普通化學 溶液 2018/12/3.

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1 普通化學 溶液 2018/12/3

2 目 錄 溶液的種類 溶解度與飽和溶液 濃度的定義與表示法、溶液的稀釋 膠體溶液的種類與特性 電解質與非電解質 溶液中的離子反應 參考資料
目 錄 溶液的種類 溶解度與飽和溶液 濃度的定義與表示法、溶液的稀釋 溶液的物理性質-蒸汽壓、沸點、凝固點、滲透壓 膠體溶液的種類與特性 電解質與非電解質 溶液中的離子反應 參考資料 2018/12/3

3 溶液的種類 溶液的定義 溶液 (solution) 含 溶質(Solute)：在溶液中含量較少的物質。
兩種或兩種以上的物質均勻混合成一相(Single phase)，此混和的液體成為溶液。 溶液 (solution) 含 溶質(Solute)：在溶液中含量較少的物質。 溶劑(Solvent)：在溶液中含量較多的物質。 溶液 (紅色液體) 是溶質 (紅色固體) 與溶劑 (無色液體) 的均相混合物。 2018/12/3

4 溶液的種類 真溶液 (True solution) 膠體 (Colloid) 懸浮液 (Suspension) 溶液中粒子大小的比較
溶質粒子小於 10-9 m 以下 膠體 (Colloid) 溶質粒子介於 10-9 ～ m 之間 懸浮液 (Suspension) 溶質粒子大於 10-6 m 以上 2018/12/3

5 依溶液本質分類有 溶液的 物理狀態 純物質的 實例 固體溶液 固體溶於固體 液體溶於固體 氣體溶於固體 合金、Au-Ag、Cu-Ni等
含結晶水晶體(CuSO4·5H2O) Pd吸附H2、苛性鈉吸附CO2等 液體溶液 固體溶於液體 液體溶於液體 氣體溶於液體 糖水、KCl(aq) 、碘酒 酒、苯溶於甲苯 氨水、汽水(CO2溶於水) 、鹽酸(HCl(g)溶於水) 氣體溶液 固體溶於氣體 液體溶於氣體 氣體溶於氣體 煙 雲、霧 空氣 2018/12/3

6 溶解度與飽和溶液 溶解度 (Solubility) 與飽和溶液 (Saturated solution)
定溫下，定量溶劑 (100 g) 所能溶解溶質的最大量(g/100 g) ，即溶解度又稱飽和溶液。 未飽和溶液 (Unsaturated solution) 定溫下，溶質的溶解度未達最大量。 過飽和溶液 (Supersaturated solution) 定溫下，溶質的溶解度大於平衡所能溶解的最大量；經由振動或置入晶種，則過飽和溶液迅速析出晶體，而重新達到飽和狀態。 2018/12/3

7 溶解度與飽和溶液 化合物的溶解度 (20℃) 2018/12/3

8 溶解度與飽和溶液 溶解度的判定 以溶質的重為準 以溶質的莫耳數為準
一升溶液中溶有10 g 以上的溶質稱可溶 (Miscible)，如糖水；若溶質的量少於 1 g 稱不溶 (Immiscible)，如油水。 以溶質的莫耳數為準 一升溶液中溶有 0.1 mol 以上的溶質稱可溶 (Miscible)，若溶質的量少於 1 × 10－3 mol 稱不溶 (Immiscible) 。 2018/12/3

9 溶解度與飽和溶液 溶解度的判定 〝相似的溶解於相似的 (Like dissolves like)〞 極性物質較能溶於極性溶劑中。
非極性物質較能溶於非極性溶劑中。 2018/12/3

10 在極性的水分子與離子之間有一靜電引力存在，即偶極-離子作用力。 某些極性共價分子溶在水分子時，溶質與水分子間只有偶極-偶極作用力。
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11 溶解度與飽和溶液 溶解度的判定 ΔHsoln＞0，Temp↑，溶解度↑。 ΔHsoln＜0，Temp↑，溶解度↓。
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12 溶解度與溫度 溶解度與溫度的關係：多數固體的溶解度隨Temp↑，溶解度↑。 2018/12/3

