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水與密度

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Academic year: 2021

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1-2 水的密度

<想想看>:為什麼會有質量相同體積卻不相同,體積相同質量卻不 相同的物體? 1. 何謂密度? 代表物體的緊密程度即是密度 (a).定義:物質每單位體積所含的物質質量或者物體的質量對體積 的比值 (b).數學式:密度 = 質量 ∕ 體積 或者 D = M ∕ V  M=VD 代號 意義 單位 D 密度 g / cm3 kg / m3 M 質量 g kg V 體積 cm3 m3 <練習>: (1).將一密度為 9.7 g / cm3的金塊切成同體積的兩塊問密度變成多少? (2).若甲物的質量為 75 g 且體積為 30 cm3,則其密度為多少? (3).一量筒裝有 50 cm3的酒精時稱得重量為118g,若改裝 100 cm3的酒 精時稱得重量為158g,則酒精的密度是多少?空量筒的重量又是多少?

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<實驗>:水密度的測量 (1).步驟: 以天平稱得量筒質量 加水至量筒中,每次加 10 毫升(ml),並稱得總質量 繪出總質量(橫座標)對水體積(縱座標)關係圖,如圖一 繪出水的質量(橫座標)對水體積(縱座標)關係圖,如圖二 求出水的密度 圖一 圖二 (2).數據: (量筒質量為 50 g) 水的體積(ml) 10 20 30 40 50 60 總質量(g) 60 70 80 90 100 110 水的質量(g) 水的密度(g / cm3) (3).結論: 水的質量對體積的關係圖為一直線,可知質量和體積成正比 於定溫定壓下,同一物體的密度保持不變,和體積質量無關 2. 水密度的異常現象

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常言道〝物質熱漲冷縮〞即一般的物質,當溫度上升時體積膨脹 則密度變小;溫度下降時體積收縮,則密度變大;而水就是這麼不聽話 水於40C 時密度最大,所以於 40C 時會熱漲冷也漲 降溫(00C) ← 溫度(40C) → 昇溫(1000C) 不變 ← 質量 → 不變 變小 ← 密度 → 變小 膨脹變大 ← 體積 → 變大膨脹 於冬天嚴寒時,湖面上的水溫逐漸降低,當溫度降到 40C 以下,即將結 冰時,溫度較低的水由於密度較小,會浮上表面而由表面開始結冰;溫 度較高的水由於密度大,會沈入底層.即使在寒冷的冬天,底層之水溫 仍可維持在40C 左右,讓水中的生物度過寒冬而繼續生存. <生活小常識>: 為何於夏天游泳前需要作足夠的熱身運動以防抽筋溺水? (和水的密度有關) 在夏天時,由於湖水受陽光照射時,表層的水溫上升使得水密度變小, 無法下沈而浮於水面上,故底部的水溫較表層水溫低,因此游泳時若驟 然跳入水中,容易因溫度變化過大而抽筋,以致無法游動而發生溺水. <Homework>: 體積 73.6 立方公分的水,凝結成密度為 0.92 公克/立方公分的冰時, 問此時冰塊的體積為多少? 將 108 公克的鋁塊(密度為 2.7 公克/立方公分)投入盛滿密度為 0.75 公克/立方公分的汽油內,求溢出的汽油體積和質量?

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空瓶質量 15.2 公克,盛滿水則質量為 75.2 公克,如裝滿水銀時質量共 若干? (水銀的密度為 13.6 公克/立方公分) 有一銅塊,長、寬、高分別是 5、4、2 公分,在天平上稱的質量為 356 公 克,試求銅的密度? <補充教材>: 以排水法求物體體積 有一密度均勻但形狀不規則的石塊,其質量為 100 公克,將其投入 裝有40 毫升水的量筒中,見水面上升至 60 毫升的刻度,則: (1).此石頭的體積為多少立方公分? (2).石頭的密度為多少? 以瓶重法求密度 空瓶質量 12 公克,盛滿水時,總質量為 72 公克,若改盛汽油時, 總質量為60 公克,求汽油的體積及密度? 混合後的密度

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將密度 10.5 公克 / 立方公分的銀 12 立方公分與密度 7.0 公克 / 立方 公分的鋅8 立方公分作成合金,求該合金之密度為多少? 加水稀釋的問題 有體積 200 毫升,密度為 1.2 公克 / 立方公分的食鹽水,加水稀釋 至體積的兩倍時,密度變為若干? 求質量、體積或密度比 甲、乙兩物體,其質量比為 2:3,而體積比為 3:2 則甲乙兩物體的 密度比為多少?

