基礎化學(一)

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(1)

國立中科實驗高中

National Experimental High School at Central Taiwan Science Park

基礎化學(一)

黃 錦 旋 編 著 2015 年 8 月

第1章 物質的組成

1-1 物 質 的 分 類

1-2 原 子 與 分 子

1-3 溶 液

姓 名 :

班 級座號 :

(2)
(3)

第 1章 物 質 的 組 成

一 、 重 要 學 說 的 發 展 流 程 亞理斯多德

史 塔 耳

卜 利 士 力

拉 瓦 節

道 耳 頓

給 呂 薩 克

亞 佛 加 厥

烏 勒

門 得 列 夫

推翻

四元素論:萬物是由空氣、火、水、土等四種元素所組成。

提倡 燃素說 ,認為 可燃物 質具 有燃素 ,燃燒 時,是 燃素逸 散至空 氣中。

加熱 氧化汞 時,發 現了氧 氣, 但因堅 信燃素 說,故 未能掌 握燃燒 的真理。

推翻 燃素說 ,確立 質量守 恆定 律,認 為「燃 燒」是 物質與 氧結合 的作用。

提出「原子說」,認為物質的最小組成單位就是「原子」。

認為 氣體反 應時, 其反應 體積 成簡單 整數比 。氣體 在定壓 時,溫 度越高,其體積越大。

提出 「分子 」概念 ,認為 同溫 同壓下 ,同體 積的任 何氣體 具有相 同的分子數。

由無機物合成出有機物-尿素,打破「生命力論」的錯誤想法。

建 立 週 期 表 , 並 預 言 尚 未 發 現 物 質 的 特 性 。 使 用 歸 納 推 演 的 方 法,確立了物質的規律性。

1-1 物 質 的 分 類 1-1 .1 元 素 與 化 合 物

純 物 質 : 具 有 一 定 的 組 成 及 一 定 的 特 性 , 可 分 為 元 素 與 化 合 物 。

1. 元 素 : 只 由 一 種 原 子 所 組 成 的 物 質 , 無 法 以 普 通 的 化 學 方 法 再 分 解 成 更 簡 單 的 物 質 。 例 如 : 氫 (H(H22))、 氧 (O(O22))、 臭 氧 (O(O33) ¢ ¢ ¢) ¢ ¢ ¢ 等 。

2. 化 合 物 : 由 二 種 或 多 種 原 子 採 固 定 比 例 , 以 強 而 有 力 的 力 量 ( 化 學 鍵 ) 結 合 在 一 起 , 在 一 般 情 況 下 不 會 分 開 。 化 合 物 具 有 本 身 的 特 性 , 不 再 具 有 成

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分 元 素 的 特 性,可 以 用 化 學 方 法 再 分 解 成 兩 種 或 兩 種 以 上 的 純 物 質。例 如 : 水 (H(H22O)O)、 氯 化 鈉 (NaCl)(NaCl)、 葡 萄 糖 (C(C66HH1212OO66))… 等 。

2 H2O(aq) electrolysis

¡¡¡¡¡¡¡! 2 H2(g)+ O2(g) 2 H2O(aq) electrolysis

¡¡¡¡¡¡¡! 2 H2(g)+ O2(g) ( 電 解 : electrolysis)

1-1 .2 混 合 物

混 合 物 : 由 兩 種 或 多 種 純 物 質 相 混 合 而 成 , 沒 有 一 定 的 組 成 和 性 質 , 所 含 的 純 物 質 保 留 有 原 來 的 化 學 性 質 , 可 用 物 理 方 法 ( 蒸 餾 、 結 晶 ) 分 離 所 含 的 純 物 質 , 可 分 為 均 勻 混 合 物 ( 又 稱 為 溶 液 ) 和 不 均 勻 混 合 物 。

1-1 .3 物 質 的 分 離 與 純 化

1. 混 合 物 可 用 物 理 方 法 分 離 其 中 的 純 物 質 , 此 過 程 亦 稱 為 純 化 , 常 見 方 法 : (1) 過 濾 : 利 用 溶 質 顆 粒 大 小 不 同 , 將 溶 液 流 經 有 孔 隙 的 濾 紙 , 使 不 溶 於 水

的 固 體 物 質 分 離 。

(2) 蒸 發 : 利 用 沸 點 不 同 , 收 集 沸 點 較 高 者 。 溶 液 中 含 有 非 揮 發 性 溶 質 , 加 熱 使 溶 劑 蒸 發 , 留 下 溶 質 而 分 離 。

(3) 結 晶 : 溶 液 中 含 有 溶 解 度 不 同 的 溶 質 , 藉 由 改 變 溫 度 或 減 少 溶 劑 量 , 使 特 定 溶 質 結 晶 而 分 離 。

(4) 蒸 餾 : 利 用 沸 點 不 同 , 收 集 沸 點 較 低 者 。 將 溶 液 加 熱 , 使 容 易 揮 發 ( 低 沸 點 ) 的 液 體 變 成 蒸 氣 , 將 蒸 氣 加 以 收 集 冷 凝 成 液 體 的 過 程 。

(5) 分 餾 : 溶 液 中 含 有 多 種 沸 點 不 同 的 揮 發 性 液 體 時 , 加 熱 成 蒸 氣 , 在 不 同 的 溫 度 範 圍 收 集 冷 凝 , 使 其 分 離 為 數 個 主 要 成 分 不 同 的 混 合 物 。

(6) 層 析 : 利 用 物 質 在 不 同 介 面 吸 附 力 差 異 , 將 色 素 與 濾 紙 及 色 素 與 溶 劑 間 的 作 用 力 不 同 , 將 各 種 色 素 在 濾 紙 上 展 開 。

(7) 不 均 勻 混 合 物 可 利 用 顆 粒 重 量 、 密 度 、 磁 性 等 性 質 分 離 。 2. 純 物 質 的 鑑 定 :

(1) 經 過 純 化 分 離 出 的 純 物 質 可 利 用 物 質 特 殊 的 物 理 性 質 或 化 學 性 質 , 加 以 鑑 定 , 以 確 認 其 成 分 與 純 度 。

(2) 在 定 壓 下 , 純 物 質 具 有 特 定 的 熔 點 與 沸 點 , 測 量 固 體 的 熔 點 或 液 體 的 沸 點 是 鑑 定 純 物 質 有 效 且 方 便 的 方 法 。

【 範 例 1】 下 列 有 關 物 質 的 敘 述 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (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 組 成 的 純 物 質

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【 範 例 2】 下 列 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 具 有 物 質 特 性 的 最 小 粒 子 是 原 子

(B) 純 物 質 甲 受 熱 分 解 成 物 質 乙 及 氣 體 丙 , 物 質 甲 應 為 化 合 物

(C) 兩 化 合 物 具 有 相 同 數 目 及 相 同 種 類 的 原 子 , 此 兩 化 合 物 必 有 相 同 性 質 (D) 任 何 原 子 皆 具 有 質 子 、 中 子 及 電 子

(E) 所 有 的 化 學 反 應 皆 遵 守 質 量 守 恆 定 律

【 範 例 3】 下 列 有 關 物 質 的 分 類 與 變 化 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 純 物 質 包 括 元 素 和 化 合 物 兩 大 類

(B) 物 質 產 生 物 理 變 化 時 , 其 組 成 原 子 會 重 新 排 列 (C) 物 質 產 生 化 學 變 化 時 , 會 有 新 物 質 產 生

(D) 物 質 間 相 互 轉 變 時 會 涉 及 到 能 量 的 變 化 (E) 市 售 的 礦 泉 水 是 純 物 質

【 範 例 4】 下 列 何 項 敘 述 錯 誤 ? ( 多 選 )

(A) 物 理 變 化 的 特 性 是 分 子 的 種 類 改 變 , 原 子 種 類 不 變

(B) 化 學 變 化 的 特 性 是 分 子 的 種 類 改 變 , 原 子 的 排 列 方 式 改 變 (C) 化 學 鍵 的 形 成 會 吸 收 能 量 , 化 學 鍵 的 破 壞 會 放 出 能 量

(D) 混 合 物 仍 保 有 原 來 成 分 的 特 性 , 可 用 物 理 變 化 加 以 分 離 出 純 物 質 (E) 各 種 變 化 其 能 量 由 低 而 高 依 次 是 : 物 理 變 化 < 化 學 變 化 < 核 變 化

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練 習 題 :

1. 當 一 純 質 被 分 析 得 知 含 有 碳 與 氯 時 , 此 純 質 必 可 分 類 為 :

(A) 元 素 (B) 化 合 物 (C) 混 合 物 (D) 化 合 物 或 混 合 物

2. 有 某 一 白 色 物 質 , 熔 點 50 .0℃ , 加 熱 時 生 成 一 無 色 氣 體 和 一 棕 色 固 體 , 則 該 物 質 是 一 種 ?