13 溶解度與溫度 再結晶：左圖為熱的 KBr 飽和溶液，當溫度降低時，則 KBr 的溶解度下降，故有KBr 的固體沈澱出來，如右圖所示。
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14 濃度的定義與表示法 重量百分濃度 (Weight percentage)
若將9.85克 Ca(NO3)2 溶在650克水中，則溶質之重量百分濃度為何？ 2018/12/3

15 濃度的定義與表示法 NaOH 溶液的重量百分濃度為 10.0 %，試問此溶液是由多少莫耳的 NaOH 溶在 150 克的溶液中？
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16 濃度的定義與表示法 將 1 莫耳的 NaOH 溶解在 9 莫耳的乙醇 (C2H5OH)中，則此溶液中 NaOH 的重量百分濃度為何？
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17 濃度的定義與表示法 血液是由100克的血清及10 毫克的鈣離子所形成，請問鈣離子的濃度為多少 ppm？ 2018/12/3

18 濃度的定義與表示法 若假設海水中銅離子的濃度為 1.2 × 10-2 ppb，假設銅離子可以完全萃取出來，若想要完全萃取出來，若想要得100克的銅塊，需要多少體積的海水？（假設海水的密度與純水相同） 2018/12/3

19 濃度的定義與表示法 體積莫耳濃度 (Molarity)
將2.44莫耳的 NaCl 溶在水中，形成 4.50 升的溶液， 請問此溶液的體積莫耳濃度為何？ 2018/12/3

20 濃度的定義與表示法 若將 2.50 × 10-4 克 NaHCO3 溶在水中，形成 2.54 mL的溶液，則此溶液的體積莫耳濃度為何？
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21 濃度的定義與表示法 M的 CaCl2 溶液 2.58 升，請問其中含 CaCl2 多重？ 配固體藥品的公式 2018/12/3

22 濃度的定義與表示法 將 13.5 g 的 Ba(OH)2 溶於水形成 475 mL的溶液，試問 OH－ 與 Ba2＋ 的體積莫耳濃度分別為多少？ Ba(OH)2  Ba2＋ (aq) ＋ 2(OH)－ (aq) 2018/12/3

23 濃度的定義與表示法 重量莫耳濃度 (Molality)
將2.44莫耳的 NaCl 溶在水中，形成 4.50 升的溶液， 請問此溶液的體積莫耳濃度為何？ 2018/12/3

24 溶液的稀釋 溶液的稀釋 要配製 M 的鹽酸溶液 1.00 L，需取 M 的濃鹽酸多少豪升？ 2018/12/3

25 註：濃酸的稀釋－不可直接的將水加入在濃 酸中，因為這樣會使得濃酸飛濺出來而 造成嚴重的燒傷。
註：濃酸的稀釋－不可直接的將水加入在濃 酸中，因為這樣會使得濃酸飛濺出來而 造成嚴重的燒傷。 2018/12/3

26 溶液的稀釋 將 3.50 L、0.20 M 的硫酸溶液稀釋到 5.0 L，則體積莫耳濃度將變成多少？ 2018/12/3

27 溶液的稀釋 將 150 mL、0.25 M 的 HCl 與 400 mL、0.375 M 的HCl 溶液混合，則最後的體積莫耳濃度為何？
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28 溶液的稀釋 若將試藥瓶子之標籤為 37% HCl，比重1.18 g∕cm3，則將其稀釋成 100 mL 之 6.0 M HCl(aq) 須幾毫升？ 2018/12/3

29 溶液的物理性質 依數性質 (Colligative properties)
溶液的有些性質與溶質的本性無關，而只決定於溶液的濃度，亦即只依溶質的粒子數目而定，稱之依數性質。如 蒸汽壓降低量 (ΔP) 沸點上升度數 (ΔTb) 凝固點下降度數 (ΔTf) 滲透壓 (π)上升 2018/12/3

