基礎化學(一) 課本教學ppt 第1章

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(1)
(2)
(3)

• 1-1 物質的分類

• 1-2 原子與分子

• 1-3 原子量與分子量

• 1-4 溶液

(4)

1 - 1 物質的分類

1. 以外觀分類

2. 以組成分類

(5)

以外觀分類

( 純物質與混合物 )

• 可分為固態、液態和氣態三種。

氣態物質則沒有固定的體 積和形狀,通常以 (g) 表 示 固態物質中 粒子緊密排 列,有固定 的體積和形 狀,通常以 (s) 表示 液態物質有固定的體積,沒有 固定的形狀,通常以 (l) 表示

(6)

以組成分類

( 純物質與混合物 )

1.1. 純物質純物質 – 一定的化學組成和性質  (沸點、熔點、密度…等) – 例如:水 • 2.2. 混合物混合物 – 兩種以上的純物質混合 – 性質會因組成物質比例不同 而改變 – 例如:糖水 加熱時間(分) 溫 度 ( ℃ ) 沸點固定 加熱時間(分) 溫 度 ( ℃ ) 沸點不固定 非揮發性溶質之水溶液加熱 時間越長,蒸發的水越多, 濃度越濃,沸點越高。

(7)

1. 純物質(元素與化合物)

O2 H2 化合 化合 分解 分解 (化學方法) (化學方法) 燃燒 燃燒 H2O 化合 化合

元素

元素

(一種原子構成) (一種原子構成)

化合物

化合物

(二種以上原子構成) (二種以上原子構成) 分解 分解 電解 電解 元素為僅含一種原子的純物質,無法以化學方法分解為其他物 質,而化合物可利用電解、加熱等化學方法分解為其他物質。 元素 化合物

(8)

2. 混合物

均勻

均勻

混合物

– 各成分粒子散布均勻 – 任意部分混合比例相同 – 水溶液為均勻混合物

不均勻

不均勻

混合物

– 各成分粒子散布不均勻 – 各部分混合比例不同

泥漿

泥漿

牛奶

牛奶

糖水

糖水

(9)

例題1-1

• 常溫常壓下,有一氣體混合物,經分離得

到氣體A與剩餘氣體B。氣體A的沸點固

定,在空氣中燃燒後,只得到水;氣體B

的沸點不固定,在空氣中燃燒後,得到二

氧化碳和水。試問氣體A、B分別為混合

物或純物質?

A的沸點固定,是純物質,在空氣中燃燒後,只

得到水,A是氫元素,B的沸點不固定,是混合

物。

(10)

練習1

• 蔗糖、牛奶、海水、血液、鐵、氧氣、氯

化鈉等物質中,區分哪些是元素、化合物

、純物質或混合物?

•元素:鐵

氧氣

•化合物:蔗糖

氯化鈉

•純物質:鐵

氧氣

蔗糖

氯化鈉

•混合物:牛奶

海水

血液

(11)

物質的分類

物質的分類

純物質

純物質

混合物

混合物

均勻混合物 均勻混合物 不均勻混合物不均勻混合物

元素

元素

化合物

化合物

物理方式分離 化學方式分離 均勻在同一相

(12)

3、物質的分離

• 純化:將雜質的分離

,使物質的純度變高

的過程。

• 主要是利用各成分物

質的性質差異

性質差異來分離。

(沸點、狀態、溶解

度等)

層析 層析 再結晶 再結晶 萃取 萃取 離心分離離心分離 傾析 傾析 蒸餾 蒸餾 過濾 過濾

純化

純化

(13)

過濾

-用於分離固體和液體

磨好的豆漿,可用紗布或 濾網把豆漿與豆渣分離 實驗室用濾紙和漏斗 進行過濾

自來水廠淨化水時,也常使用砂子做 成的濾床除去固體雜質。

(14)

蒸餾

蒸餾

-利用沸點不同而分離

  混合物受熱 時,沸點低的成 分先氣化,而後 使氣體冷卻,形 成液體,因而與 其他物質分離。 加熱裝置為電熱板 可避免突沸 可避免突沸 例如:要如何把墨 水中的色素與水分 離,得到透明無色 的水?

