑的本性:物質的結構愈相似,愈容易互溶,即「同類互溶」。 (1)溶解度與溶質本性有關,例如酒精易溶於水,四氯化碳卻難溶於水。 (2)溶解度與溶劑本性有關,例如碘在水中溶解度低,但碘易溶於酒精中。 2. 溫度 (1) 固體和液體:大部分物質的溶解度隨溫度上升而增加, 少部分物質的溶解度隨溫度上升而降低。 (2) 氣體:氣體溶解度會隨著溫度的增高而降低。 3. 壓力 (1) 固體和液體:壓力對固態或液態溶質的溶解度影響較小, 可忽略不計。 (2) 氣體:壓力越大則氣態溶質的溶解度會越高。

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科學知識家 ⊙溶解包括下列三個步驟 1. 破壞溶質和溶質間的吸引力(吸熱)。如:食鹽的晶格能。 2. 破壞溶劑和溶劑間的吸引力(吸熱)。如:水分子間的氫鍵。 3. 形成溶質和溶劑間的吸引力(放熱),即水合能。如:水分子和鈉離子間的 水合作用。當溶質和溶劑間的水合能較大,溶劑的蒸氣壓較小,則溶解熱會 較大。 ⊙相似者互溶意即同類互溶,極性溶劑(如:水)能夠溶解離子化合物以及能解離的分子化合物; 而非極性溶劑(如:有機溶劑)則只能夠溶解非極性的分子化合物。如:氯化鈉是一種離子化 合物,可溶於水但難溶於乙醇。 ⊙以勒沙特列原理說明溫度與溶解度的關係,若溶液存在一溶解平衡: 溶質 結晶 ← 溶解 → 溶液 若溶解為一吸熱反應,則溫度上升,反應方向向右,溶質朝向繼續溶解的方向進行。若溶解為一放 熱反應,則溫度上升,反應方向向左,溶質朝向沉澱結晶的方向進行。 例題35 ―84.推甄― 「打開汽水瓶蓋,先有少許氣體逸出,接著又有大量氣泡從汽水中冒出,因此汽水溫度略為下降」 。上述現象詮釋下列事實中的哪一項? (A)水變為水蒸氣時,吸收熱量 (B)該氣體的溶解度與壓力有關;壓力愈大,溶的愈多 (C)水在低壓之下,沸點下降 (D)該氣體是二氧化碳。 答案:(B) 解析:(B)此現象無法詮釋汽水中氣體的種類、水蒸發時的熱量變化及沸點與壓力變化之關係,只 能確知當壓力降低時,氣體的溶解度會變小。 例題36 ―89.日大― 下列何者與氣體在水中的溶解度較無關係? (A)水的溫度 (B)氣體的壓力 (C)氣體的種類 (D)氣體的體積。 答案:(D) 解析:(A)溫度高,氣體在水中溶解度較小 (B)壓力大,氣體在水中的溶解度較大 (C)不同氣體, 在水中的溶解度不同 (D)難溶性氣體在水中的溶解度與壓力大小成正比,但壓力與氣體的 密度也成正比,所以壓力大時溶解氣體的質量較多,但熔解的氣體體積不變。

