3-2 溶　液 1 1

溶　液 3-2 在基礎化學（一）的課程中，介紹過溶液的組成及分類、溶液濃度的表示法、固體溶解度等概念，也簡單地描述氣體溶解度。在本節中，我們將對這些概念以及膠體溶液，作更深入的探討。 2

3-2 溶 液 3-2.1 溶液的分類 3-2.2 膠體溶液的種類與特性 3-2.3 溶液的濃度－重量莫耳濃度 溶　液 3-2 3-2.1 溶液的分類 3-2.2 膠體溶液的種類與特性 3-2.3 溶液的濃度－重量莫耳濃度 3-2.4 氣體的溶解度－亨利定律 3

溶　液 3-2 學習目標： 了解溶液的分類方式。 了解膠體溶液的特性及應用。 了解重量莫耳濃度的定義。 了解影響氣體溶解度的因素。 4

溶液的分類 3-2.1 複習基礎化學（一） ，溶液的分類： 依溶劑種類，可將溶液分為水溶液及非水溶液； 依溶液的導電性， 可將溶液分為電解質溶液及非電解質溶液； 依溶液的狀態， 可將溶液分為固態溶液、液態溶液及氣態溶液。 本章節，依溶質顆粒大小，將溶液分為： 　 及 。 真溶液 膠體溶液 5

溶液的分類 3-2.1 溶質顆粒的直徑小於 1 nm （10－9 m）之溶液， 稱為真溶液， 其溶質均勻分布於溶液中， 例如：食鹽水及蔗糖水。 溶質顆粒的直徑介於 1～1000 nm（10－9 ～10－6 m） 者，稱為膠體溶液， 其溶質顆粒通常是由高分子、離子吸附溶液中分子 或離子吸附其他離子所構成， 例如：咖啡、牛奶、豆漿等。 6

溶液的分類 3-2.1 對膠體溶液而言，與其說膠體粒子溶於溶劑中， 不如說它是「分散於」溶劑中，更為恰當。 因此，膠體溶液中 溶質又可稱為 （ ）， 溶劑又可稱為 （ ）， 整個溶液則稱為 （ ）。 分散質 dispersed substance 分散介質 dispersion medium 分散系 dispersing system 7

範例 3-3 下列有關溶液的敘述，何者正確？ (A)溶液是由純物質所構成的均勻化合物 (B)溶液的組成可以改變 (C)溶液中，溶質顆粒的直徑小於 1 nm 者，稱為 膠體溶液 (D)溶液均能導電　 (E)膠體溶液又稱分散質 8 選修化學(上) 8

練習題 3-3 下列有關溶液的敘述，何者正確？（多重選擇題） (A)空氣為氣態溶液，其主要成分為氮氣及氧氣 (B)碘酒是以酒精為溶劑所形成的溶液 (C)18K 金可將其成分中的金視為溶質，銅視為溶 劑 (D)將鐵粉加入水中，充分攪拌後，所得的混合物 可稱為液態溶液　 (E)濃度 98％ 的硫酸溶液中，水為溶劑 9 選修化學(上) 9

膠體溶液的種類與特性 3-2.2 日常生活中處處可見到膠體溶液， 也可依分散質及分散介質的相來分類，例如： 通常將具有流動性的膠體溶液稱為溶膠， 例如：牛奶、豆漿、膠水等； 不具流動性的膠體溶液則稱為凝膠， 例如：果凍、奶酪、豆腐、布丁等。 也可依分散質及分散介質的相來分類，例如： 液態的分散質分散於液態的分散介質所形成的膠體 溶液稱為乳液， 氣態的分散質分散於液態的分散介質所形成的膠體 溶液稱為泡沫等。 10

膠體溶液的特性 膠體溶液的種類與特性 3-2.2 膠體溶液與真溶液的差異，在於膠體溶液具有以 下三種特性： 、 廷得耳效應 。 布朗運動 膠體溶液與真溶液的差異，在於膠體溶液具有以 下三種特性： 、 。 廷得耳效應 布朗運動 膠體粒子表面帶有電荷 膠體溶液 11

1. 廷得耳效應（Tyndall effect） 膠體溶液的種類與特性 3-2.2 1. 廷得耳效應（Tyndall effect） 廷得耳效應為英國物理學家廷得耳（J. Tyndall） 所提出， 他發現以光束照射膠體溶液，可觀察到溶液中顯 現出一條明亮的光徑，如圖： 此現象稱為廷得耳效應， 此乃由於膠體粒子顆粒較大，可散射光線所致。 在自然界中，也可觀察到此現象，如圖： 這是在多霧的森林裡，太陽光被霧散射所產生的 廷得耳效應。 生活中的廷得耳效應 12

2. 布朗運動（Brownian motion） 膠體溶液的種類與特性 3-2.2 2. 布朗運動（Brownian motion） 1827 年，英國植物學家布朗（R. Brown）所提出， 他觀察在顯微鏡下懸浮於水中的花粉粒時，發現這些花粉粒不停地作不規則的運動，稱為布朗運動， 在膠體溶液中也有布朗運動，因為膠體粒子受到分散介質的撞擊而產生不規則的運動，如圖： 13