(15)

傾析

傾析

用於分離難溶的固體及液體

離心分離

離心分離

可在短時間內分離混合物中密度不同的各成分。 水(液體) 水(液體) 碳酸鈣(固體) 碳酸鈣(固體) 離心管必須對稱放置於離心機內,關上蓋子後再啟動離心機,使離心 管快速旋轉。

(16)

萃取

萃取

– 利用物質在兩種互不相溶的溶劑中

(17)

再結晶

再結晶

– 利用物質的溶解度對溫度變化的差異而分離

層析

層析

– 濾紙色層分析法

(18)

趣味實驗-濾紙層析

(19)

趣味實驗-濾紙層析

(20)

例 1-2

有一含食鹽、鐵屑及細砂的混合物,可以用

什麼方法將這三種物質分離?

食鹽、鐵屑及細砂

食鹽、鐵屑及細砂

磁鐵 磁鐵

鐵屑

鐵屑

食鹽、細砂

食鹽、細砂

加水,再以傾析或過濾 加水,再以傾析或過濾

細砂

細砂

食鹽水

食鹽水

蒸乾 蒸乾

食鹽

食鹽

回 目 次

(21)

1 - 2 原子與分子

1. 質量守衡定律

2. 定比定律

3. 倍比定律與原子說

4. 分子

(22)

原子的早期概念

• 希臘哲學家德謨克利特 - 不可再分割的粒子

註 註 :: 僅哲學思維僅哲學思維 ,, 但事實上並無驗但事實上並無驗 證 證

(23)

• 物質發生化學變化時,反應前後的總質量相等

密閉系統 密閉系統 開放系統 開放系統 Hg Hg 空氣 空氣 Hg Hg HgO HgO

2Hg

(s)

+ O

2(g)

→ 2HgO

(s) 反應後 反應前 反應後 反應前

質量守恆定律

(24)

定比定律

• 定比定律:同一化合物中各組成元素間的質量

恆成固定的比例。

(25)

電解水

電解水

2H

2

+ O

2

→ 2H

2

O

體積比

2 : 1

質量比

2x2 : 1x32 = 1 : 8

HH22OO H H 重 重 O O 重重 = 1x2 : 1x16 = 1x2 : 1x16 = 1 : 8 = 1 : 8

(26)

倍比定律

兩元素生成兩種或兩種以上化合物時,若

兩元素生成兩種或兩種以上化合物時,若

一種元素的質量固定,另一元素的質量比

一種元素的質量固定,另一元素的質量比

恆為簡單整數比

恆為簡單整數比

例如 1. NO 、 NO2 、 N2O5 , N 的重量固定,  則三化合物氧的質量比=

2:4:5

2:4:5

2. CO 、 CO2 , C 重量固定,  則兩化合物氧的質量比 =

1:2

1:2

(27)

水(

H

2

O )與過氧化氫( H

2

O

2

倍比定律

倍比定律:若氫的質量固定,水與過氧化氫

中氧原子的個數比及質量比恆為

1:2

(28)

學習Q&A

• 某化合物X之化學式為 A2B3,且 9.0 克之 A2B3中含有 3 克 的 B 元素。另一僅含 AB 兩種元素之化合物兩種元素之化 合物 Y 中, B 之重量百分率為 25% ,則 Y 之最簡單化學 式可表示為?