(A) 化 合 物 (B) 元 素 (C) 溶 液 (D) 混 合 物 3. 下 列 有 關 物 質 的 敘 述 , 何 者 正 確 ?

(A) 金 剛 石 與 石 墨 是 同 位 素 (B) 鑽 石 是 純 物 質 而 不 是 化 合 物 (C) 氨 水 是 純 物 質 (D) 石 油 是 混 合 物 , 而 汽 油 是 化 合 物 4. 下 列 物 質 中 , 何 者 僅 含 有 一 種 分 子 ?

(A) 蔗 糖 (B) 鹽 酸 (C) 碘 酒 (D) 汽 油 5. 石 油 分 餾 時 , 是 利 用 不 同 成 分 間 的 何 種 性 質 ?

(A) 熔 點 差 異 性 (B) 沸 點 差 異 性 (C) 密 度 差 異 性 (D) 化 學 性 質 差 異 性 6. 下 面 有 關 元 素 及 原 子 的 概 念 , 哪 一 項 敘 述 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 之 最 小 單 元 是 原 子

(C) 由 兩 種 相 同 元 素 組 成 的 多 種 化 合 物 , 性 質 必 相 同 (D) 乾 淨 的 空 氣 是 化 合 物

7. 要 從 一 杯 食 鹽 水 取 得 其 中 的 溶 劑 成 分 , 適 當 的 處 理 方 法 是 將 此 食 鹽 水 ? (A) 過 濾 (B) 蒸 餾 (C) 沉 澱 (D) 蒸 發

8. 圖 中 以 大 灰 球 與 小 藍 球 分 別 代 表 兩 種 不 同 的 原 子 , 有 關 甲 、 乙 、 丙 、 丁 四 圖 所 含 的 物 質 , 下 列 敘 述 何 者 最 合 理 ? ( 91學 測 補 考 )

(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

9. 下 列 哪 些 是 「 純 物 質 」 ? ( 多 選 )

(A) 水 銀 (B) 鹽 酸 (C) 雙 氧 水

(D) 乾 冰 (E) CuSOCuSO44¢ 5 H¢ 5 H22OO

Ans

1.B 2.A 3.B 4.A 5.B 6.A 7.B 8.D 9.ADE

(7)

1-2 原 子 與 分 子

質量守恆定律 17 74年

定比定律 1 799 年

原子說 1 803 ~18 08年

倍比定律 180 4年 氣體反應定律

180 8年

亞佛加厥假說

18 11年 分子說

1-2 .1 基 本 定 律 與 原 子 理 論

一 、 質 量 守 恆 定 律 : 1774年 拉 瓦 節 提 出 , 密 閉 系 統 內 , 反 應 前 、 後 各 物 質 的 質 量 總 和 不 變 。

二 、 定 比 定 律

1. 定 比 定 律 ( 定 組 成 定 律 ): 法 人 普 魯 斯 特 於 1799年 提 出 。

2. 內 容 : 一 物 質 不 管 來 源 如 何 , 其 成 分 元 素 的 質 量 比 恆 為 一 定 。

3. 例 如 : 純 水 的 組 成 氧 、 氫 質 量 比 8 : 1 , 不 管 雨 水 、 蒸 餾 海 水 或 是 氫 在 氧 中 燃 燒 所 得 的 水 , 皆 是 如 此 的 質 量 比 組 成 。

三 、 倍 比 定 律

1. 倍 比 定 律 : 道 耳 頓 於 1803年 預 言 此 定 律 的 存 在 , 而 在 1804年 他 以 實 驗 證 實 此 定 律 。

2. 內 容:二 種 元 素 可 以 形 成 兩 種 或 多 種 化 合 物 時,在 這 兩 種 或 多 種 化 合 物 間 , 其 中 一 元 素 的 質 量 若 相 等 , 則 所 需 另 一 元 素 的 質 量 成 簡 單 整 數 比 。

【 範 例 5】 按 定 比 定 律 完 成 右 列 圖 表 , 試 寫 出 下 列 空 格 的 答 案 : (N=14

(N=14、 Si=28)Si=28)

A 之 化 學 式 為 (a) 。

B 之 化 學 式 為 (b) 。

C 之 化 學 式 為 (c) 。

D 之 化 學 式 為 (d) 。

X應 為 (e) , Y應 為 (f ) , Z應 為 (g)

矽Z克

氧8克

碳Y克 CO

2

氮X克

氫1克 NH

3

SiC

A B

C

D

(8)

【 範 例 6】 (1)0.5克 氫 與 8克 氧 點 火 燃 燒 可 得 4.5克 水 及 未 反 應 的 氧 4克 ; (2)26.5克 氧 化 銅 用 1克 氫 還 原 得 21.17克 銅 、 6克 水 及 未 反 應 的 氫 0.33克 。 由 上 列 二 項 實 驗 結 果 , 可 表 示 哪 些 定 律 成 立 ? ( 多 選 )

(A) 定 比 (B) 質 量 守 恆

(C) 倍 比 (D) 氣 體 反 應 體 積

(E) 亞 佛 加 厥 定 律

【 範 例 7】 分 析 某 純 化 合 物 26.00克 , 含 有 元 素 A: 5.00克 、 元 素 B: 6.40克 、 元 素 C : 14.60克 。 今 取 3. 00克 之 A、 3.20克 之 B與 9.00 克 之 C , 所 製 得 之 此 化 合 物 重 量 應 為 ?

(A) 13.00克 (B) 15.2 0克

(C) 16.0 0克 (D) 26.0 0克

【 範 例 8】化 合 物 A由 40% X和 60% Y組 成 ; 化 合 物 B由 25% X和 75% Y組 成 。 按 照 倍 比 定 律 , 組 成 元 素 Y在 化 合 物 A和 B中 重 量 比 是 ?

(A) 4: 5 (B) 2: 3

(C) 1: 2 (D) 2: 1

(9)

四 、 道 耳 頓 原 子 說

1. 原 子 說 : 道 耳 頓 於 1 803 年 根 據 質 量 守 恆 定 律 、 定 比 定 律 和 元 素 與 化 合 物 的 觀 念 而 提 出 此 學 說 的 構 想 , 並 於 1808年 公 布 , 內 容 如 下 :

(1) 一 切 的 物 質 , 都 是 由 原 子 組 成 , 原 子 是 最 基 本 的 粒 子 , 無 法 再 分 割 。 (2) 相 同 元 素 的 原 子 , 具 有 相 同 的 質 量 與 性 質 , 不 同 元 素 的 原 子 , 其 質 量 和

性 質 不 同 。

(3) 不 同 元 素 的 原 子 能 以 簡 單 整 數 比 結 合 成 化 合 物 。

(4) 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 。 2. 今 日 發 現 道 耳 頓 的 原 子 說 與 有 些 實 驗 結 果 不 符 , 需 要 加 以 修 正 :

(1) 原 子 不 是 不 可 以 分 割 , 原 子 是 由 更 微 小 之 電 子 、 質 子 、 中 子 所 組 成 。 (2) 同 種 元 素 之 原 子 並 不 一 定 質 量 都 相 同 。 自 然 界 元 素 大 都 有 同 位 素 存 在 ,