30 溶液的物理性質 蒸汽壓下降 (Vapor pressure lowering) ：非電解質 溶質為揮發性 (Volatile solute)
勞特定律 (Raoult’s law)：溶液中任一揮發性成分的蒸汽壓，為其純成分時的飽和蒸汽壓與其在溶液中的莫耳分率之乘積。若 P10、P20：純溶劑、純溶質的飽和蒸汽壓 P1、P2 ：純溶劑、純溶質在溶液中的蒸汽的分壓 x1、x2：純溶劑、純溶質在溶液中的莫耳分率 則 P1 = P10 x1 ， P2 = P20 x2 ∴ 總壓 P = (P10 － P20 ) x2＋ P10 在溶液中的蒸汽壓與溶質的莫耳分率成線性關係 2018/12/3

31 溶液的物理性質 蒸汽壓下降 (Vapor pressure lowering) ：非電解質
溶質為非揮發性 (Nonvolatile solute) ∵ P2 = 0 (非揮發性 ) ∴ P = P1 = P10 x 1 P = (P10 － 0 ) x2＋ P10 ∴ ΔP = P10 x2 在溶液中蒸汽壓降低的量 與所含溶質的莫耳分率成正比。 2018/12/3

32 溶液的物理性質 蒸汽壓下降 (Vapor pressure lowering) ：非電解質
溶質為非揮發性 (Nonvolatile solute) 2018/12/3

33 溶液的物理性質 ∵ 水的飽和蒸汽壓 P10 = 17.54 mmHg
已知 20 ℃ 時純水的飽和蒸汽壓為 mmHg，若蔗糖 (C12H22O11) 的溶解度為 34.2 g/100g H2O ，則此糖水的蒸汽壓為多少？ ∵ 水的飽和蒸汽壓 P10 = mmHg 2018/12/3

34 溶液的物理性質 已知 70 ℃ 時純水的飽和蒸汽壓為 mmHg，若將 7.62 g 某揮發性溶質溶解在180 mL 的水中，此時溶液的蒸汽壓為 mmHg，試求其分子量。 ∵ P = P1 = P10 x 1 ∴ = x 1 , x 1 = 2018/12/3

35 溶液的物理性質 亨利定律 (Henry’s law) ：溶質為揮發性 (Volatile solute)
在稀薄溶液中，溶質的蒸汽壓和溶質在溶液中的莫耳分率成正比。 即 P2 = KH x 2 其中 KH 為亨利常數，為溶質和溶劑的特定常數，此常數隨溶質和溶劑的不同而不同，且為溫度的函數。 2018/12/3

36 溶液的物理性質 已知 25 ℃ 時 N2(g) 在水中的亨利常數為 6.51 × 107 mmHg，試求在 10 atm 的氮氣存在下，1000 g 的水可溶解多少毫克的氮氣。 2018/12/3

37 溶液的物理性質 溶液的沸點 (Boiling point of solution) 上升
沸點：定壓下，溫度升高時，蒸汽壓亦會隨著上升，當溫度升高至其飽和蒸汽壓與外界大氣壓力相等時，此溫度即為沸點。 依照拉午耳的實驗結果，發現溶液沸點上升的度數 (ΔTb) 和所含非揮發性溶質的重量莫耳濃度 (Cm) 成正比。 ∴ ΔTb = Kb Cm 其中Kb 為溶劑的特定常數(水為0.512 ℃·kg/mol) ， 其值隨溶劑的種類而不同。 2018/12/3

38 溶液的物理性質 水的熔點與沸點 在海平面壓力下 (1 atm)，水在 0℃ 熔化於 100℃ 沸騰。 2018/12/3

39 溶液的物理性質 水的加熱曲線的沸點 2018/12/3

40 溶液的物理性質 溶液的沸點 (Boiling point of solution) 上升
利用沸點上升的度數，可測定未知物的分子量，設在 W1 克的溶劑中含有 W2 克的溶質 (其分子量為M)，測得其沸點上升的度數為ΔTb ，該溶劑的沸點上升常數為Kb ，則 2018/12/3

41 溶液的物理性質 溶液的凝固點 (Freezing point of solution) 下降 ∴ ΔTf = Kf Cm
依照拉午耳的實驗結果，發現溶液凝固點下降的度數 (ΔTf) 和所含非揮發性溶質的重量莫耳濃度 (Cm) 成正比。 ∴ ΔTf = Kf Cm 其中Kf 為溶劑的特定常數(水為1.86 ℃·kg/mol)， 其值隨溶劑的種類而不同。 2018/12/3