3. 膠體粒子表面帶有電荷 膠體溶液的種類與特性 3-2.2 由於膠體粒子表面會吸附溶液中其他帶電粒子或 本身水解而生成帶電荷的離子，而使膠體粒子表 面帶有相同電荷，使得膠體粒子彼此排斥，因而 不會凝聚成大顆粒而沉澱。 例如： Fe(OH)3、Al(OH)3 等許多金屬氫氧化物， 會形成表面帶 電荷（正、負？）的膠體粒子； CdS、As2S3 等硫化物， 則會形成表面帶 電荷（正、負？）的膠體粒子。 正 負 14

3. 膠體粒子表面帶有電荷 膠體溶液的種類與特性 3-2.2 欲使膠體粒子凝聚成較大的顆粒而析出，常用的 方法有： ， 加入電解質 上述方法使得膠體粒子表面的電荷會被中和而凝 聚，如圖： 加入電解質 通電 將 FeCl3(s) 加入沸水中，產生褐色的膠體溶液。 加入數滴 Al2(SO4)3(aq) 之後，膠體粒子凝聚析出。 15

3. 膠體粒子表面帶有電荷 膠體溶液的種類與特性 3-2.2 常見的例子如下： 在豆漿中加入石膏， 其中的蛋白質會凝聚而成豆花； 血液中的膠體蛋白質帶負電荷， 止血藥中含有 Al3+ 或 Fe3+，可中和膠體蛋白質粒子所帶電荷，使血液凝結而止血； 工廠的煙囪或有些家用的空氣清淨器， 是以靜電板除去大量粉塵等。 16

範例 3-4 下列有關膠體溶液的敘述，何者正確？ (A)膠體粒子通常是由高分子吸附溶液中的分子或 離子所構成 　 離子所構成 (B)膠體粒子能散射光線，故能顯現出廷得耳效應 (C)膠體粒子的直徑約為 1 ～ 1000 nm (D)膠體粒子因受溶劑分子不平衡的碰撞，故有布 朗運動　 (E)膠體溶液是一種過飽和溶液，可藉加入晶種， 使膠體粒子凝聚析出而成飽和溶液 解答 (E)膠體溶液不是過飽和溶液。 故選(A)(B)(C)(D) 17 選修化學(上) 17

練習題 3-4 工廠的煙囪上方常置一組靜電集塵極板，以除去 有害的煙塵，此為下列何種原理的應用？ (A)廷得耳效應 (B)布朗運動 工廠的煙囪上方常置一組靜電集塵極板，以除去 有害的煙塵，此為下列何種原理的應用？ (A)廷得耳效應 (B)布朗運動 (C)膠體粒子帶有電荷 (D)碳粒子的導電性　 (E)氧化還原 18 選修化學(上) 18

溶液的濃度－重量莫耳濃度 3-2.3 複習基礎化學（一） ： 複習基礎化學（三） ： 本節將介紹另一種濃度表示法—重量莫耳濃度， (1)重量百分率濃度、 (2)體積莫耳濃度、 (3)百萬分點濃度。 複習基礎化學（三） ： (4)莫耳分率。 本節將介紹另一種濃度表示法—重量莫耳濃度， 此濃度的數值不受溫度的影響。 19

溶液的濃度－重量莫耳濃度 3-2.3 重量莫耳濃度： 定義： 1 千克溶劑中所含溶質的莫耳數， 單位：莫耳/千克（mol kg－1） 公式： 例如：將 2 莫耳葡萄糖溶於 1 千克水中， 其重量莫耳濃度為 2 m 。 20

溶液的濃度－重量莫耳濃度 3-2.3 如何配製重量莫耳濃度？ 以配製 0.100 m 的食鹽水溶液為例： (A)稱取 2.93 克NaCl(s) (B)稱取 500 克水 (C)將食鹽加入水中攪拌均勻 21

範例 3-5 解答 欲配製 0.10 m 的甘油水溶液，需將多少克甘油 加入 500 克水中？（甘油的分子量＝92） 設需 x 克甘油， 即 需甘油 4.6 克 22 選修化學(上) 22

練習題 3-5 草酸的莫耳分率為 0.15 之水溶液，其重量莫耳濃度為何？（草酸分子量＝ 90） 解答 23 選修化學(上) 23

範例 3-6 市售的濃氨水 NH3(aq) 的比重為 0.90，其重量百分率為 28%，求此氨水的 (1)體積莫耳濃度； (2)重量莫耳濃度； (3)溶質莫耳分率 各為何？ 解答 (1)體積莫耳濃度（CM） 24 選修化學(上) 24

範例 3-6 解答 (2)重量莫耳濃度（Cm） (3)溶質莫耳分率（X） 25 選修化學(上) 25

練習題 3-6 在 40 ℃ 時，100 克水可溶解 60.0 克硝酸鉀 （式量＝101），所得溶液的密度為 1.11 克/毫升， 求此溶液在 40 ℃時的 (1)重量百分率濃度； (2)體積莫耳濃度； (3)重量莫耳濃度； (4)溶質莫耳分率 各為何？ 26 選修化學(上) 26