同 位 素 ((2352359292UU、2382389292U)U)是 同 種 元 素 但 不 同 質 量 之 原 子 。

(3) 雖 然 在 化 學 變 化 中 , 原 子 不 產 生 變 化 ; 但 在 原 子 核 的 反 應 中 , 原 子 仍 會 發 生 變 化 , 一 種 原 子 可 轉 變 成 另 一 種 原 子 。

【 範 例 9】 道 耳 頓 的 原 子 學 說 曾 經 引 起 了 很 大 作 用 。 他 的 學 說 中 , 包 含 有 下 列 三 個 論 點 : ○1 原 子 是 不 能 再 分 的 粒 子 、 ○2 同 種 元 素 的 原 子 的 各 種 性 質 和 質 量 都 相 同 、 ○3 原 子 是 微 小 的 實 心 球 體 。 從 現 代 的 觀 點 看 , 你 以 為 這 三 個 論 點 中 , 不 確 切 的 :

(A) 只 有 ○3 (B) 只 有 ○13

(C) 只 有 ○23 (D) 有 ○123

1-2 .2 分 子 的 概 念 ( 給 呂 薩 克 氣 體 化 合 體 積 定 律 、 亞 佛 加 厥 的 分 子 說 ) 1. 氣 體 化 合 體 積 定 律 ( 體 積 反 應 定 律 ): 1808 年 給 呂 薩 克 提 出 。

內 容 : 氣 體 物 質 相 互 反 應 時 , 或 生 成 物 有 氣 體 時 , 反 應 物 或 生 成 物 中 的 氣 體 體 積 , 在 同 溫 同 壓 時 恆 成 簡 單 整 數 比 。

例 如 : 同 溫 同 壓 下 , 20m L氫 氣 與 20mL氯 氣 反 應 後 , 生 成 40mL氯 化 氫 。 (1) 此 反 應 體 積 比 , 即 為 莫 耳 數 比 或 方 程 式 係 數 比 HH2(g)2(g)+ Cl+ Cl2(g)2(g) ! 2 HCl! 2 HCl(g)(g)。 (2) 用 原 子 說 無 法 說 明 氣 體 體 積 反 應 定 律 。

2. 亞 佛 加 厥 的 分 子 說:為 解 釋 氣 體 反 應 定 律,亞 佛 加 厥 於 1 811 年 提 出 分 子 說 , 且 認 為 分 子 是 保 有 物 質 特 性 的 最 小 單 位 。

內 容 : 同 溫 同 壓 下 , 同 體 積 的 氣 體 含 有 等 數 目 的 分 子 。 (1) 分 子 可 由 同 種 (H2)或 異 種 (C O2)原 子 構 成 。

(2) 同 溫 同 壓 下 , 氣 體 體 積 比 = 分 子 數 比 = 氣 體 莫 耳 數 比 。

(10)

【 範 例 10】 下 列 關 於 分 子 與 原 子 的 敘 述 , 那 些 錯 誤 ? ( 多 選 )

(A) 分 子 由 原 子 組 成 , 而 分 子 中 所 含 原 子 種 類 數 目 不 同 時 , 分 子 性 質 不 同 (B) 兩 種 元 素 的 原 子 只 能 形 成 一 種 化 合 物

(C) 分 子 仍 然 保 留 原 物 質 之 性 質 , 故 可 單 獨 存 在 (D) 分 子 分 割 成 的 原 子 , 其 性 質 與 原 來 分 子 完 全 不 同

(E) 若 原 子 種 類 , 數 目 相 同 的 原 子 組 成 的 兩 分 子 , 若 其 排 列 方 式 不 同 , 分 子 性 質 仍 然 相 同

【 範 例 11】 1000m L的 O2通 過 臭 氧 發 生 器 後 , 恢 復 原 狀 況 , 體 積 變 為 900m L, 則 下 列 何 者 正 確 ? ( 多 選 )

(A) 反 應 式 3 O3 O2(g)2(g) Ð 2 OÐ 2 O3(g)3(g) (B) 生 成 O3 2 00m L (C) 消 耗 O2 300m L (D) 生 成 O3 3 00m L (E) 消 耗 O2 2 00m L

【 範 例 12】 A2、 B2為 雙 原 子 分 子 , 兩 者 化 合 成 一 種 氣 體 , 同 溫 同 壓 下 , 反 應 後 所 生 氣 體 的 體 積 為 反 應 前 所 用 兩 氣 體 體 積 和 的 一 半 x Ax A2(g)2(g)+ y B+ y B2(g)2(g) ! z A! z AmmBBn(g)n(g), 但 x < yx < y,

則 :( 多 選 )

(A) m > nm > n (B)

m + n = 4 m + n = 4

(C)

m

n = 3 m

n = 3

(D)

mn = 3 mn = 3

(E)

m = 1 m = 1

(11)

練 習 題 :

1. 下 列 定 比 定 律 的 敘 述 , 何 者 錯 誤 ? (A) 化 合 物 中 各 元 素 重 量 百 分 率 為 定 值 (B) 化 合 物 中 各 元 素 之 質 量 比 為 定 值

(C) 化 合 物 之 重 量 組 成 與 該 化 合 物 的 來 源 無 關 (D) 化 合 物 各 元 素 之 質 量 成 一 簡 單 整 數 比

2. 已 知 兩 純 質( Ⅰ 和 Ⅱ )含 元 素 A與 B。2.2 5 克 Ⅰ 含 有 0. 900 克 B;Ⅱ 之 組 成 為 40. 0%

B及 60 .0% A( 重 量 百 分 率 )。 則 此 資 料 : (A) 說 明 倍 比 定 律

(B) 證 明 Ⅰ 或 Ⅱ 為 元 素 (C) 說 明 定 比 定 律

(D) 證 明 Ⅰ 或 Ⅱ 為 混 合 物

(E) 說 明 Ⅰ 、 Ⅱ 之 化 學 式 依 次 為 AB、 AB3

3. 在 2 Cu + O2 Cu + O22 ¡¡! 2 CuO¡¡! 2 CuO的 反 應 中 , 按 照 質 量 守 恆 定 律 , 下 列 各 組 數 值 中 正 確 的¢¢ 是 ? ( 原 子 量 : Cu=64、 O=16)

(A) Cu = 2Cu = 2克 , OO22 = 3= 3克 , CuO = 5CuO = 5克 (B) Cu = 3Cu = 3克 , OO22 = 2= 2克 , CuO = 5CuO = 5克 (C) Cu = 4Cu = 4克 , OO22 = 1= 1克 , CuO = 5CuO = 5克 (D) Cu = 1Cu = 1克 , OO22 = 4= 4克 , CuO = 5CuO = 5克

4. 設 M、X二 元 素 形 成 兩 種 化 合 物 M2X2與 MX4中,元 素 X的 重 量 百 分 率 分 別 為 m%

及 n%, 則 m、 n的 關 係 何 者 正 確 ?

(A)

m = 4n m = 4n

(B)

m = n

m = n 4 4

(C) m = 400n 100 + 3n m = 400n

100 + 3n (D) m = 100n

400 ¡ 3n m = 100n

400 ¡ 3n

5. 元 素 A、 B形 成 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 三 種 化 合 物 , 若 2.2克 的 Ⅰ 、 3. 0 克 的 Ⅱ 、 5 .4 克 的 Ⅲ 中 皆 含 有 1.4克 A, 則 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 化 學 式 , 依 次 可 能 為 下 列 何 組 :

(A) A2B、 AB、 A2B2 (B) A2B、 AB、 A2B5

(C) AB、 A2B3、 AB2 (D) AB、 AB2、 A2B5

6. 若 干 克 的 Cu2(OH)2C O3( 式 量 221) 才 含 有 100克 的 銅 ? (Cu=63.5)

(A) 358 (B) 174

(C) 130 (D) 57.5

7. 已 知 化 合 物 A2B的 重 量 百 分 組 成 為 60% A與 40% B, 則 化 合 物 AB2的 重 量 百 分 組 成 , 與 下 列 何 組 重 量 百 分 組 成 最 接 近 ? ( 88日 大 )

(A) 27%A與 73%B (B) 33%A與 67%B

(C) 40%A與 60%B (D) 50%A與 50%B

(12)