42 溶液的物理性質 溶液的凝固點 (Freezing point of solution) 下降
利用凝固點下降的度數，可測定未知物的分子量，設在 W1 克的溶劑中含有 W2 克的溶質 (其分子量為M)，測得其凝固點下降的度數為ΔTf ，該溶劑的凝固點下降常數為Kf ，則 2018/12/3

43 溶液的物理性質 將 468 g 蔗糖 (C12H22O11) 溶解在 350 g 的水中，試問此糖水的沸點為何？ 2018/12/3

44 溶液的物理性質 承上例，試問此糖水的凝固點為何 ？ 2018/12/3

45 溶液的物理性質 將 50 g 葡萄糖 (C6H12O6) 溶解在 350 g 的水中，試問此糖水的沸點為何？ 2018/12/3

46 溶液的物理性質 承上例，試問此糖水的凝固點為何 ？ 2018/12/3

47 溶液的物理性質 已知酒精的沸點為 78.4 ℃，Kb = 1.2 ℃·kg/mol，若將 50.0 g 的非揮發性固體溶解在500 g 的酒精中，測得此溶液的沸點為 79.6 ℃，試求其分子量為何？ 2018/12/3

48 溶液的物理性質 將 10.0 g 的非揮發性固體溶解在 500 g 的水中，測得此溶液的凝固點為 －0.50 ℃，試求其分子量為何？
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49 溶液的物理性質 滲透壓 (Osmotic pressure) 上升 半透膜：動植物體中有許多薄膜，對於不同物質的通過具有選擇性，稱為半透膜。
滲透作用：溶劑分子由稀釋的溶液中通過極薄的多孔膜 (半透膜) 而進入濃溶液的現象，使得濃溶液被稀釋。 2018/12/3

50 溶液的物理性質 滲透壓 (Osmotic pressure) 上升 試求 25.0 ℃時，0.1 M 的糖水之滲透壓為何？
理論上，滲透壓 (π) 和體積莫耳濃度 (CM) 成正比。 試求 ℃時，0.1 M 的糖水之滲透壓為何？ 2018/12/3

51 膠體溶液的種類與特性 膠體溶液 (Colloids solution) 分散系
分散質 (相當於溶質) 分散於分散媒 (相當於溶劑) 所得之分散系 (相當於溶液) ，稱為膠體溶液。此粒子分散，無法利用過濾去除，肉眼亦看不見，如牛奶、面霜等。 分散系 若具有游動性者即為膠體溶液，又稱液膠或溶膠 (Sol) ，如豆漿。 若不具有游動性者為膠凝體，又稱膠凍或凝膠(Gel) ，如果凍。 2018/12/3

52 膠體溶液的種類與特性 分散媒 分散媒為水稱水溶膠 (Hydrosol) 。 分散媒為酒精稱酒精溶膠 (Alcosol) 。
分散媒為氣體稱氣體溶膠 (Aevosol) 。 2018/12/3

53 膠體溶液的種類與特性 膠體溶液的特性 廷得耳效應 (Tyndall effect)
光線通過膠體溶液，因分散質粒子較大，會散射光線而顯現出一條光亮的光通路，此通路肉眼可見。 2018/12/3

54 膠體溶液的種類與特性 膠體溶液的特性 布朗運動 (Brownian movement) 膠體溶液的粒子帶有電荷
光線通過膠體溶液(廷得耳效應 )，並以超顯微鏡垂直觀察，可發現膠體粒子有無數光點，並且不停地作 Z 字形的快速運動，稱布朗運動。 膠體溶液的粒子帶有電荷 膠體粒子均帶有相同電荷，彼此具有相當大的斥力而不能凝聚。 ps:若粒子很大，會因重力關係而沈澱。 2018/12/3

55 電解質與非電解質 電解質與非電解質 若化合物溶解於水後幾乎完全或大部分解離成離子者，稱為強電解質，如 NaCl、KCl 等。
若只有少部分解離成離子者，稱為弱電解質，如 NH4Cl、CH3COOH等。 而完全不會解離成離子者，稱為非電解質， C12H22O6、 H2C2O4 等。 2018/12/3