1-3 水溶液

於日常生活中,我們常用水來溶解許多物質,例如糖、食鹽、奶粉等 等而得到一杯杯的混合液,而科學家為了判別這些混合物中的各個 角色(如糖、水、糖水),分別以溶質、溶劑、溶液來命名之。 <定義>:何謂溶質、溶劑、溶液? 溶質:被溶解的物質;例如:糖、食鹽、碘片、二氧化碳等等。 溶劑:用來溶解溶質的物質;例如:水、酒精、四氯化碳等等。 溶液:溶質溶於溶劑中所形成的均勻混合液;例如:糖水、鹽 水、碘酒等等。 即 溶液 = 溶質 + 溶劑 <Note>: 溶質不限於固體,而溶劑、溶液亦不只限於液體。

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溶質可能是固體、液體或氣體;溶劑、溶液也都可能是 固體、液體或氣體。 只要是均勻混合物都可稱為溶液。 溶液可分為液態溶液、氣態溶液、固態溶液等。 溶液是混合物,溶液中仍保有原有特性,例如:糖水中, 仍保有糖的甜味,水的性質。 1. 溶液的種類: (1).依狀態來分: 固態溶液:溶液是固體,例如:合金、K 金(黃金 + 銅) 。 液態溶液:溶液是液體,例如:糖水、咖啡。 氣態溶液:溶液是氣體,例如:空氣、天然氣。 (2).依溶劑的種類來分: 水溶液:以水當溶劑,例如:糖水溶液、食鹽水溶液。 非水溶液:不是以水當溶劑,例如:酒精溶液、碘酒、四氯化碳溶 液。 <Note>:溶液中溶質、溶劑的判斷? 某某水溶液,則溶質是某某;而溶劑是水。 AB 溶液,則溶質是 A;而溶劑是 B。 除了、外量較多者是溶劑;量較少者是溶質。 <練習>:指出下列各溶液中何者是溶質?何者是溶劑?

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硫酸溶液(硫酸的水溶液) 碘酒(碘的酒精溶液) 氯的四氯化碳溶液 <補充>:何謂純物質、混合物? 純物質:具有一定的組成及特性(沸點、熔點、密度等等)。 例如:氧氣、二氧化碳、純水、鐵、鋁等等。 混合物:其特性組成均不一定;由兩種或兩種以上純物質所組 成。 例如:咖啡、空氣、合金、墨水等等。 <課外小常識>:依溶質的顆粒大小來區分溶液種類可分為: 真溶液:溶質溶於水後,因為溶質的顆粒很小,且很均勻的分散 於水中,呈透明狀,這種溶液即稱為真溶液。 例如:食鹽水、糖水、醋、酒等等。 特性:無法用濾紙過濾,不會發生沈澱現象。 膠體溶液:溶質在水中分散不均勻,且顆粒比較大,會擋住部分 光線,所以溶液不很透明,這種溶液即稱為膠體溶液。 例如:豆漿、牛奶、稀膠水、墨水等等。 特性:可用濾紙過濾,會發生沈澱現象,且用光線照射時可看 見光的路徑。 <補充>:物質的分離 對於有雜質之溶液,利用溶解過濾將雜質分離,其注意事項如下: 主要器材:漏斗、濾紙、燒杯、玻璃棒、鐵架、鐵環等等。 裝置:簡單裝置如下圖。

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步驟: <想想看>:日常生活中,曾有泡糖水或食鹽水的經驗,是否曾經注 意到下列各種現象? 定量的水中,加入的糖愈多,糖水就愈甜。 定量的水,並非可無限制的溶解糖,而是有一最大限量。 加熱中的水,可溶解的糖量,好像更多了。 熱水中的糖,溶解的速率好像比較快。 定量的一杯糖水,若繼續加更多的水,則糖水的甜味就變淡了。 所以,一樣多的水,當溶解愈多的糖時,甜度愈甜,則濃度愈大; 若是有顏色溶液,其顏色愈深,則表其濃度愈大。 2.濃度:一定量的溶液中所含溶質質量的多寡程度,即稱之為該溶 液的濃度;換句話說,即溶質在溶液中所佔的比例大小。 種類: 重量百分率(%) = (溶質質量 / 溶液質量) x 100% = (溶質質量 / (溶質質量 + 溶劑質量) ) x 100% <例如>:濃度 5%的鹽水,其意義是:每 100 克的鹽水中,含有 5 克 的鹽。 溶解度:於150C,若食鹽的溶解度為 35 g / 100 g 水,其意義是: 每100 克的水於 150C 時,最多可溶解 35 克的鹽。 特性:

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濃度是溶液的特性,不減少(或不加入)溶質或溶劑時,濃度仍維 持不變。 <例如>:一杯 10%的糖水倒掉一半,剩下糖水的濃度仍為 10%。 溶液加入溶劑後,濃度變小;加入溶質或減少溶劑時,濃度變 大。 同質量的水中,溶解的溶質愈多,該溶液的濃度就愈大。 <例如>:同質量的水中,如果溶解不同量的糖,則溶有較多糖的 那杯溶液,其濃度較大,而溶有較少糖的那杯溶液,其濃度較小。 溶液中加入溶劑,濃度變小,但溶質的質量仍維持不變。 <例如>:一杯糖水加水沖淡後,比較不甜,是因濃度變小了,但 沖淡後溶液中所含糖的質量仍維持不變。 3.飽和溶液: 定義:溫度壓力一定時,一定量溶劑所能溶解之最大溶質量,此 時所形成之溶液,即稱之為飽和溶液。 性質:若在溶液中加入過量的溶質,溶解達到飽和時,即不能再 溶解更多的溶質,則溶液的濃度不再增加,此時過量的溶質形成沈 澱,即使一再攪拌扔無法溶解,溶液仍維持飽和。 <例如>:於 200C 時,100 公克的水最多能溶解食鹽 36 公克,即表 示溶解度為36 克 / 100 克水;若在 100 克的水中加入 40 克的食鹽, 則有4 公克的食鹽無法溶解。 4.未飽和溶液: 定義:溶液中所溶解的溶質未達到最大限度,在加入少量溶質時 仍可溶解,此時的溶液稱為未飽和溶液。 <Note>: 定溫時,定量的水可溶解定量的溶解;若溫度改變,可溶解的量 也改變。 未飽和溶液中加入同一溶質,其濃度逐漸增加,溶液可以逐漸達 到飽和。 飽和溶液中若在加入溶劑,溶液即逐漸變成未飽和,此時的濃度

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會變小,味道會變淡,則稱此現象為稀釋。 5.溶解度的特性: 定義:物質在飽和溶液中的溶解程度。 <例如>:若於 150C 時,食鹽的溶解度為 35 g / 100 g 水,則可知每 100 克的水,於 150C 時,最多可溶解 35 克的鹽。 物質對水的溶解度常隨溫度的升降而改變;一般而言,大部份的 固體對水的溶解度,隨溫度的上升而增加;而大部份的氣體對水的 溶解度,則隨溫度的上升而減少;且氣體溶解度隨著壓力的增加而 增加。 有的溫度愈高,則溶解度愈高 <例如>:硝酸鉀、糖、鹽。 有的溫度愈高,則溶解度愈低 <例如>:硫酸鋰及氣體。 攪拌只可加快溶解的速率,無法增加溶解溶質的量。 將固體磨成粉亦只可加快溶解的速率,無法增加溶解溶質的量。 同一種物質對於不同的溶劑,其溶解度亦不相同。如,蔗糖易溶於 水卻難溶於酒精;碘易溶於酒精卻不易溶於水。 <科學小常識>: 汽水中溶有二氧化碳氣體,當我們喝完汽水後,往往會打嗝,為 什麼? <Ans>:因為人體的溫度比較高,所以喝下汽水後,汽水的溫度 會升高,使的汽水中的二氧化碳溶解度降低,將二氧化碳釋放出來, 而充滿胃部,故常有肚子漲漲的,且有打嗝的現象。 養魚的水中為什麼要不斷的空氣? <Ans>:因為水中的含氧量,隨魚兒的呼吸而減少,同時水中的 壓力比空氣中大,因此把空氣打入水中,使的氧氣之溶解度增加, 並增加水中之溶氧量。 <生活須知>:日常生活中常可發現,如果於塑膠墊板上用油性筆