8. 下 列 方 程 式 2 CO2 CO(g)(g) + O+ O2(g)2(g)! 2 CO! 2 CO2(g)2(g)可 得 資 料 是 :

(1) 2個 一 氧 化 碳 分 子 可 與 1 個 氧 分 子 生 成 2個 二 氧 化 碳 分 子 (2 ) 20 g的 一 氧 化 碳 與 1 0 g的 氧 作 用 生 成 30g的 二 氧 化 碳 (3 ) 20 L的 一 氧 化 碳 與 1 0 L的 氧 作 用 生 成 20 L的 二 氧 化 碳 (A) 只 有 (1 )和 (2)

(B) 只 有 (1 )和 (3) (C) 只 有 (2 )和 (3) (D) (1)、 (2 )和 (3)

9. 在 同 溫 同 壓 之 下 列 氣 體 反 應 , 何 項 敘 述 錯 誤 ? (A) HH2(g)2(g)+ Cl+ Cl2(g)2(g)! 2 HCl! 2 HCl(g)(g)體 積 比 為 1: 1: 2

(B) 3 H3 H2(g)2(g)+ N+ N2(g)2(g) ! 2 NH! 2 NH3(g)3(g)體 積 比 為 3: 1: 2 (C) 2 H2 H2(g)2(g)+ O+ O2(g)2(g)! 2 H! 2 H22OO(l)(l)體 積 比 為 2: 1: 2

(D) 2 CO2 CO2(g)2(g)+ 2 C+ 2 C(s)(s)! 4 CO! 4 CO(g)(g)反 應 前 後 之 體 積 比 為 2: 4

10. 常 溫 、 常 壓 下 , 下 列 何 組 物 質 同 體 積 含 有 相 同 的 分 子 數 ? (A) Ne、 Cu

(B) O2、 Ne (C) O2、 Fe (D) CH4、 H2O

11. 同 溫 同 壓 下 , 氮 與 氧 完 全 反 應 後 而 皆 無 剩 下 , 生 成 下 列 氣 體 時 , 何 者 之 體 積 減 少 率 為 1

3 1 3? (A) NO

(B) NO2 (C) N2O4 (D) N2O5

12. 當 反 應 前 後 溫 度 和 壓 力 相 同 時 , 氫 氣 和 氧 氣 化 合 生 成 水 蒸 氣 , 則 混 合 氣 體 減 少 的 體 積 等 於 :

(A) 消 耗 的 氫 氣 的 體 積 (B) 消 耗 的 氧 氣 的 體 積

(C) 消 耗 的 氫 氣 和 氧 氣 的 體 積 之 和 (D) 無 法 比 較

13. 某 元 素 A 可 形 成 兩 種 溴 化 物 ABrABr 與

ABr ABr

, 其 中 A的 重 量 組 成 分 別 為 X%X% 及 Y %Y%。

(13)

14. 取 5. 72 克 的 某 紅 色 金 屬 氧 化 物 A, 在 氧 氣 中 加 熱 ,使 之 完 全 變 成 黑 色 的 金 屬 氧 化 物 B, 此 氧 化 物 B共 重 6.36克 。 當 此 B物 4.77克 在 氫 氣 中 加 熱 , 完 全 反 應 時 , 可 得 3.81克 的 金 屬 M。 則 A、 B的 化 學 式 可 能 依 次 為 ?

(A) M2O、 M4O (B) MO3、 M2O (C) M2O3、 MO (D) M2O、 M O

15. 1802 年 道 耳 頓 提 出 原 子 學 說 , 以 現 在 的 化 學 知 識 來 看 , 下 列 何 者 不 正 確 須 加 以 修 正 ? ( 多 選 )

(A) 原 子 是 基 本 粒 子 , 不 可 分 割 (B) 一 切 物 質 都 是 由 原 子 組 成 (C) 不 同 元 素 的 原 子 性 質 不 同

(D) 相 同 元 素 的 原 子 , 具 有 相 同 的 質 量 及 性 質

(E) 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

16. 有 甲 、 乙 、 丙 三 種 氣 體 , 均 含 A、 B兩 種 成 分 元 素 的 化 合 物 , 其 分 子 組 成 依 次 為 A2B、AxBy及 AmBn,已 知 同 狀 況 下 2體 積 的 甲 與 1體 積 的 乙 作 用 生 成 2體 積 的 丙 , 則 依 據 亞 佛 加 厥 定 律 及 原 子 說 預 測 , 下 列 哪 些 為 正 確 的 說 明 ? ( 多 選 ) (A) 乙 的 最 小 分 子 可 能 是 AB

(B) 乙 的 最 小 分 子 可 能 是 AB2 (C) 乙 的 最 小 分 子 可 能 是 A2B2 (D) 丙 的 最 小 分 子 可 能 是 A3B2 (E) 丙 的 最 小 分 子 可 能 是 A2B3

17. 900m L的 O2通 過 臭 氧 (O3)發 生 器 後 變 為 同 狀 況 之 氣 體 體 積 888m L,則 下 列 敘 述 那 些 正 確 ? ( 多 選 )

(A) 3 O3 O2(g)2(g) Ð 2 OÐ 2 O3(g)3(g) (B) 生 成 臭 氧 24mL

(C) 消 耗 氧 36mL (D) 消 耗 氧 24mL

(E) 生 成 臭 氧 36 m L

Ans

1.D 2.C 3.C 4.D 5.B 6.B 7.A 8.B 9.C 10.B 11.B 12.B 13. D 14. D

15.AD 16.C D 17.ABC

(14)

1-2.3 原 子 量 與 分 子 量 一 、 原 子 量

1. 1961年,國 際 純 化 學 暨 應 用 化 學 聯 合 會( 簡 寫 為 IUPAC)規 定,以1212C = 12:0000C = 12:0000 為 原 子 量 比 較 的 標 準 。

2. 其 他 原 子 的 原 子 量 可 由 該 原 子 與1 2C的 相 對 質 量 比 求 得 。

3. 平 均 原 子 量 : 元 素 在 自 然 界 中 均 有 同 位 素 , 可 依 其 個 別 含 量 計 算 出 平 均 原 子 量 。

某 元 素 X之 平 均 原 子 量 (M) = M(M) = M11 ¢¢xx11+ M+ M22¢¢xx22+ M+ M33¢¢xx33+ ¢ ¢ ¢+ ¢ ¢ ¢ (1) M1、 M2、 M3、 … 為 各 同 位 素 之 原 子 量 。

(2) x1、 x2、 x3、 … 為 各 同 位 素 在 自 然 界 中 的 含 量 百 分 比 。 4. 原 子 質 量 單 位 :

(1) amu: 1 個 原 子 的 質 量 以 am u為 單 位 。

(2) 1個1 2C的 原 子 質 量 = 12am u, 即 1amu= 一 個1 2C原 子 質 量 的 1 12

1

12倍 。 1 amu = 12

6:02 £ 1023 £ 1

12 = 1

6:02 £ 1023 = 1:66054 £ 10¡24 1 amu = 12

6:02 £ 1023 £ 1

12 = 1

6:02 £ 1023 = 1:66054 £ 10¡24

(3) 為 了 紀 念 道 耳 頓,原 子 質 量 單 位 名 稱 又 稱 為 道 耳 頓( dalt on,簡 寫 為 Da)。

二 、 分 子 量

1. 定 義 : 分 子 的 相 對 質 量 稱 為 分 子 量 。 2. 求 法 : 構 成 分 子 的 原 子 之 原 子 量 的 總 和 。 三 、 莫 耳 與 亞 佛 加 厥 數

1. IUPAC定 義 1 2克 的1 2C所 含 的 原 子 個 數 為 1莫 耳 (mol)(mol)。

微 觀 計 量 單 位 ( 個 ) 巨 觀 計 量 單 位 ( 莫 耳 ) 1個1 2C原 子 的 質 量 為 12 am u 1莫 耳1 2C原 子 的 質 量 為 12克 1個1H原 子 的 質 量 為 1.0078amu 1莫 耳1H原 子 的 質 量 為 1.0078克 1個1 6O原 子 的 質 量 為 15 .9949amu 1莫 耳1 6O原 子 的 質 量 為 15.9949克 1個1H3 5Cl原 子 的 質 量 為 35.9766a mu 1莫 耳1H3 5Cl原 子 的 質 量 為 35.9766 克 2. 亞 佛 加 厥 數 : 1 2克1 2C原 子 所 擁 有 的 粒 子 數 為 6.02×102 3個 , 此 一 數 目 稱 為 亞