A

B

A

2

B

3

9-3=6 克 3 克

A

m

B

n

75%

25%

令 Y 的化學式為

A

A

mm

B

B

nn

A

B

A

2

B

3

2 : 1

A

m

B

nn

3 : 1

A

m

B

33 B 重量相同時, A 的重量比為 2:m = 2:3 2:m = 2:3 ⇒ m = 3⇒ m = 3 , Y Y 的化學式為 A的化學式為 A33BB33 ⇒ ⇒ 化簡為化簡為 AB AB

(29)

科學家小傳 - 道耳頓

( John Dalton

1766-1844)

• 道耳頓是苦學成名的化學家及物理

學家,出生於英國

• 最初致力於研究氣象學,發表科學

報告「氣象測驗和評論」

• 由於對氣象的興趣,使他對氣體和

水的性質有獨到的見解

• 1801 年,提出著名的「

道耳頓分

壓定律

」 : 總壓為各個氣體分壓和

• 1808 年,提出「

原子說

(30)

原子說-道耳頓

1. 原子原子是組成物質的最小粒子,不可分割。 2. 同種元素的原子,其質量和性質都相同; 不同元素的原子,其質量和性質都不相同。 (定比定律) (定比定律) 3. 當物質發生化學反應,原子會重新排列, 組成另一種物質。原子的質量不變,而且 原子不消失,也不產生新原子。(質量守(質量守 恆定律) 恆定律) 4. 化合物是由不同種類的原子以一定的比例 組成的。(倍比定律)(倍比定律)

解釋

解釋

質量守恆定律

質量守恆定律

定比定律

定比定律

倍比定律

倍比定律

解釋

解釋質量守恆定律

質量守恆定律

、定比定律

定比定律

及倍比定律

倍比定律

John Dalton 1766-1844

(31)

原子說

原子說

-需要修正之處

• 原子並非最小粒子,而是由中子、質子、

中子、質子、

電子

電子

等構成。

• 因有同位素

同位素

存在,所以同一元素原子,質

量未必相同。

• 相同質量的原子未必為同一元素。

核反應

核反應

及放射性蛻變現象的產生,可分裂

或融合成新的原子。

(32)

例 1-3

已知有兩個化合物均為碳元素與氧元素結合而成,      化合物甲中每化合物甲 1 克碳會與 2.66 克氧結合,      化合物乙中每化合物乙 1 克碳會與 1.33 克氧結合, 試依道耳頓的原子說解釋其中的意義?

化合

化合

物甲

物甲

質量比

原子數比

化合

化合

物乙

物乙

質量比

原子數比

符合倍比定律

倍比定律

66 . 2  C O 33 . 1  C O 1 2  C O 1 1  C O

(33)

練習

2

• 已知 1 克氫氣完全燃燒時,需要 8 克的氧氣助

燃,可得到

9 克的水。根據定比定律,若 2 克

氫氣完全燃燒,需要多少克氧氣助燃?可得到

多少克的水?

1:8:9=2:x:y

x=16, y=18

所以需要氧氣

16

克 , 得到水 18 公

(34)

練習

3

• 下列何組物質可用來說明道耳頓的

倍比定

倍比定

? (A) O

2

、 O

3

(B)

12

C

13

C (C) N

2

O

、 NO (D) CO 、 NO

1.

1.

同素異形體

同素異形體

O

2

、 O

3

2.

2.

同位素

同位素

12

C

13

C

3.

3.

倍比定律

倍比定律

N

2

O

、 NO

4. CO

、 NO 同為氧化物

(35)

分子

由單一個或兩個

或多個原子組成

C60 水 H2O 氧氣 O2 氮氣 N2 葡萄糖 C6H12O6 回 目 次

(36)

1 - 3  原子量與分子量

1. 原子量

2. 分子量

3. 莫耳

(37)

原子量

各原子的質量相互比較比較所得的數值,來表示原子的質量 ◆原子量 每種元素的原子質量 ,與碳 -12-12 原子質量 的 1/12 做比較所得的 比值。 1] -1 [

12

C

12 式

某元素的原子質量

原子量

(38)

原子序與

元素符號

元素詳盡標示 質子數 ( 原子序 ) 中子數 電子數 質量數

1

0

1

1

2

2

2

4

3

4

3

7

4

5

4

9

5

6

5

11

H

1 1

He

4 2

Li

7 3

Be

9 4

B

11 5

X :元素符號

A

- Z :中子數

(39)