56 電解質與非電解質 電解質 (Electrolyte)
在固態時不能導電，但於熔融態或水溶液態時能導電 (可在電極上獲得產物) 者，稱為電解質。反之，稱為非電解質 全部的離子化合物均為電解質。 部分的分子化合物 (酸與 NH3) 均為電解質，但其純氣態或純液態均不能導電 (無離子產生)。 電解質水溶液中陰陽離子數不一定相等，但總電量相等，但電性相反，故維持電中性。如 CaCl2(s)  Ca2＋(aq) ＋ 2 Cl－ (aq) 2018/12/3

57 電解質與非電解質 強電解質 (Strong electrolyte)
強酸 (無機酸)：如 HNO3、H2SO4、HCl 及 HClO3 等。 鹼金及鹼土屬之氫氧化物：如 NaOH、Ca(OH)2 等。 鹼金屬及 NH4＋ 之鹽類：如 NaCl、KCl、 NH4Cl 等。 2018/12/3

58 電解質與非電解質 弱電解質 (Weak electrolyte)
弱酸 (多數無機酸)：如HF、H2CO3、H2SO3 、H3BO3 及 H3PO4 等。 大多數有機酸：如 H2C2O4 、RCOOH 等。 氨及大多數有機鹼：如 NH3、RNH2 等。 其他：如 ZnCl2、Cd(CN)2 等。 2018/12/3

59 電解質與非電解質 導電度 (a) 非電解質：如糖溶液，不能導電。 (b) 強電解質：如 CuSO4(aq)，燈泡發強光。
(C) 弱電解質：如 NH3(aq) ，燈泡只有微弱的光。 2018/12/3

60 電解質與非電解質 解離 (Dissociation) 電解質形成離子的作用，稱為解離 。
解離度 (Degree of ionization)：為電解質在溶液中已解離之莫耳數占原來溶液中電解質之總莫耳數的比例，稱為解離度。 2018/12/3

61 電解質與非電解質 在 0.10 M 的 HC2H3O2 溶液中，若溶液中 [HC2H3O2] 為 0.09866 M，則其解離度為何？
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62 溶液中的離子反應 離子固體在水中溶解性的規則
鹼金屬離子 (Li＋、Na＋、K＋、Rb＋、Cs＋) 及銨根離子 (NH4＋) 與大多數陰離子均可形成可溶物質。 硝酸根離子 (NO3－) 、醋酸根離子 (CH3COO－) 等，與大多數陽離子均可形成可溶物質。 氯離子 (Cl－) 、溴離子 (Br－) 、碘離子 (I－) 除了與 Ag＋、Pb2＋、Hg22＋、Cu＋、Tl＋ 所形成的物質難溶外，與其他陽離子所形成的物質皆可溶。 硫酸根離子 (SO42－) 除了與 Ca2＋、Sr2＋、Ba2＋、Pb2＋ 所形成的物質難溶外，與其他陽離子所形成的物質皆可溶。 2018/12/3

63 溶液中的離子反應 離子固體在水中溶解性的規則
硫離子 (S2－) 除了與鹼金屬離子、 NH4＋、鹼土屬離子所形成的物質可溶外，與其他陽離子所形成的物質均難溶。 氫氧根離子(OH－) 除了與鹼金屬離子、NH4＋、Sr2＋、Ba2＋ 所形成的物質可溶外，與其他陽離子所形成的物質均難溶。 磷酸根離子 (PO43－)、碳酸根離子 (CO32－)、亞硫酸根離子 (SO32－)，除了與鹼金屬離子、NH4＋ 所形成的物質可溶外，與其他陽離子所形成的物質均難溶。 2018/12/3

64 溶液中的離子反應 可溶 可溶 可溶 可溶 難溶 可溶 難溶 可溶 可溶 可溶 難溶 可溶 難溶 可溶 難溶 2018/12/3

65 參考資料 圖片來源 其他 Malone 原著，王啟川、李佳芬等編譯之化學 (高立) 林經綸、陳昭雄、鄭永昌等主編之化學 (文京)
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