佛 加 厥 數 ( 記 為 NNAA)。

3. 莫 耳 : 與 亞 佛 加 厥 數 同 數 目 的 粒 子 數 , 稱 為 1 莫 耳 。

粒 子 數 質 量 氣 體 體 積 (L)

(15)

子 的 原 子 量 總 和 為 M (amu)M (amu), 則 其 莫 耳 質 量 為 M (g/mol)M (g/mol)。

¥M (g/mol)

¥M (g/mol)

£M (g/mol)

£M (g/mol)

£NA

(6:02 £ 10

23

)

£NA

(6:02 £ 10

23

)

¥NA

(6:02 £ 10

23

)

¥NA

(6:02 £ 10

23

)

【 範 例 13】 有 m克 的 鎂 片 在 氧 中 完 全 燃 燒 生 成 n克 的 氧 化 鎂 , 則 鎂 的 原 子 量 為 ? (A) 8m

n ¡ m 8m

n ¡ m (B) 16m

n ¡ m 16m n ¡ m (C) 24m

n ¡ m 24m

n ¡ m (D) 32m

n ¡ m 32m n ¡ m

【 範 例 14】 某 一 金 屬 M 形 成 兩 種 不 同 氯 化 物 MClMClxx

MCl MCl

yy, 各 含 85.2% 及 65.8% 之 M, 則 (1)此 兩 種 氯 化 物 之 最 簡 化 學 式 分 別 為 何 ? (2)M 之 原 子 量 為 若 干 ?

【 範 例 15】 下 列 四 種 物 質 , 何 者 的 質 量 最 大 ?

(A) 2:5 £ 102:5£ 101616個 鎂 原 子 (B) 0.1莫 耳 的 硫 酸 (C) 2克 原 子 的 鋁 (D) 0.5 莫 耳 的 氮 原 子

(16)

【 範 例 16】 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 :

化 合 物 重 量 (克 ) 含 X的 重 量 百 分 比 (%)

甲 6 0 80

乙 4 4 82

丙 4 4 27

丁 3 0 80

戊 1 6 75

基 於 原 子 學 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 ? ( 91指 考 )( 多 選 )

(A) 3 (B) 6 (C) 8

(D) 12 (E) 16

練 習 題 :

1. 已 知 自 然 界 中 , 銀 有107107

Ag Ag

109109AgAg兩 種 同 位 素 , 銀 原 子 的 平 均 原 子 量 為 107.8,

則 此 兩 種 同 位 素 在 自 然 界 中 的 存 量 比

( (

107107

Ag Ag

109109Ag)Ag)為 何 ?

(A) 1: 4 (B) 3: 2

(C) 4: 1 (D) 5: 3

2. 超 導 體 為 具 有 零 電 阻 及 反 磁 性 的 物 質,以 YY22OO33、BaCOBaCO33及CuOCuO為 原 料,經 研 磨 燒 結 可 合 成 一 高 溫 超 導 物 質 YBaYBa22CuCu33OOxx。 現 欲 合 成 0.5莫 耳 此 高 溫 超 導 物 , 依 化 學 劑 量 比 例 , 需 取 YY22OO33、BaCOBaCO33及CuOCuO的 莫 耳 數 分 別 為 :( 89日大)

(A) 0.50 、 0 .50 、 0 .50 (B) 0.25 、 1.00 、 1.50

(17)

4. 將 碳 酸 鈉 晶 體 0 .57 2克 加 熱 除 去 結 晶 水,可 得 到 0.2 12 克 的 無 水 碳 酸 鈉 粉 末,碳 酸 鈉 晶 體 的 化 學 式 為 NaNa22COCO33¢¢x Hx H22OO, 則 x為 下 列 何 值 ? (Na = 23)(Na = 23)

(A) 2 (B) 3

(C) 8 (D) 10

(E) 12

5. 已 知

3 A + 2 B ! 2 C 3 A + 2 B ! 2 C

A A

、 BB、 CC表 不 同 分 子 。 若

A A

、 CC分 子 量 分 別 為 24及 72, 則 BB 的 分 子 量 為 ?

(A) 12 (B) 36

(C) 40 (D) 48

6. 下 列 何 者 所 含 的 原 子 數 最 多 ? (Cu = 64(Cu = 64,

Ag = 108 Ag = 108

, Ca = 40)Ca = 40) (A) 1010¡23¡23molmol的 CuCu (B)

108 amu 108 amu

Ag Ag

(C) 6:4 £ 106:4 £ 10¡22¡22gg的 CuCu (D) 4:0 £ 104:0 £ 10¡20¡20gg的 CaCa

7. 已 知 某 化 合 物

AB AB

,純 晶 體 中,A的 重 量 百 分 率 為 40%。若 A有 同 位 素2020AA( 占 70%)

2222AA( 占 30%); B有 同 位 素3030BB及3232BB, 則3030BB占 多 少 百 分 率 ?

(A) 40% (B) 50%

(C) 55% (D) 60%

8. 今 有 兩 種 不 同 元 素 X及 Y, 化 合 為 兩 個 含 此 兩 種 元 素 的 化 合 物 。 第 一 個 化 合 物 是 由 9.34克 X和 2.00克 的 Y化 合 而 成 ; 而 第 二 個 化 合 物 是 由 4.67克 X和 3.00克 的 Y化 合 而 成 。 如 果 第 一 個 化 合 物 的 分 子 式 是 XYXY, 那 麼 第 二 個 化 合 物 的 分 子 式 為 下 列 何 者 ?

(A) XX22YY (B) XYXY22

(C)

X X

33

Y Y

(D)

XY XY

33

9. 將 一 密 閉 的 化 學 反 應 裝 置 在 天 平 秤 量 ,如 下 圖 。當 在 CuSOCuSO44溶 液 中 注 入 氫 氧 化 鈉 溶 液 之 後 , 下 列 哪 些 敘 述 是 正 確 的 ? ( 多 選 )

(A) 會 有 沉 澱 產 生 , 質 量 增 加 (B) 沉 澱 物 為 Cu(OH)Cu(OH)22

(C) 有 氣 體 產 生 , 質 量 減 少

(D) 此 實 驗 可 用 以 說 明 質 量 守 恆 定 律

(E) 本 反 應 的 平 衡 反 應 式 為 2 CuSO2 CuSO44+ 2 NaOH ! 2 Cu(OH)+ 2 NaOH ! 2 Cu(OH)22+ SO+ SO33+ Na+ Na22SOSO44+ H+ H22OO

(18)

10. 下 列 各 項 敘 述 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A)

1 amu 1 amu

1212CC一 原 子 質 量 的 1

12 1 12 (B)

1 amu 1 amu

1616OO一 原 子 質 量 的 1

16 1 16

(C) 若 N的 原 子 量 為 14, 則 10 0個 氮 原 子 為

1400 amu 1400 amu

(D) 1克 等 於 6:02 £ 106:02 £ 102323amuamu

(E)

1 amu 1 amu

為 CC一 原 子 量 的 1 12

1 12

11. 自 然 界 碳 有 三 種 同 位 素,其 中1414CC 的 含 量 極 微,1212CC 約 占 98.9%、1313CC 約 占 1.1 % 。 下 列 敘 述 何 者 正 確 ?

