第一章 物質的組成

目次 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

1-1 物質的分類 1.以外觀分類 2.以組成分類

以外觀分類(純物質與混合物) 可分為固態、液態和氣態三種。 液態物質有固定的體積，沒有固定的形狀，通常以(l)表示 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

以組成分類(純物質與混合物) 1.純物質 2.混合物 一定的化學組成和性質 （沸點、熔點、密度…等） 例如：水 兩種以上的純物質混合 加熱時間（分） 溫度（℃） 沸點固定 1.純物質 一定的化學組成和性質 　（沸點、熔點、密度…等） 例如：水 2.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（℃） 沸點不固定 加熱時間越長，蒸發的水越多，糖水越濃，沸點越高。

1.純物質（元素與化合物） 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。 化合 元素 （一種原子構成） 化合物 （二種以上原子構成） 分解 （化學方法） 元素 化合物 電解 化合 燃燒 分解 O2 H2 H2O

2.混合物 泥漿 糖水 牛奶 均勻混合物 不均勻混合物 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 各成分粒子散布不均勻 各部分混合比例不同 泥漿 糖水 牛奶

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。

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

物理方式分離 化學方式分離 均勻在同一相

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來分離。（沸點、狀態、溶解度等）

過濾－用於分離固體和液體 １ ２ ３ 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。 實驗室用濾紙和漏斗進行過濾 磨好的豆漿，可用紗布或濾網把豆漿與豆渣分離 ２ ３ 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。

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。 　　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。 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？ 加熱裝置為電熱板

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，使離心管快速旋動。 傾析－用於分離難溶的固體及液體 水（液體） 碳酸鈣（固體） 離心分離－可在短時間內分離混合物中密度不同的各成分。 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，使離心管快速旋動。

萃取 再結晶 層析 利用物質在兩種互不相溶的溶劑中溶解度不同而分離 利用物質的溶解度對溫度變化的差異而分離 濾紙色層分析法 使液體帶動混合物在濾紙上移動

趣味實驗－濾紙層析 色素賽跑

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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、細砂 鐵屑 食鹽水 細砂 食鹽 磁鐵 加水，再以傾析或過濾 食鹽水 細砂 回目次 蒸乾 食鹽

1.質量守衡定律 2.定比定律 3.倍比定律與原子說 4.分子 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

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:僅哲學思維,但事實上並無驗證

質量守恆定律 物質發生化學變化時，反應前後的總質量相等。 2Hg(s) + O2(g) → 2HgO (s) 密閉系統 開放系統 反應前 反應後 反應前 反應後 空氣 Hg HgO HgO Hg 2Hg(s) + O2(g) → 2HgO (s)

定比定律 定比定律：化合物中各組成元素間的質量恆成固定的比例。 銅錢上的銅鏽和孔雀石都含有碳酸銅

電解水 2H2 + O2 → 2H2O 體積比 2 : 1 質量比 2x2 : 1x32 = 1 : 8 H2O H重 O重 體積比 2 : 1 質量比 2x2 : 1x32 = 1 : 8 H2O 　H重 O重 = 1x2 : 1x16 = 1 : 8

倍比定律 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. CO 、 CO2 ，C重量固定， 　則兩化合物氧的質量比=1:2

水（H2O）與過氧化氫（H2O2） 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

學習Ｑ＆Ａ 令Y的化學式為AmBn A B A2B3 9-3=6克 3克 AmBn 75% 25% A B A2B3 2 : 1 AmBn 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？ 令Y的化學式為AmBn A B A2B3 9-3=6克 3克 AmBn 75% 25% A B A2B3 2 : 1 AmBn 3 : B重量相同時， A的重量比為 2:m = 2:3 ⇒ m = 3， Y的化學式為A3B3 ⇒ 化簡為AB AmB3

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」

原子說－道耳頓 解釋質量守恆定律、定比定律及倍比定律 原子是組成物質的最小粒子，不可分割。 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） 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。（質量守恆定律） 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） John Dalton 1766-1844 解釋質量守恆定律、定比定律及倍比定律