元素 同位素 名稱 質子數 中子數 質量數

1H (H) 1 0 1 2H (D) 1 1 2 3H (T) 1 2 3

12C 碳 -12 6 6 12 13C 碳 -13 6 7 13 14C 碳 -14 6 8 14

同位素 (Isotope)

定義:原子序相同而質量數不同的原子

(40)

平均原子量

平均原子量=

平均原子量=

A

A

11

×a% + A

×a% + A

22

×b% + A

×b% + A

33

×c% +…

×c% +…

– A

1

、 A

2

、 A

3

為各同位素的原子量

– a%

、 b% 、 c% 為各同位素在自然界中含量百分率

例 1-4

已知 C-12 的原子量為 12 , C-13 的原子量為 13.0034 ,而且在自然界中 C-12 的含量占 98.93% , C-13 含量占 1.07% 。碳的平均原子量為若干 ? 碳的平均原子量 = C-12 原子量 × C-12 含量% + C-13 原子量 × C-13 含量% = 12 ×98.93 % +13.0034 ×1.07 % = 11.87+0.139 ≒ 12.01

(41)

分子量(

molecular weight )

• 分子中所有原子的原子量總和

所有原子的原子量總和

就是該分子

的分子量。

例如

例如

二氧化碳(

CO

2

)分子是由兩個氧原子和一個

碳原子組成,由週期表查出碳的原子量為

12.01

,氧的原子量為

16.00 ,因此二氧化碳的分子量

  

12.01

12.01

16.00 × 2

16.00 × 2

44.01 。

44.01

(42)

莫耳

莫耳

莫耳

:任何物質的原

子數目或分子

數目與

12 克的

碳 -12

所含原

子數目相等時

,即為一莫耳

亞佛加厥數

亞佛加厥數

即為

:

6.02×10

6.02×10

2323 1個 H2O

6.02×10

6.02×10

2323

H

H

2 2

O

O

(43)

科學家小傳-亞佛加厥

Amedeo Avogadro

1776 1856 ) •在杜林大學( University of Turin )  教授高級物理多年,研究領域包括電、  比熱和毛細現象,主要工作為發展分子  的概念。 •1811 年,他由給呂薩克的氣體化合體 積  定律得到啟示,而提出著名的「亞佛加「亞佛加  厥假說」  厥假說」,現稱為「亞佛加厥定律」。 •亞佛加厥假說----在同溫、同壓下,等同溫、同壓下,等    體積的氣體含有同數目的分子體積的氣體含有同數目的分子,他並由  此假說進一步推論必有多原子分子氣體  的存在。

(44)

莫耳質量

莫耳質量

:

1 莫耳純物質的質量。

物理學家 物理學家 以氧 -16 原子質量的 1 / 16 定為原 子質量單位,簡寫為 1 amu ,也就 是以氧 -16 原子質量為 16 amu 化學家 化學家 以氧的平均原子 質量為 16 amu 均同意以碳碳 -12-12 原子質 量的 1 / 12 作為原子質量 單位 統一原子質量單位

統一原子質量單位( unified atomic mass unit , uu

或 道耳頓道耳頓( Dalton ,簡寫為 DaDa

1 u = 1 Da = 克 = 1.66 X 10-24 克

如此,一個氧 16 原子的質量就可以表達為 15.9949 u 。

(45)

同為 1 莫耳的物質,其質量與體積各不相同 ( 圖中燒杯質量已扣除 ) 。

數量與重量

粉筆和原子筆的數 目相等,但質量卻 不相等。

(46)

例題

1-5

• 已知葡萄糖的分子式為 C

6

H

12

O

6

,其莫耳質量為

180.16 g

/ mol ,試問 90.08 克的葡萄糖中含多

少莫耳的葡萄糖分子?含多少個葡萄糖分子?共

含多少個原子?