(A) 碳 的 原 子 量 為 1 2.0 0 0 (B) 碳 的 原 子 量 為 1 2.0 11

(C) 12 g整 的1212CC 約 含 有 原 子 6:02 £ 106:02 £ 102323

(D) 12 g整 的 自 然 界 碳 含 原 子 少 於 6:02 £ 106:02 £ 102323個 (E) 2mol 碳 中 約 含1313CC 原 子 0.022mol

12. 下 列 有 關 9. 8 g硫 酸 (H(H22SOSO44)) 的 敘 述 , 何 者 不 正 確 ? (A) 相 當 0.2m ol 硫 酸

(B) 含 有 0.4m ol 的 氧 原 子 (C) 含 有 0.4m ol 的 氫 原 子 (D) 含 有 氫 元 素 0.2 g

(E) 含 有 2:4 £ 102:4 £ 102323 個 氧 原 子

Ans

1.B 2.B 3.D 4.D 5.B 6.D 7.C 8.D 9.BD 10.AC D 11.BC DE 12.AC

(19)

1-3 溶 液

1-3.1 溶 液 的 組 成

由 兩 種 或 兩 種 以 上 的 純 物 質 混 合 而 成 的 均 勻 混 合 物 , 只 有 一 個 相 , 其 組 成 可 任 意 變 化 , 一 般 含 量 多 者 為 溶 劑 , 含 量 少 者 為 溶 質 。( 溶 液 為 混 合 物 故 其 熔 、 沸 點 不 固 定 )

1. 固 體 或 氣 體 溶 入 液 體 所 形 成 的 液 態 溶 液 , 習 慣 上 以 液 體 為 溶 劑 。 2. 水 溶 液 中 , 不 論 水 量 的 多 寡 , 均 稱 水 為 溶 劑 。

1-3.2 溶 液 濃 度 表 示 法

定 量 溶 劑 中 所 含 溶 質 的 量 , 稱 為 濃 度 。 1. 重 量 百 分 濃 度

(1) 是 10 0 克 溶 液 中 所 含 溶 質 的 克 數 , 沒 有 單 位 , 以 %表 示 。

重 量 百 分 率 濃 度 (%)

= × 100% = × 100%

+

溶 質 克 數 溶 質 克 數

溶 液 克 數 溶 質 克 數 溶 劑 克 數

(2) P(%) 1

1 2

= w 100%

w w × +

其 中 w1為 溶 質 的 質 量 (g), w2為 溶 劑 的 質 量 (g)

(3) 溶 質 質 量 = 溶 液 質 量£P %£P %= 〔 溶 液 比 重 (d)£(d)£溶 液 體 積 (mL)〕£P %£P %。

2. 體 積 莫 耳 濃 度

(1) 1 公 升 的 溶 液 中 所 含 溶 質 的 莫 耳 數 , 單 位 為 M 或 mol/ L。 也 稱 為 『 容 積 莫 耳 濃 度 』, 或 簡 稱 『 莫 耳 濃 度 』。

(2) 體積莫耳濃度(CM)

w

(mol) n(mol) w(g) 1000

= = =

(L) V(L) M (g / mol) × V(mL) 溶 質的 莫 耳 數

溶 液 的 體 積

其 中 n為 溶 質 莫 耳 數 ; w為 溶 質 質 量 ; Mw為 溶 質 分 子 量 ; V為 溶 液 體 積 3. 百 萬 分 點 濃 度

(1) 每 106克 溶 液 中 所 含 溶 質 的 克 數,或 每 仟 克 溶 液 中 所 含 溶 質 的 毫 克 數,簡 寫 成 ppm。

(2) ppm

= 溶 質 質 量 × 10

6

溶 液 質 量

(3) 常 用 於 表 示 微 量 物 質 的 濃 度 , 例 如 空 氣 污 染 、 微 量 元 素 的 含 量 , 重 量 百 分 率 濃 度 1% 相 當 於 104ppm 。

(4) 當 計 算 百 萬 分 濃 度 時 , 通 常 是 設 定 稀 薄 水 溶 液 密 度 為 1. 0 0 g/m L, 故 ppm 可 視 為 1 升 溶 液 中 所 含 溶 質 的 毫 克 數 , 即 1ppm= 1.00mg/ L。

4. 溶 液 的 配 製

(1) 配 製 前 後 , 溶 質 的 質 量 或 莫 耳 數 不 變 。 (2) 以 配 製 0 .20 M的 硫 酸 銅 水 溶 液 500m L為 例 :

a. 利 用 天 平 秤 取 25.0克 硫 酸 銅 晶 體 CuSOCuSO44¢ 5H¢ 5H22OO ( 0.10莫 耳 ),小 心 倒 入 容

(20)

量 瓶 中 。( 已 知 CuSOCuSO44¢ 5H¢ 5H22O = 250O = 250)

b. 加 適 量 水 搖 動 使 其 完 全 溶 解 。

c. 再 加 水 至 刻 度 恰 為 5 00m L, 則 該 溶 液 體 積 莫 耳 濃 度

C

M

= 0:10 mol

0:50 L = 0:20 M C

M

= 0:10 mol

0:50 L = 0:20 M

(3) 溶 液 混 合 或 稀 釋 前 後 溶 質 的 質 量 或 莫 耳 數 不 改 變 , 質 量 具 有 加 成 性 , 而 體 積 則 不 一 定 有 加 成 性 。

【 範 例 17】 關 於 微 量 物 質 的 濃 度 , 試 計 算 : (Ar = 40(Ar = 40、 Cl = 35:5)Cl = 35:5)

(1 ) 空 氣 中 含 有 0.9 4%( 重 量 百 分 率 ) 氬 氣 (Ar), 其 濃 度 應 為 多 少 ppm ? (2 ) 游 泳 池 中 氯 的 含 量 是 0. 2ppm , 則 池 中 氯 的 體 積 莫 耳 濃 度 是 多 少 M ?

【 範 例 18】用 98%的 濃 硫 酸( 比 重 1.84)溶 液 100mL, 調 製 24.8%的 稀 硫 酸( 比 重 1.18) 溶 液 時 , 應 加 純 水 (1 ) m L, 可 得 稀 硫 酸 溶 液 (2) m L。 濃 硫 酸 與 水 混 合 前 和 混 合 後 的 總 體 績 相 差 (3) m L。

【 範 例 19】市 售 濃 硫 酸 濃 度 為 18.0M、比 重 1.86,欲 稀 釋 成 比 重 1.15、濃 度 為 3.0M 的 硫 酸 水 溶 液 3.0升 , (1)需 取 濃 硫 酸 多 少 mL? (2)需 加 純 水 多 少 m L?

(21)

1-3.3 溶 解 度

定 溫 下,定 量 溶 劑 所 能 溶 解 溶 質 的 最 大 量,稱 為 該 溶 質 對 此 溶 劑 的 溶 解 度 , 而 濃 度 達 溶 解 度 的 溶 液 稱 為 飽 和 溶 液 。

一 、 常 見 的 溶 解 度 表 示 法 :

1. 每 10 0克 溶 劑 中 所 含 溶 質 的 克 數 ( s g=100gg=100g 溶 劑 )。 \ 2. 飽 和 溶 液 之 體 積 莫 耳 濃 度 (M )。

3. 氣 體 溶 解 度 則 常 以 定 溫 定 壓 下 每 毫 升 溶 劑 所 能 溶 解 的 氣 體 毫 升 數 表 示 , 例 如 0℃ 時 , 氯 化 氫 氣 體 在 水 中 的 溶 解 度 為 505 mL = mL505 mL= mL水 。

二 、 在 飽 和 溶 液 中 之 溶 質 的 濃 度 稱 為 該 溫 度 時 該 物 質 之 溶 解 度 。 亦 是 在 一 定 條 件 下 , 定 量 溶 劑 所 溶 解 溶 質 的 最 大 量 。

1. 存 在 於 飽 和 溶 液 中 之 剩 餘 不 溶 解 溶 質 的 之 多 寡 , 不 影 響 溶 解 度 。 2. 未 飽 和 與 過 飽 和 溶 液 :

(1) 未 飽 和 溶 液 : 其 溶 質 濃 度 低 於 飽 和 溶 液 者 , 未 飽 和 溶 液 中 不 能 有 過 剩 的 溶 質 存 在 。 即 一 純 物 質 加 到 未 飽 和 溶 液 內 , 則 該 純 質 隨 即 溶 解 而 溶 液 濃 度 上 升 , 直 至 達 該 溶 液 飽 和 為 止 。