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例題37 ―94.學測― 某鹽在 100 克水中的溶解度如下圖所示,下列敘述何者正確? (A)此鹽的溶解度隨著溫度的升高而增大 (B)使用降溫法可將此鹽從飽和的水溶液中析出 (C)在 50 ℃與 60 ℃之間,此鹽在水中的溶解度大致相等 (D)於 10 ℃時,放此鹽 30 克於 100 克水中,充分攪拌後則其溶解度為 18 克。 答案:(C) 解析:(A)由題圖可知,溫度升高,溶解度變小。 (D) s(溶解度)仍為 10 克。 例題38 ―97.學測― 氫氧化鋁在不同 pH 值水溶液中的溶解度列於下表。根據下表資料,回答下列各題 (1)下列有關氫氧化鋁溶解度的敘述,哪一項正確? (A)水溶液的 pH 值為 6 時,氫氧化鋁溶解度最大 (B)酸性的水溶液中,若 H+ 離子濃度愈大,則氫 氧化鋁溶解度愈小 (C)鹼性的水溶液中,若 OH- 離子濃度愈大,則 氫氧化鋁溶解度愈小 (D)在 1 升 0.0001 M 鹽酸溶液比在 1 升純水中溶 解度大。 (2)若要將此表在有限的空間作圖以便看出溶解度隨 pH 值的變化 ,則縱坐標應使用下列哪一項(最方便)? (A)溶解度 × 1000 (B)溶解度 ÷ 1000 (C)溶度度+1000 (D)溶解度-1000 (E) log(溶解度)。 答案:(1)(D);(2)(E) 解析:(1)(A) pH=12 的水溶液中,Al(OH)3 的溶解度最大。 (B)(D)當 pH 值愈小,即 [H+] 愈大時,Al(OH)3 的溶解度愈大。 (C)當 [OH-] 愈大時,Al(OH)3 的溶解度愈大。 (2)將溶解度取對數值,可方便看出溶解度和 pH 值的關係,因 Al(OH)3 為兩性物質,故難 溶於水,即在中性時溶解度最小,但可溶於強酸和強鹼中。 pH 值 4 5 6 7 8 溶解度對數值 -1.7 -4.7 -6.4 -5.4 -4.4 pH 值 9 10 11 12 溶解度對數值 -3.4 -2.4 -1.4 -0.4 pH 值 溶解度(mol/L) 4.0 2.0 × 10-2 5.0 2.0 × 10-5 6.0 4.2 × 10-7 7.0 4.2 × 10-6 8.0 4.0 × 10-5 9.0 4.0 × 10-4 10.0 4.0 × 10-3 11.0 4.0 × 10-2 12.0 4.0 × 10-1

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例題39 ―94.指考― 大理石的主要成分是碳酸鈣,下列哪些因素可以影響大理石在水中的溶解度? (A) pH 值 (B)攪拌 (C)水溫 (D)水的體積 (E)大理石顆粒的大小。 答案:(A)(C) 解析:大理石溶解的反應式: CaCO3(s) ⇌ Ca2 + (aq)+CO32 - (aq) 改變上式平衡,溶解度便會受影響。 (A) pH 值愈小,H+ 愈多,CO32 - 被消耗,平衡往右移,溶解度變大。 2H++CO32 - → CO2↑+H2O (B)攪拌及(E)大理石顆粒的大小會影響溶解速率,但不影響平衡。 (C)水溫:溫度會影響平衡,故溶解度也會受影響。 (D)溶解度為飽和溶液的濃度,與水的體積無關。 例題40 ―95.指考― 晶體試樣甲、乙、丙三種,假定在小溫度的範圍內,其溶解度(克∕100 克水)曲線可簡化為如下圖 。今在室溫 20 ℃,配製甲、乙、丙三種試樣的飽和溶液,分別過濾得到澄清溶液後,做了下列實 驗。試問下列敘述哪些正確? (A)升溫或降溫,丙溶液都不會有晶體析出來 (B)若將各溶液分別降溫至 15 ℃,則甲晶體會析出來 (C)若將各溶液的溫度,從 20 ℃升溫至 35 ℃,則只有乙晶體會析出來 (D)若將各溶液升溫至 30 ℃後過濾,所得澄清溶液在 30 ℃蒸發。當蒸發到溶液的體積變為原體積 的約十分之九時,甲與乙的晶體會析出來 (E)若將各溶液升溫至 35 ℃後過濾,所得澄清溶液在 35 ℃蒸發。當蒸發到溶液的體積變為原體積 的約十分之九時,乙與丙的晶體會析出來。 答案:(A)(B)(C)(E) 解析:(A)由題圖可看出,對丙而言,溶解度不隨溫度而變。 (B)對甲而言,溫度升高溶解度增加,當降溫至 15 ℃時會析出溶質。 (C)對乙而言,溫度升高溶解度降低,當升溫至 35 ℃時會析出溶質。 (E)在 35 ℃時,乙為過飽和溶液,會析出溶質;而丙會形成飽和溶液 。當溶劑量減少會使濃度升高,析出溶質。 例題41 ―96.學測― 有五種化合物,其溶解度(每 100 克水中所含溶質的克數)和溫 度的關係如下圖,試問下列哪一化合物溶解的過程為放熱反應? (A) NaNO3 (B) CaCl2.2H2O (C) KCl