葡萄糖分子莫耳數=

90.08/180.16 = 0.5000 mol

葡萄糖分子個數=

0.5000 mol × 6.02 × 10

23

個/

mol

= 3.01 × 10

23

原子總數目=(

6

+ 12 + 6 ) × 3.01 × 10

23

= 7.22 × 10

24

回 目 次

(47)

1–4 溶液

1. 溶液的組成

2. 溶液的狀態

3. 溶劑的使用

4. 濃度

5. 溶解度

(48)

溶液的組成

溶液是混合物,均勻的混合成一相。 溶液是混合物,均勻的混合成一相。 溶液=溶質+溶劑 溶液=溶質+溶劑 硫酸銅晶體溶解於水中 ( 銅離子 ; 硫酸根 ; 水分子 )

(49)

溶液的狀態

溶液的狀態

溶液的

狀態

例子

溶劑

溶質

氣態

空氣

氮氣

氧氣,

氬氣

液態

糖水

固態

黃銅

汽水中的二氧化 碳為溶質 黃銅製的樂器 ( 薩斯風 )

(50)

溶劑的使用

水是常見的溶劑

非水溶劑:汽油

去漬油

丙酮等

丙酮為非水溶劑,可洗掉 指甲油 醫療用的生理食鹽水是以 水當做溶劑。

(51)

濃度

一定量的溶劑或溶液中所含溶質的量,稱為濃度

一定量的溶劑或溶液中所含溶質的量,稱為濃度

名稱

公式

重量百分率濃度

(%)

體積莫耳濃度 (M)

百萬分濃度 (ppm)

) ( V mole 溶質 C 液 M 升  % 100 溶液重 溶質重 %   L mg (kg) 溶液重 (mg) 溶質重 ppm  

(52)

學習

Q&A

濃度2%的食鹽水100克和濃度7%的食鹽水多少克混合, 可得濃度5%的食鹽水? 設 7% 的食鹽水質量為 m 克     m=150g , 所以需要 7% 的食鹽水 150

%

5

100

%

7

%

2

100

m

m

% 100 (g) (g)   溶液質量 溶質質量 重量百分濃度

(53)

例題1-6

5.34 g 的 AlCl

3

溶於水,配成

100 ml 的水溶

液,

此溶液的體積莫耳濃度為何?

AlCl3 的莫耳質量為 133.5 g/mol M 400 . 0 L / ml 1000 ml 100 mol / g 5 . 133 g 5.34 ) L ( ) mol (    溶液體積 溶質莫耳數 體積莫耳濃度 (L) (mol) (M) 溶液體積 溶質莫耳數 體積莫耳濃度 

(54)

例題1-7

某工業廢水被檢驗出含鎘離子

0.0050% (重量百分

濃度),此廢水中鎘離子的濃度為多少

ppm?

ppm

g

g

50

10

100

0050

.

0

10

)

(

)

(

6 6

溶液重

溶質重

百萬分點濃度

10 (g) (g) (kg) (mg) (ppm)    6 溶液質量 溶質質量 溶液質量 溶質質量 百萬分點濃度

(55)

溶解度

• 溶解度:

 一定溫度下,一定

溶劑所能溶解溶質

的最大值。

)

百克

(

溶劑質量

)

(

溶質質量

溶解度 

• 飽和溶液:

 一定溫度時,濃度

達最大值的溶液。

例如:

25℃ 時, CuSO

4

的溶解度為

g

100

CuSO

g

14

4

(56)
(57)

溫度 

VS  溶解度

固體的溶解度 固體的溶解度(一般固體) 在高溫,溶解度較大 在低溫,溶解度較小 氣體的溶解度 氣體的溶解度 在高溫,溶解度較小 在低溫,溶解度較大

(58)

例題1-8

表 1-1 及圖 1-26 為硝酸鉀溶液的溶解度相關數據及曲線圖, 溫度為 70 ℃ 的某溶液中含硝酸鉀 2121 克和水克和水 100100 克克。 1. 70 ℃ 時,要使該溶液達飽和,應加入多少克的硝酸鉀? 2. 不改變溶液濃度,應將溫度降低到多少℃才會達到飽和溫度 10 20 30 40 50 60 70 溶解度 (g/100g水 ) 21 32 46 64 86 110 138

138-21=117 克

回 目 次

(59)
(60)

數據

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參考文獻

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