練習題 3-6 解答 27 選修化學(上) 27

氣體的溶解度－亨利定律 3-2.4 氣體在液體中的溶解度與以下三個因素有關： ， ， 。 ， ， 。 下圖為 1 atm 下，空氣、氮氣及氧氣於不同溫度 時，在水中的溶解度曲線。 溫度升高，氣體溶解度降低， 因溫度升高，氣體分子平均動能增大使得氣體分子易於逸出溶液。 氣體的本性 溫度 壓力 28

氣體的溶解度－亨利定律 3-2.4 氣體在液體中的溶解度與以下三個因素有關： ， ， 。 ， ， 。 下圖為 1 atm 下，空氣、氮氣及氧氣於不同溫度 時，在水中的溶解度曲線。 溫度升高，氣體溶解度降低， 又氣體溶於水為放熱反應，由勒沙特列原理亦可知，溫度升高不利於氣體溶解。 氣體的本性 溫度 壓力 29

氣體的溶解度－亨利定律 3-2.4 下表為一些常見氣體在不同溫度時之溶解度： （在 1 atm 下，1 mL 水溶解的氣體毫升數） 30

氣體的溶解度－亨利定律 3-2.4 英國科學家亨利（W. Henry）研究發現， 難溶的氣體在定溫、定量溶劑中， 溶解質量（m）與該氣體的分壓（P）成正比， 稱為亨利定律。 其關係式為： 其示意圖為： 常數 k 稱為亨利常數， 和氣體種類、溶劑種類及溫度有關。 31

氣體的溶解度－亨利定律 3-2.4 以溶解的氣體體積而言， 定溫、定量溶劑所能溶解的氣體體積為定值， 與該氣體的分壓無關。 以溶解的氣體體積而言， 定溫、定量溶劑所能溶解的氣體體積為定值， 與該氣體的分壓無關。 亨利定律並不能適用易溶於水的氣體， 如 SO2、NH3、HCl 等氣體。 右圖為常見氣體對水的溶解度與壓力之關係圖： 高壓時，溶解度會偏離線性關係。 32

氣體的溶解度－亨利定律 3-2.4 氣泡飲料的製造即為亨利定律 應用的實例，如右圖： 一般汽水封瓶時，其二氧化碳 分壓為 3 ～ 4 大氣壓， 因此汽水中含有較高濃度的二 氧化碳； 當瓶蓋打開時， 液面的二氧化碳分壓驟降至 3.3×10－4 大氣壓， 因此二氧化碳迅速冒出來。 流言追追追──可樂加上蔓陀珠為什麼會有噴泉現象？ 33

範例 3-7 20 ℃ 時，1.0 atm 的純氧在水中的溶解度為 4.8×10－2 g L－1，則 1.0 atm 的空氣與水，達成溶解度平衡時， 氧的溶解度為若干 g L－1？ (A) 4.8×10－2　(B) 4.8×10－3　(C) 6.4×10－3　 (D) 9.6×10－3　(E) 6.4×10－4 解答 設氧的溶解度 x g L－1，空氣中氧的分壓為 依亨利定律可得 ， 解得 x＝9.6×l0－3（g L－1），故選(D) 34 選修化學(上) 34

練習題 3-7 壓力為 P atm 時，定量水可溶解 a 克、V 毫升的氣體，則當壓力為 nP atm 時，其溶解的質量及體積分別為何？ (A) na 克，nV 毫升 (B) a 克，nV 毫升 (C) na 克，V 毫升 (D) a 克，V 毫升　 (E) 克，V 毫升 35 選修化學(上) 35

學習成果評量 氯化鐵加水可水解生成 Fe(OH)3 及 HCl，設法除去HCl，則可得穩定的氫氧化鐵膠體溶液，欲使此膠體溶液很快地凝聚最好使用下列何種電解質水溶液（設加入電解質濃度均相同）？ (A) BaCl2(aq)　 (B) Na2Cr2O7(aq)　 (C) K3Fe(CN)6(aq)　 (D) KMnO4(aq) 將9.00克的葡萄糖 (C6H12O6) 及 100 克的水配成葡萄糖水溶液，試問該溶液的重量莫耳濃度為多大？ （原子量： C = 12.0，H =1.00，O = 16.0） 36 選修化學(上) 36

學習成果評量 在 0 ℃、1 大氣壓下，100 克水可溶氧氣 6.4 × 10－3克，則： (1) 0 ℃、380 mmHg 下，100 克水可溶多少克之氧氣？ (2) 0 ℃ 、1 大氣壓下，500 克水溶多少毫升之氧氣？ 根據亨利定律：m＝kp 溫度、水量固定，壓力減半則溶氧量亦減半， 為 3.2 × 10－3 克。 溫度、壓力固定，水量增為 500 克，則溶氧量亦 增為 5 倍，為 3.2 × 10－2 克。 37 選修化學(上) 37