(D) Na2SO4.10H2O (E) Na2SO4。 答案:(E)

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例題42 ―92.指考― 有五支試管(A)~(E),分別倒入下列試劑:汽油、酒精、氯仿、四氯化碳、丙酮,然後各加入 1 毫 升的水並攪拌。試問哪些試劑會與水完全混合均勻? (A)汽油 (B)酒精 (C)氯仿 (D)四氯化碳 (E)丙酮。 答案:(B)(E) 解析:(A)汽油為烴類化合物的混合物,非極性且難溶於水。 (B)酒精含有羥基(-OH),為極性化合物,可與水產生氫鍵,故與水完全互溶。 (C)氯仿(三氯甲烷)極性小,難溶於水。 (D)四氯化碳為非極性,難溶於水。 (E)丙酮含有羰基( / \ C=O ),與水產生氫鍵,故與水完全互溶。 例題43 ―92.學測補考― 物質對水的溶解度代表在定溫下 100 克的水所 能溶解最大量的溶質莫耳數。下表列出一些醇 類分子(含有 OH 極性官能基)在 20 ℃對水的 溶解度,根據下表回答下列問題: (1)下列有關醇類分子的溶解度與分子結構的 推論,何者正確? (A)醇類分子對水的溶解度與極性官能基的 多寡成正比 (B)極性官能基在分子中的比例愈大者,溶 解度愈佳 (C)愈長的醇類分子有愈佳的溶解度 (D)丁醇可與水以任意比例互溶。 答案:(B) 醇類 溶解度 甲醇CH3OH ∞ 乙醇CH3CH2OH ∞ 丙醇CH3CH2CH2OH ∞ 丁醇CH3CH2CH2CH2OH 0.11 戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH 0.030 己醇CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH 0.0058 庚醇CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH 0.0008 丙三醇CH2OHCHOHCH2OH ∞ 溶解度:莫耳∕100 克水 (2)下列兩圖分別是維他命 A 與維他命 C 的分子結構:根據上表與這兩個化合物 的分子結構, 下列有關其溶解度的推論,何者最合理? (A)維他命 A 與維他命 C 都可溶於水 (B)維他命 A 與維他命 C 都不溶於水 (C)維他命 A 不溶於水,維他命 C 溶於水 (D)維他命 A 可溶於水,維他命 C 不溶於水。 答案:(C) (3)承上題,維他命 A 在下列哪一種醇類溶劑中的溶解度最大? (A)甲醇 (B)乙醇 (C)丁醇 (D)庚醇。 答案:(D) 解析:碳數愈多的有機物,對水的溶解度愈小,但對有機溶劑的溶解度愈大,即所謂的同類互溶。

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例題44 ―86.學測― 裝有下列氣體的同體積、同壓力的五種氣球,以蠟燭將其燒破,何者的爆炸力會最大? (A)氫氣 (B)氫氣與氦氣(體積比 2:1)之混合氣體 (C)氧氣與氦氣(體積比 2:1)之混合氣體 (D)氫氣與氧氣(體積比 2:1)之混合氣體 (E)氧氣。 答案:D 解析:氫氣與氧氣體積比 2:1,可以完全燃燒。 例題45 ―90.學測― 在實驗室中,是否正確使用或操作儀器,會影響實驗的結果。就圖示之四種實驗情況而言,下列敘 述何者是不正確的? (A)本生燈的火焰騰空時,需要減小空氣的流量 (B)將 NaOH 顆粒放入水中後,用溫度計攪拌溶液幫助 NaOH 溶解 (C)視線正視刻度時,所得的讀數較為正確 (D)彎折滴管的尾端,是為了從滴定管尖端移去氣泡。 答案:B 解析:溫度計不可用來攪拌溶液。 例題46 ―93.學測― 下列哪一選項的廣告語最不科學? (A)本牙膏含有氟,可預防蛀牙 (B)本飲料含有鹽,適合運動後飲用 (C)本飲料純由天然物質配製,不含化學物質 (D)本食鹽是特製品,含有碘,食用可預防甲狀腺腫大 (E)本礦泉水經衛生當局檢驗合格,含有少量礦物質,有益健康。 答案:C 解析:任何物質均是由原子、分子或離子所構成,均屬於化學物質,但依其來源不同,則可將物質 區分為天然物質或人工合成物質。 例題47 ―96.學測― 已知鐵鏽的化學式為 Fe(OH)2。在常溫常壓下,鐵生鏽除了需要氧,還必須有下列哪一種物質的存 在?(A)水 (B)鹽 (C)氮 (D)氯 (E)臭氧。 答案:A 解析:鐵繡的化學式為 Fe2O3‧xH2O 或 Fe(OH)3xH2O,除了氧元素外,還有氫元素,所以必須有 水存在。