(2) 過 飽 和 溶 液 : 其 溶 質 之 濃 度 較 飽 和 溶 液 中 之 同 種 溶 質 的 濃 度 為 高 , 此 種 溶 液 不 穩 定 , 震 盪 、 搖 動 、 用 玻 璃 棒 攪 拌 、 不 純 物 的 存 在 (如 灰 塵 )或 加 入 一 小 晶 體 (當 作 晶 種 ), 都 會 使 過 量 溶 質 由 其 中 析 出 而 達 飽 和 狀 態 。 其 製 備 方 法 如 下 :

a. 將 一 個 固 體 飽 和 溶 液 的 溫 度 小 心 改 變 至 溶 解 度 較 小 的 溫 度 。 在 降 溫 時 不 攪 動 溶 液 , 且 溶 液 內 部 也 沒 有 固 體 顆 粒 存 在 , 則 多 餘 的 溶 質 往 往 不 易 結 晶 出 來 。

b. 若 天 空 有 過 飽 和 水 蒸 氣 時 , 在 天 空 散 佈 晶 形 與 冰 相 似 的 碘 化 銀 (AgI)(AgI)作 晶 種 及 冷 卻 過 飽 和 水 蒸 氣 的 乾 冰 , 使 過 飽 和 水 蒸 氣 凝 結 成 水 而 下 降 , 此 即 人 造 雨 的 原 理 。

[範 例 20]有 關 飽 和 溶 液 的 敘 述 , 何 者 錯 誤 ? (A) 飽 和 溶 液 中 所 溶 解 的 溶 質 已 達 最 大 量

(B) 飽 和 溶 液 中 , 溶 解 和 結 晶 仍 在 進 行 著 , 是 一 種 動 平 衡 (C) 過 飽 和 溶 液 中 加 入 少 許 晶 體 種 子 , 則 溶 質 全 部 結 晶 析 出 (D) 一 物 質 的 飽 和 溶 液 其 重 量 百 分 率 濃 度 為 定 值

(22)

[範 例 21]KCl溶 解 度 於 20℃ 時 為 34 .4( g/ 100g水 ), 80 ℃ 時 為 5 1 .3( g/10 0 g水 ):

(1) 20℃ 重 量 百 分 濃 度 1 0%的 KCl 水 溶 液 300 克,可 以 再 溶 解 KCl 若 干 克,始 成 飽 和 溶 液 ?

(2) 80℃ 飽 和 KCl 溶 液 10 0克 , 冷 卻 至 20 ℃ , 可 析 出 KCl晶 體 若 干 克 ?

【 範 例 22】 已 知 KBr在 90℃ 、 30℃ 時 , 對 水 的 溶 解 度 依 序 為 100g、 70g/100g水 。 今 取 90℃ 的 KBr飽 和 溶 液 80克 冷 卻 至 30℃ 時 , 可 析 出 KBr若 干 克 ?

【 範 例 23】已 知 無 水 硫 酸 銅 溶 解 度 : 30℃ 時 是 25.0, 60℃ 時 是 40.0( g/100g水 )。

(1) 60℃ 時 , 取 100 克 的

CuSO 5H O

4

2 , 可 加 水 若 干 克 , 始 成 飽 和 溶 液 ? (2) 將 (1)所 配 製 的 飽 和 溶 液 冷 卻 至 30 ℃ , 可 析 出

CuSO 5H O

4

2 若 干 克 ?

( 式 量 :

CuSO

4=160, CuSOCuSO44 ¢ 5 H¢ 5 H22O = 250O = 250)

註 : 溶 質 為 水 合 物 , 溶 解 後 結 晶 水 併 入 溶 劑 一 部 份 , 而 無 水 物 , 才 是 溶 質 重 。

(23)

三 、 影 響 溶 解 度 的 因 素

影 響 溶 解 度 的 主 要 因 素 有 三 : 溶 質 和 溶 劑 的 本 性 , 溫 度 與 壓 力 。

1. 溶 質 和 溶 劑 的 本 性 : 受 『 同 類 互 溶 』 原 則 的 影 響 , 所 謂 同 類 互 溶 是 指 溶 質 與 溶 劑 有 相 似 的 分 子 間 引 力 的 , 彼 此 間 較 易 互 溶 , 反 之 , 則 彼 此 難 溶 。 (1) 非 極 性 化 合 物 易 溶 於 非 極 性 溶 劑 , 例 如 : 四 氯 化 碳 、 油 脂 易 溶 於 苯 、 己

烷 中 , 卻 難 溶 於 水 。

(2) 極 性 、 離 子 化 合 物 易 溶 於 極 性 溶 劑 , 例 如 : 酒 精 、 食 鹽 易 溶 於 水 。 a. 極 性 化 合 物 : 分 子 化 合 物 中 , 正 負 電 荷 分 布 不 均 , 發 生 電 荷 分 離 現 象

之 化 合 物 , 例 如 : 氯 化 氫 、 水 、 甲 醇 、 乙 醇 、 乙 酸 等 。

b. 非 極 性 化 合 物 : 分 子 化 合 物 中 , 電 荷 分 布 均 勻 之 化 合 物 , 例 如 : 氫 、 氮 、 烷 類 等 。

2. 溫 度 :

(1) 溶 質 溶 於 水 中 如 為 吸 熱 反 應 , 則 溫 度 升 高 , 溶 質 的 溶 解 度 增 大 。 (絕 大 多 數 固 體 均 是 )

(2) 溶 質 溶 於 水 中 的 過 程 為 放 熱 者,則 溫 度 升 高,溶 質 的 溶 解 度 減 小。例 如 : Na2SO4、 CaSO4、 Ce2(S O4)3(硫 酸 鈰 )、 NaOH等 。

(3) 氣 體 溶 解 時 均 為 放 熱 , 故 氣 體 溶 解 度 隨 溫 度 上 升 而 減 少 。 例 如 : 工 業 廢 水 溫 度 甚 高 , 直 接 排 到 湖 泊 河 川 , 會 使 水 域 的 溫 度 升 高 , 導 致 水 中 溶 氧 量 下 降 , 使 水 生 動 物 無 法 獲 得 足 夠 氧 氣 而 窒 息 死 亡 , 造 成 熱 污 染 。

3. 壓 力 : 對 固 體 或 液 體 的 溶 解 度 影 響 甚 小( 可 忽 略 ),對 氣 體 的 溶 解 度 影 響 很 大 。

該 氣 體 溶 解 的 質 量

氣 體 的 分 壓

(24)

(1) 亨 利 定 律 : 定 溫 下 , 難 溶 性 氣 體 溶 解 於 定 量 溶 劑 中 的 氣 體 莫 耳 數 ( 或 質 量 ) 與 在 液 面 上 平 衡 存 在 的 該 氣 體 分 壓 成 正 比 。

(2) 此 一 規 則 適 用 於 難 溶 性 氣 體 ( 或 微 溶 性 氣 體 ) 、 稀 薄 溶 液 及 低 壓 下 。 對 於 易 溶 於 水 , 或 溶 於 水 會 與 水 起 反 應 的 氣 體 , 例 如 : 氨 NH3、 氯 化 氫 HCl、

二 氧 化 硫 SO2及 二 氧 化 氮 NO2等 , 不 適 用 亨 利 定 律 。 (3) 亨 利 定 律 的 應 用 :

a. 打 開 汽 水 或 可 樂 瓶 蓋,即 湧 出 大 量 氣 泡,此 乃 因 二 氧 化 碳 的 分 壓 降 低 , 則 二 氧 化 碳 溶 解 度 隨 之 減 小 , 故 多 餘 的 二 氧 化 碳 自 溶 液 中 逸 出 。 b. 深 海 作 業 的 潛 水 夫 , 吸 入 數 個 大 氣 壓 的 空 氣 , 在 高 壓 下 血 液 中 氮 氣 與