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劃上兩條線段,分別以脫脂棉花沾水與酒精擦拭;結果發現,酒精 可將其擦拭掉,但水則否。為什麼? <Ans>: 雖然水是很好的溶劑,但並不是所有物質均可溶於水中;此時, 對於水無法溶解的物質可利用非水溶劑來溶解之。如:酒精、丙酮、 去漬油。 非水溶劑的種類與性質各不相同,不同物質的溶解,需依溶質 的特性來選擇不同的溶劑。 <例如>: 衣服沾上了肉湯、油脂、油墨,可以用汽油來清洗。 衣服沾上了油漆,可以香蕉水來清洗。 油墨亦可用松節油來除漬。 <補充教材>: 重量百分率的求法 將 50 公克的食鹽加到含 150 毫升的水中,問此食鹽水溶液的濃度 為多少? 溶解度求濃度 若某物質對水的溶解度為 25 公克 / 100 公克水,問此溶液的濃度為 多少? 混合液濃度I 將食鹽 15 公克溶解於 135 公克的水中,則: (1).此溶液的濃度為多少? (2).取此溶液 50 公克,則其中含食鹽多少公克?含水多少公克?

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混合液濃度II 把 20%的糖水 100 公克與 5%的糖水 300 公克混合後,則此混合液 的濃度為多少? 混合液濃度III 小明欲將濃度 60%的糖水溶液 200 公克沖淡,他用量筒量取 300 毫 升的水加入攪拌均勻後,問稀釋後糖水的濃度為多少?

1-4 水污染

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何謂水污染? 水中若含有人們所生產的廢物,我們就說此水已被污 染了。 水污染的來源及其原因:依其污染來源大致可分三大類 (1).未處理的污水(下水道污水): (a).來源:家庭用水。 (b).原因:來自動、植物所產生的廢物中,有的被細菌分解,成為細 菌的養分,增加細菌的繁殖,減少水中之溶氧量,造成大量的水中 動物的死亡,導致水污染及河川骯髒惡臭之主因。 (2).有毒重金屬與非金屬的水污染(工業廢水): (a).來源:來自工廠排出的廢水和石油的燃燒。 (b).原因: 汞  來自鹼氯工業,可導致水 病。 鉛  來自含鉛汽油及油漆,導致腦神經受損。 鎘  來自電鍍工廠的廢料,可導致痛痛病。 砷  來自煤炭的燃燒,會引起腸胃障礙,甚則致癌(烏腳病)。 (3).清潔劑和肥料的水污染: (a).來源:肥料、洗衣粉與各種清潔劑 (b).原因:若干特性得洗衣粉與清潔劑,在自然界中所生成的泡沫, 不易受細菌分解,而長存於水中,阻礙空氣溶入水中;又有多數之 肥料中含有磷的物質,更助長水中水藻的生長,而消耗水中之氧氣, 使的水中生物因缺養而死亡。 水污染的影響: (1).腐敗的食物與動植物的屍體等,會消耗水中的氧氣,引起細菌 繁殖,造成水質污濁、惡臭。 (2).植物肥料流入河中、湖泊,會使藻類過渡繁殖,改變生態。 (3).清潔劑、農藥和水銀、鉛、鎘等有毒之重金屬污染過的水,會對 環境與人體健康造成嚴重的影響。 <Note>:河川、湖泊中的養分太多時稱為優養化,因為藻類繁殖太 快,在夜間沒有光合作用時,水中的氧氣不足,而使藻類與魚類死 亡,進而腐敗。

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水污染的防治: (1).預防污染物進入水中:為水污染防治的最基本原則,防患未然, 是水污染防治最有效且最經濟的方法。 (2).不要製造污染:工廠廢水排放前需先實施廢水處理,等水質合 乎標準後才可排放;都市應建污水下水道系統,將家庭污水集中處 理後再排放。 (3).民眾應提高環保意識,減少廚餘,不要任意把殘羹、菜餚到入水 槽,購買污染性小的清潔劑,更不要任意將拋棄垃圾及塑膠製品, 則可舉手之勞,作環保。 <補充教材>:熱污染 來自火力發電廠和化學工廠的冷卻用水,這些冷卻用水的溫度較高, 當其流入湖泊或海洋中,將使得水溫局部的升高,導致水中溶氧量 降低。 核能發電廠的第二冷卻系統,即渦輪機蒸汽冷卻器之冷卻水,往往 足以使河水或鄰近海域的水溫升高約一至二度,雖僅升高一至二度, 就可使附近生物的生態環境產生改變;如墾丁核三廠,附近海域所 產生的珊瑚白化的現象即是。

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