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例題48 ―日大― 在同溫、同壓下,下列氣體密度大小次序何者正確?(原子量:C=12.0,H=1.01,N=14.0,O =16.0,Cl=35.5) (A)氧>乙炔>氯>氨 (B)氯>氧>乙炔>氨 (C)乙炔>氯>氨>氧 (D)氨>乙炔>氧>氯。 答案:(B) 解析:由亞佛加厥定律:同溫、同壓、同體積的氣體含有同數目的分子,故在體積相同時,分子量 愈大的氣體,其密度也愈大。 O2:M=32 C2H2:M=26 Cl2:M=71 NH3:M=17 d 大小順序為:Cl2>O2>C2H2>NH3 例題49 ―日大― 同溫、同壓、同體積的氣體甲及氣體乙的重量各為 0.60 克及 0.64 克。已知甲僅由氧和氮兩元素結 合組成,而乙之分子量為 32,則甲氣體所含原子的總數約為若干個?(原子量:N=14,O=16) (A) 3.0 × 1021 (B) 6.0 × 1021 (C) 1.2 × 1022 (D) 2.4 × 1022。 答案:(D) 解析:由亞佛加厥定律可知: 在同溫、同壓時,因兩氣體的體積相同,則其莫耳數亦相同。 →60 𝑀 = 0.64 32,M甲=30 又甲僅由 N 和 O 兩元素所組成 故甲的化學式為 NO 又𝑛= 0.60 30=0.02(莫耳) 故所含原子總數為 0.02 × 6 × 1023 × 2=2.4 × 1022(個) 例題50 ―88.日大― 若化合物 A2B 的質量百分率組成為 60% A 與 40% B,則化合物 AB2 的質量百分率組成,與下列 何組質量百分率組成最接近? (A) 27% A 與 73% B (B) 33% A 與 67% B (C) 40% A 與 60% B (D) 50% A 與 50% B。 答案:(A) 解析:由 A2B 的質量百分率組成為 60% A 與 40% B, 則 A 和 B 的原子量比為60 2:40=3:4,則在化合物 AB2 中, A 的質量百分率為 3 3+4×2 × 100%=27.3%

