第3章　溶　液 3-1　溶液的種類 3-2　溶液的濃度 3-3　溶解度 3-4　影響溶解度的因素 3-5　水溶液中離子的反應

3-1 溶液的種類 ．溶液包含溶質、溶劑 ．以溶劑分類： ．以相態分類： ★水溶液，簡記為(aq) ★乙醇溶液，簡記為(alc) ★氣態溶液 3-1　溶液的種類 ．溶液包含溶質、溶劑 ．以溶劑分類： ★水溶液，簡記為(aq) ★乙醇溶液，簡記為(alc) ．以相態分類： ★氣態溶液 ★液態溶液 ★固態溶液

表3-1　溶液的分類 氫於鈀 汞於鈉(鈉汞齊) 合金、鹽固溶體(如AgCl-NaCl) 氣體溶於固體 液體溶於固體 固體溶於固體 固態溶液 (固溶體) 氨於水、二氧化碳於水 乙醇於水、溴於四氯化碳 糖於水、碘於乙醇 氣體溶於液體 液體溶於液體 固體溶於液體 液態溶液 (簡稱溶液) 空氣 水於空氣、溴於空氣 煙塵 氣體溶於氣體 液體溶於氣體 固體溶於氣體 氣態溶液 (混合氣體) 實　例 溶質與溶劑的狀態 溶　液

．以導電度分類 ★電解質溶液 ★非電解質溶液 圖3-1　電解質檢驗裝置

3-2 溶液的濃度 ．濃度表示定量溶液中溶質的含量組成 ．數值愈大，代表所含溶質比率愈多 ．分為 ★重量百分濃度 ★體積莫耳濃度 3-2　溶液的濃度 ．濃度表示定量溶液中溶質的含量組成 ．數值愈大，代表所含溶質比率愈多 ．分為 ★重量百分濃度 ★體積莫耳濃度 ★重量莫耳濃度 ★莫耳分率 ★百萬分濃度 圖3-2　溶液濃度示意圖

3-2-1 重量百分濃度(%)、體積莫耳濃度(M)及百萬分濃度(ppm) 一、重量百分濃度

二、體積莫耳濃度

三、百萬分濃度

3-2-2　重量莫耳濃度(m)、莫耳分率(X) 一、重量莫耳濃度

二、莫耳分率

3-2-3 溶液的配製 ．定量分析中，溶液的濃度精準度要高 ．利用精密儀器進行配製 ．依各濃度表示法進行配製 3-2-3　溶液的配製 ．定量分析中，溶液的濃度精準度要高 ．利用精密儀器進行配製 ★電子天平 ★容量瓶 ．依各濃度表示法進行配製 ．稀釋公式C1 × V1 = C2 × V2

圖3-3 過錳酸鉀溶液的配製 (a)稱取0.0237克KMnO4 (b)溶解於適量蒸餾水中 (c)置入容量瓶內 圖3-3　過錳酸鉀溶液的配製 (a)稱取0.0237克KMnO4 (b)溶解於適量蒸餾水中 (c)置入容量瓶內 (d)以少許水洗滌燒杯中的殘留溶液，再加入容量瓶中 (e)靜置後，加水至標線 (f)使溶液混合均勻

3-3　溶解度 定溫下，定量溶液溶解溶質已達最大量，此狀況下的溶液濃度稱為該溶質的溶解度 圖3-4　方糖的溶解 圖3-5　硫酸銅溶液與其結晶

．未飽和溶液 ．飽和溶液 ．過飽和溶液 溶液濃度小於溶解度，再加入溶質會繼續溶解 溶液濃度等於溶解度 溶液濃度大於溶解度，加入晶種或經振盪後會有結晶析出，成為飽和溶液

．醋酸鈉過飽和溶液加入固態醋酸鈉，會析出針狀結晶 ．久旱不雨時，空中若有過飽和水蒸氣，可施放乾冰及碘化銀進行人造雨 乾冰：降溫以維持過飽和 碘化銀：做為晶種使蒸氣凝結

圖3-6　醋酸鈉的結晶析出 圖3-7　造雨飛機

暖暖包 利用醋酸鈉過飽和溶液析出結晶時會放熱而製成暖暖包 圖3-8　市售暖暖包

3-4　影響溶解度的因素 ．物質本性 ．溫度 ．壓力

3-4-1 物質本性 不同溶質在相同溶劑中的溶解度不一定相同 圖3-9 乙醇(右管)與乙醚(左管)與水混合的情形 3-4-1　物質本性 不同溶質在相同溶劑中的溶解度不一定相同 圖3-9　乙醇(右管)與乙醚(左管)與水混合的情形 圖3-10　碘不易溶於水(左管)，但可溶於酒精(右管)

3-4-2　溫　度 大部分固體在水中溶解度隨溫度升高而增大，少部分則隨溫度升高而下降 圖3-11　不同溫度下的固體溶解度

．工廠排放含熱廢水，造成溶氧量下降，為熱污染 ．氣體於水中溶解度隨溫度升高而降低 ．工廠排放含熱廢水，造成溶氧量下降，為熱污染 表3-2　一些氣體在一大氣壓時，溶解於1毫升水中的體積(毫升) 0.0095 0.017 0.016 ─ 100 0.0096 0.018 80 0.010 0.019 0.36 339 60 0.012 0.023 0.53 386 40 0.015 0.031 0.88 442 702 20 0.024 0.049 0.021 1.71 507 1176 氮 氧 氫 二氧化碳 氯化氫 氨 溫度(°C)