原子說－需要修正之處 原子並非最小粒子，而是由中子、質子、電子等構成。 因有同位素存在，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。 核反應及放射性蛻變現象的產生，可分裂或融合成新的原子。

例1-3 符合倍比定律 化合物甲 質量比 原子數比 化合物乙 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1克碳會與2.66克氧結合， 　　化合物乙中每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？ 符合倍比定律 化合物甲 質量比 原子數比 化合物乙

練習2 1:8:9=2:x:y x=16, y=18 所以需要氧氣16克,得到水18公克 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公克

練習3 下列何組物質可用來說明道耳頓的倍比定律？(A) O2、O3 (B) 12C、13C (C) N2O、NO (D) CO、NO

分子 水H2O 由兩個或多個原子組成 氧氣O2 氮氣N2 回目次 C60 葡萄糖C6H12O6

1-3　原子量與分子量 1.原子量 2.分子量 3.莫耳

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

原子序與元素符號 1 2 4 3 7 5 9 6 11 X：元素符號 A－Z：中子數 元素詳盡標示 質子數 (原子序) 中子數 電子數 質量數 1 2 4 3 7 5 9 6 11

同位素(Isotope) 定義：原子序相同而質量數不同的原子 氫 碳 1H (H) 氕 1 2H (D) 氘 2 3H (T) 氚 3 元素 同位素 名稱 質子數 中子數 質量數 氫 1H (H) 氕 1 2H (D) 氘 2 3H (T) 氚 3 碳 12C 碳-12 6 12 13C 碳-13 7 13 14C 碳-14 8 14

平均原子量 平均原子量＝A1×a% + A2×b% + A3×c% +… 例1-4 A1、A2 、A3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

分子量（molecular weight） 分子中所有原子的原子量總和就是該分子的分子量。 例如 二氧化碳（CO2）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是 　　12.01 ＋ 16.00 × 2 ＝ 44.01。

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。 亞佛加厥數即為 : 6.02×1023 １個H2O 6.02×1023個H2O

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 　厥假說」 亞佛加厥假說－－在同溫、同壓下，等 　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。

統一原子質量單位（unified atomic mass unit，u） 莫耳質量 : 1莫耳純物質的質量。 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 以氧的平均原子質量為16 amu 均同意以碳-12原子質量的1／12作為原子質量單位 統一原子質量單位（unified atomic mass unit，u） 或 道耳頓（Dalton，簡寫為Da） 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。

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)。 粉筆和原子筆的數目相等，但質量卻不相等。 數量與重量 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)。

例題1-5 已知葡萄糖的分子式為C6H12O6，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 × 1023個／mol ＝3.01 × 1023個 原子總數目＝（6＋12＋6）× 3.01 × 1023 ＝ 7.22 × 1024個 回目次

溶液的組成 溶液的狀態 溶劑的使用 濃度 溶解度 1-4　溶液 溶液的組成 溶液的狀態 溶劑的使用 濃度 溶解度

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

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 水 糖 固態 黃銅 銅 鋅 汽水中的二氧化碳為溶質 黃銅製的樂器 (薩斯風)

溶劑的使用 醫療用的生理食鹽水是以水當做溶劑。 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

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)

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克

例題１－６ 將 5.34 g的 AlCl3 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

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?

溶解度 例如：25℃時，CuSO4的溶解度為 溶解度： 一定溫度下，一定溶劑所能溶解溶質的最大值。 飽和溶液： 　一定溫度下，一定溶劑所能溶解溶質的最大值。 飽和溶液： 　一定溫度時，濃度達最大值的溶液。

溫度　VS　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 在高溫，溶解度較小 在低溫，溶解度較大

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21克和水100克。 70 ℃時，要使該溶液達飽和，應加入多少克的硝酸鉀？ 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

學習概念圖

The end