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例題51 ―日大― 在常溫、常壓下,下列物質之分子量何者最大? (A)氬 (B)白磷 (C)硫 (D)氯。 答案:(C) 解析:分子式與分子量:(A) Ar(40)(B) P4(124)(C) S8(256)(D) Cl2(71)。 例題52 ―日大― 某金屬之密度 1.5 克∕立方公分,其原子半徑為 10-10 公尺,其原子核半徑為 10-15 公尺。則構成該 原子核的物質之密度(單位:克∕立方公分)大約為 (A) 1.5 × 10-15 (B) 1.5 (C) 1.5 × 105 (D) 1.5 × 1015。 答案:(D) 解析:原子是直徑約 10-10 公尺的粒子,在其中央部分有直徑約 10-15 公尺極微小的原子核,原子 核雖小,但大部分的原子質量都集中於此,原子與原子核的質量約略相等。 即 W原子=W核 → d原子 × V原子=d核 × V核 1.5 × 4 3(10 -103=d 核 × 4 3(10 -153 d核=原子核密度,約為 1.5 × 1015 克∕立方公分 例題53 ―91.學測補考― 1808 年,道耳頓提出原子說,主張物質是由原子所組成,其後,亞佛加厥提出分子的概念。然而 原子與分子到底有多大?究竟 1 克氫氣有多少個原子?用現在的說法,1 莫耳的原子或分子是多少 ?這個問題,早已由美國著名的政治家也是科學家——富蘭克林在西元 1773 年寫給朋友的一封信 中提及:他曾將一茶匙的油倒在湖面上,發現油會迅速擴張,直到蓋住約半畝的湖面就不再擴張了 。假設油分子的形狀是正立方體,此實驗中一茶匙油的體積約為 5.0 立方公分,半畝湖面的面積約 為 2.0 × 107 平方公分,油的密度約為 0.95 克∕立方公分。回答下列問題: (1) 假設覆蓋在湖面的油層只有 1 個分子厚,則 1 個油分子的大小約為多少 (2) 埃?(1 埃=10—8 公分) (A) 10—2 (B) 10—1 (C) 100 (D) 101 (E) 102 (F) 103 (G) 104 (H) 105。 (2)湖面上約有多少個油分子? (A) 1020 (B) 1021 (C) 1022 (D) 1023 (E) 1024 (3)假設油分子的質量為每莫耳 200 克,根據富蘭克林的觀察作估算,下列何者最接近 1 莫耳油中 所含分子的數目? (A) 1020 (B) 1021 (C) 1022 (D) 1023 (E) 1024。 答案:(1)(D);(2)(A);(3)(C) 解析:(1)油的體積=油層厚度(油分子的邊長) × 油層面積 → 5.0 立方公分=d 埃 × 2.0 × 107 平方公分=d 埃 × 10−8公分 1埃 × 2.0 × 10 7 平方公分, d=2.5 × 101 埃 故選(D) (2)∵油層只有 1 個分子厚 ∴油的分子數= 由層的面積 1個油分子的截面積= 2.0×107平方公分 (25×10−8公分)2=3.2 × 10 20(個) 故選(A) (3)假設 1 莫耳的分子數為 NA→油的分子數=油的莫耳數 × NA → 3.2 × 10205.0×0.95 200 × NA,NA=1.3 × 10 22 故選(C)

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例題54 ―93.指考― 在不同溫度下,草酸 (COOH)2 的飽和水溶液濃度如下表所示,表中的濃度是指 100 克溶液中所含 溶質的克數。 溫度 (℃) 20 30 40 50 60 70 濃度 8.7 12.5 17.5 23.9 31.5 45.8 試根據上表回答下列問題: (1)以溫度為橫軸、溶解度為縱軸,用適當的尺度,繪出草酸的溶解度曲線。 (2)取 60 ℃的飽和溶液 100 克,加入 50 ℃的蒸餾水 57.5 克,混合均勻後使其冷卻。試問此溶液 冷卻至哪一溫度時會達到飽和? (3)取 30 ℃的飽和溶液 10.0 克,以蒸餾水將其稀釋至 250.0 毫升後,精確量取此稀釋溶液 20.0 毫 升,以 0.100 M 的氫氧化鈉溶液滴定。試問到達滴定終點時,需要用多少毫升的氫氧化鈉溶 液? 答案(1) (2)約 43 ℃;(3) 22.2 解析:(1)溶解度的定義為定溫下,每 100 克溶劑所能溶解溶 質的最大克數,以 20 ℃為例: 8.7 100−8.7= 𝑋 100 → x=9.5 依此可得下表: 溫度(℃) 20 30 40 50 60 70 濃 度 8.7 12.5 17.5 23.9 31.5 45.8 溶解度 9.5 14.3 21.2 31.4 46.0 84.5 (2) 31.5 100+57.5= 𝑆 100 →混合後之組成相當於 100 克溶液中溶解 (COOH)2 20 克,由圖推測約為 43 ℃左右之溶解度。 (3) 10 克飽和溶液中含有 (COOH)2=10 × 12.5 100=1.25(克) 稀釋後再取出之溶液中含有 (COOH)2=1.25 × 20 250=0.1(克) →𝑛(𝐶𝑂𝑂𝐻)2 = 0.1 90 = 1 900 完全中和時,𝑛(𝐶𝑂𝑂𝐻)2× 𝑖(𝐶𝑂𝑂𝐻)2=[NaOH] × VNaOH → 1 900× 2=0.1 × 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 1000 → VNaOH=22.2(毫升)

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