3-4-3　壓　力 ．壓力對固態、液態溶質的溶解度影響較小 ．壓力對氣體溶解度影響甚大(遠比溫度大)

亨利定律 ．定溫時，氣體溶解度(C)與液面上氣體的 分壓(P)成正比 C = KH．P ．最適用於低壓下、稀薄溶液 ．不適用於高壓，會與溶劑反應或解離之 氣體

圖3-12　氧、氮、氦等稀薄溶液的溶解度與液面分壓的關係

溶解度(C)正比於氣體分壓(P) 圖3-13　氧在水中溶解度示意圖

(a)碳酸飲料 (b)潛水夫攜帶的氧氣筒 圖3-14　亨利定律的應用

3-5 水溶液中離子的反應 ．電解質溶解後，形成陰、陽離子的現象，稱為解離 ．電解質水溶液中陰、陽離子數不一定相等 3-5　水溶液中離子的反應 ．電解質溶解後，形成陰、陽離子的現象，稱為解離 ．電解質水溶液中陰、陽離子數不一定相等 ．電解質水溶液中電荷總和為零，即電中性 表3-3　常見離子在水溶液中的顏色 綠 Cr3+ 藍 Cu2+ Ni2+ 橙 Cr2O72? MnO42? 黃 CrO42? 紫紅 MnO4? Fe3+ 無 Mn2+ 淡紅 Co2+ 顏　色 離　子

(a)硫酸銅溶液 (b)硝酸鎳晶體與其溶液 圖3-15　銅離子、鎳離子在水溶液中的顏色

離子沉澱反應 ．溶解度大於0.1 M視為可溶 ．溶解度小於10?4 M為不溶或難溶 ．沉澱反應可用淨離子反應式表示 AgNO3(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s)↓ + NaNO3(aq) èAg+(aq) + Cl?(aq) → AgCl(s)↓ BaCl2(aq) + Na2SO4(aq) → BaSO4(s)↓ + 2NaCl(aq) èBa2+(aq) + SO42?(aq) → BaSO4(s)↓ CaCl2(aq) + Na2CO3(aq) → CaCO3(s) + 2NaCl(aq) èCa2+(aq) + CO32?(aq) →CaCO3(s)↓

圖3-16 圖3-17 圖3-18 氯化銀沉澱反應 硫酸鋇沉澱反應 碳酸鈣沉澱反應

表3-4 陰、陽離子混合溶液的溶解度 低溶解度 Fe2+、Pb2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+ C2O42? 表3-4　陰、陽離子混合溶液的溶解度 低溶解度 Fe2+、Pb2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+ C2O42? Ag+、Ba2+、Pb2+、Hg22+、Hg2+ CrO42? 全部他種陽離子 可溶 IA+、NH4+ SO32?、CO32?、PO43? IA+、NH4+、Sr2+、Ba2+ OH? IA+、IIA2+、NH4+ S2? (Ca2+微溶)、Sr2+、Ba2+、Pb2+ SO42? Ag+、Pb2+、Hg22+、Cu+、Tl+ Cl?、Br?、I? 全部（但Ag+除外） C2H3O2? 全部 NO3? NH4+ IA+ 化合物的溶解度 陽離子 陰離子

表3-5　沉澱物的顏色 棕 Fe(OH)3 磚紅 Ag2CrO4 白 PbSO4 ZnS 綠 Fe(OH)2 黃 PbI2 PbCl2 BaC2O4 黑 PbS PbCrO4 Hg2Cl2 BaCO3 CuS BaCrO4 CaC2O4 BaSO3 Ag2S AgI CaSO4 BaSO4 藍 Cu(OH)2 淡黃 AgBr CaCO3 AgCl 顏色 化合物

．有些沉澱物雖難溶於水，卻可與強酸反應 CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l) CaSO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + SO2(g) + H2O(l) 圖3-19　碳酸鈣與鹽酸反應

．有些金屬氫氧化物雖難溶於水，卻可以與強酸或強鹼反應，故稱為兩性物質。如Be(OH)2、Al(OH)3、Cr(OH)3、Zn(OH)2、Sn(OH)2、Pb(OH)2

Al(OH)3(s) + 3H+(aq) → Al3+(aq) + 3H2O(l) 　Al(OH)3(s) + OH?(aq) → Al(OH)4?(aq) 圖3-20　氫氧化鋁可與強酸或強鹼反應

．有些金屬硫化物，如MnS、FeS、CoS、NiS、ZnS等，雖不易溶於水，卻可與強酸反應，以ZnS為例，其反應式為 ZnS(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2S(g) ．有些金屬的氫氧化物沉澱，可與氨水反應，如鉻、鎳、鎘、銀、銅、鋅等的氫氧化物

Cu(OH)2(s) + 4NH3(aq) → Cu(NH3)42+(aq) + 2OH?(aq) 圖3-21　氫氧化銅不溶於水(左管)但可以氨水反應而溶解(右管)

．有些金屬的鹵化物沉澱，如氯化鉛(PbCl2)在冷水中溶解度甚小，卻可溶於熱水中 ．氯化銀(AgCl)難溶於水，但與氨水的反應性很大，而溴化銀及碘化銀則否

AgCl(s) + 2NH3(aq) → Ag(NH3)2+(aq) + Cl?(aq) 圖3-22　氯化銀加氨水的反應