氧 氣 的 溶 解 度 數 倍 於 正 常 壓 力 的 溶 解 度 , 若 潛 水 夫 快 速 上 浮 , 因 壓 力 降 低 , 使 氮 氣 溶 解 度 下 降 , 則 血 液 會 產 生 大 量 氮 氣 氣 泡 , 造 成 血 管 堵 塞 , 此 即 為 潛 水 夫 病 。

四 、 再 結 晶

1. 意 義 : 利 用 物 質 溶 解 度 隨 溫 度 變 化 的 差 異 性 , 來 分 離 或 純 化 物 質 。

2. 適 用 對 象 : 兩 物 質 的 溶 解 度 隨 溫 度 變 化 的 差 異 性 甚 大 時 。 如 : KNOKNO33 的 溶 解 度 對 溫 度 變 化 很 大 , 而 NaClNaCl 的 溶 解 度 對 溫 度 變 化 很 小 , 故 可 利 用 再 結 晶 法 分 離 KNOKNO33 與 NaClNaCl 的 混 合 物 。

3. 步 驟:將 混 合 物 溶 於 儘 可 能 少 量 的 熱 水 中 > 趁 熱 過 濾 > 將 濾 液 冷 卻 > 析 出 物 多 為 溶 解 度 隨 溫 度 變 化 較 大 者 。

【 範 例 24】『 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 那 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 得 愈 多 (C) 水 在 低 壓 之 下 , 沸 點 降 低

(D) 該 氣 體 是 二 氧 化 碳 。

(25)

【 範 例 25】 如 下 圖 所 示 為 KNO3和 NaCl在 不 同 溫 度 下 之 溶 解 度 曲 線 圖 , 現 有 一 混 合 物 含 有 KNOKNO33 16 g、 NaClNaCl 4g, 於 80℃ 時 欲 以 再 結 晶 法 分 離 , 求 :

(1 ) 最 理 想 之 水 量 為 若 干 ?

(2 ) 由 80 ℃ 降 至 20 ℃ , 理 論 上 可 得 何 種 沉 澱 若 干 克 ?

練 習 題 :

1. 飽 和 溶 液 的 情 況 是 ?

(A) 已 溶 解 溶 質 與 未 溶 解 溶 質 的 質 量 相 等 (B) 溶 解 和 結 晶 不 再 進 行

(C) 在 當 時 溫 度 下 加 入 固 體 溶 質 , 溶 液 濃 度 不 改 變 (D) 蒸 發 掉 部 分 溶 劑 , 保 持 原 來 溫 度 , 溶 液 濃 度 會 變 大 2. 固 體 溶 解 於 液 體 中 , 決 定 溶 解 度 的 主 要 因 素 為 ?

(A) 溫 度 (B) 攪 拌

(C) 固 體 與 液 體 接 觸 面 積 (D) 壓 力

3. 下 列 哪 一 種 條 件 , 可 以 增 加 氣 體 在 液 體 中 的 溶 解 度 ? ( 假 設 氣 體 與 溶 劑 不 發 生 化 學 反 應 )

(A) 高 溫 高 壓 (B) 低 溫 高 壓

(C) 高 溫 低 壓 (D) 低 溫 低 壓

4. 在 1atm、 20℃ 時 , 純 氧 在 水 中 的 溶 解 度 為 1.4×10− 3莫 耳 /升 , 試 求 在 20℃ 和 1大 氣 壓 時 , 空 氣 與 水 達 成 溶 解 度 平 衡 時 , 氧 的 溶 解 度 為 何 值 ?

(A) 4:5 £ 104:5£ 10¡¡22克 /升 (B) 9:0 £ 109:0£ 10¡¡33克 /升 (C) 1:5 £ 101:5£ 10¡¡33克 /升 (D) 2:8 £ 102:8£ 10¡¡44克 /升

(26)

5. 已 知 80℃ 及 10℃ 時 , 硝 酸 鉀 在 100 克 水 中 的 溶 解 度 分 別 為 110 克 及 20 克 ; 今 在 80℃有 硝 酸 鉀 之 飽 和 溶 液 110 克 , 問 冷 卻 到 10 ℃ 時 , 有 多 少 克 的 硝 酸 鉀 析 出 ? (A) 38克 (B) 47克 (C) 26克 (D) 17克

6. 定 溫 20 ℃ 時 , 某 物 質 的 不 飽 和 水 溶 液 , 其 濃 度 為 10%, 若 向 其 中 加 入 5克 該 物 質 或 將 溶 液 蒸 發 掉 32.60克 水 , 都 可 成 為 飽 和 溶 液 , 則 20℃ 時 此 物 質 的 溶 解 度 是 ( g/100g水 ) ?

(A) 15.3 (B) 16.7

(C) 13.4 (D) 11.1 g/ 100 g水

7. 某 物 質 之 水 溶 液 重 量 百 分 率 濃 度 20% 達 飽 和 溶 液 , 則 此 物 質 在 此 溫 度 對 水 溶 解 度 為 多 少 克 /100克 水 ?

(A) 6.0 (B) 21 (C) 25 (D) 36 g/ 100 g水

8. 在 25℃ , CaClCaCl22在 水 中 之 溶 解 度 為 7.5M, 此 溶 解 度 相 當 於 100g之 純 水 , 可 溶 解 之 CaClCaCl22之 克 數 為 ? ( 該 CaClCaCl22飽 和 溶 液 之 比 重 為 1.40) (CaClCaCl22 = 111= 111)

(A) 123 (B) 190 (C) 146 (D) 182

9. 下 列 為 甲 、 乙 溶 質 在 不 同 溶 劑 (A、 B、 C、 D)中 , 於 不 同 溫 度 之 溶 解 度 , 如 欲 以 再 結 晶 法 提 出 甲,則 應 選 用 何 種 溶 劑 ?( S為 溶 解 度:溶 質 克 數 /100克 溶 劑 , t為 溫 度 : ℃ )

(A)

甲 乙 S

t

(B)

乙 甲 S

t

(C) 甲

乙 S

t

(D)

乙 甲 S

t

10. 將 定 量 之 食 鹽 溶 於 水 中 , 下 列 哪 一 種 操 作 可 增 加 其 溶 解 速 率 , 但 不 影 響 溶 解 度 ? ( 多 選 )

(A) 增 高 溫 度 (B) 先 將 食 鹽 研 磨 成 細 粉 (C) 選取大顆粒食鹽以增加溶解面積 (D) 加 大 液 面 壓 力

(E) 不 斷 攪 拌

11. 關 於 物 質 的 溶 解 度 , 下 列 敘 述 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 鹽 類 在 水 中 的 溶 解 度 均 隨 溫 度 升 高 而 增 加

(27)

12. 80 ℃ 、 1 0℃ 下 KCl 對 100克 水 的 溶 解 度 依 次 為 51 、 3 1克 。 在 8 0℃ 時 取 一 定 量 之 KCl 飽 和 溶 液 , 使 水 蒸 發 一 部 分 , 則 可 析 出 102 克 KCl 。 再 將 此 餘 下 的 飽 和 溶 液 冷 至 10℃ , 則 可 析 出 40g KCl, 則 原 先 KCl飽 和 溶 液 有 若 干 克 ?

13~14題 為 題 組

A、 B兩 種 溶 質 在 水 中 的 溶 解 度 與 溫 度 之 關 係 , 如 下 圖 所 示 , 試 回 答 下 列 問 題 :

13. 取 A與 B之 混 合 物 17 克 加 入 1 00克 水 後 , 加 熱 至 1 00 ℃ , 當 溶 解 達 平 衡 時 , 尚 餘 2克 溶 質 B未 溶 , 試 求 原 混 合 物 中 含 A多 少 克 ?

(A) 5 (B) 6 (C) 7

(D) 8 (E) 9 克

14. 承 上 題,欲 使 溶 液 中 A、B兩 種 溶 質 均 呈 飽 和 狀 態,至 少 應 將 溫 度 降 至 多 少 ℃ ?

(A) 80 (B) 70 (C) 60

(D) 50 (E) 40 ℃

Ans

1.C 2.A 3.B 4.B 5.B 6.A 7.C 8.C 9.D 10.BE 11.CD 12.

原 飽 和 溶 液

604g 13.E 14.B

數據

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參考文獻

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