(3) 倍比定律適用性 : (a) 兩種相異化合物, 具有相同種類的原子 (b) Example: 1 CO CO NO NO 5. 氣體反應體積定律 ( 給呂蕯克提出 ) (1) 內容 : 化學反應中, 反應物或生成物的氣體體積呈簡單整數比 () 影響 : 原子說無法解釋給呂蕯克定律 ( 因為此時

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1 Part 原子的發現與原子結構發展史 一. 原子的發現 1. 拉瓦節提出質量守恆定律 ( 物質不滅定律 ) (1) 內容 : 反應的前後物質的質量不變 () Example: 1 g 的碳與 3 g 的氧生成 44 g 的二氧化碳. 普勞斯特提出定比定律 (1) 內容 : 無論來源或製備方法, 化合物組成重量具有一定比例 () Example: 3. 道耳吞的原子說 (a) 氫燃燒產生水 燃燒反應 H 1 O H O (b) 以氫來還原氧化銅得水 還原反應 H CuO Cu H O (1) 緣由 : 根據質量守恆定律 定比定律揣測 => 提出原子說 () 內容 : (a) 一切物質均由原子組成, 原子為最基本粒子, 不可再分割 (b) 相同來源的原子, 具有相同的質量 性質 (c) 不同元素的原子, 能以最簡單整數比結合成化合物 ( 粒子說 => 整數比 ) (3) 道耳吞原子說的修正 : 4. 道耳吞的倍比定律 (1) 內容 : (a) 原子可分割為更小粒子 : 1 電子 質子 3 中子 (b) 化學反應中原子不滅, 但核反應例外 (c) 同位素的發現 => 證實相同原子具有不同的質量 物性 兩種元素, 如果組成不同化合物, => 固定兩者 質量, 兩者 質量成簡單整數比 () Example: (a) 碳燃燒產生 CO 完全燃燒 C O CO 1g 3g 內容說明 : 別忘了, 在普勞斯特的年代還沒 有原子的概念, 只知不同來源的 同一分子元素重量比相同 (b) 碳燃燒不完全產生 CO 完全燃燒 C O CO 1g 16g 簡單整數比 => 支持道耳吞原子說 1

2 (3) 倍比定律適用性 : (a) 兩種相異化合物, 具有相同種類的原子 (b) Example: 1 CO CO NO NO 5. 氣體反應體積定律 ( 給呂蕯克提出 ) (1) 內容 : 化學反應中, 反應物或生成物的氣體體積呈簡單整數比 () 影響 : 原子說無法解釋給呂蕯克定律 ( 因為此時尚無分子的概念 ) < example > 氫與氯產生氯化氫 + H Cl HCl 圖解說明 : 如果想要以原子說 ( 當時尚無分子概念 ) 解釋體積化合定律, 就會跟 原子是不可分割的概念 抵觸 6. 亞佛加厥定律 (1) 內容 : 同溫同壓, 相同體積的任何氣體 => 具有相同數目的分子 () 貢獻 : (a) 首度提出 分子 的概念 (b) 解釋給呂蕯克定律 + H Cl HCl 重要概念 質量守恆定律 推論 原子說 解釋 倍比定律 倍比定律 無法解釋 氣體反應定律 解釋 亞佛加厥定律

3 二. 原子結構發展史 1. 克魯克斯發現陰極射線 (1) 陰極射線的性質 (a) 直線運動 (b) 遇到障礙物有投影 (c) 可使小風車轉動 (d) 有磁場 電場會偏轉 => 陰極射線帶有 (e) 無論陰極為何種材料, 陰極射線均相同 => 電子為的共有部分 圖解說明 : (a) 電子遇障礙有投影 => 直線運動 (b) 電子使小風車轉動 => 證實為物質. 湯木生測得荷質比 (e/m) <step1> 先外加磁場 e m v r => 求得 (1) e m v r 代號說明 FC: 圓周運動向心力 F: 磁力 V: 電子速率 R: 曲率半徑 圖解說明 : 以上兩個圖即為湯木生 測得荷質比的裝置 <step> 再外加電場 E, 使其作直線運動 => => F = qv = F E = qe E v... 代回 (1) v e m r E r 從 <step1> 經實驗測得曲率半徑 r, 又 E 為外加電場 磁場已知 e 11 => C / Kg m 3

4 3. 米立坎測得電子的電量 (e = 庫侖 ) <step1> 施加一個外加電場, 使油滴作等速運動 因為 F 重力 = mg = F E = qe => mg q ( 油滴總電量 ) E 做數千次實驗取其, 得 e = C 重要概念 1. 由湯木生 => e/m = C/Kg 米立坎 => e = C 19 e => m Kg e m 4. 拉塞福的原子模型 ( 軌道說 ) (1) 前言 : 在拉塞福以前, 因為原子核佔了原子大多數的質量, 一般認為是 => 西瓜 - 西瓜子模型 () 拉塞福的 α 粒子撞擊金箔實驗發現 : 大多數的 α 粒子均不產生偏轉 => 推論得原子核四周均空無一物圖解說明 : => 拉塞福提出軌道說模型湯木生提出西瓜 西瓜子模型 (3) 成功之處 (a) 第一個提出原子核很小, 電子環繞其中的模型 (b) 第一個提出 原子核 概念 (4) 失敗之處 (a) 無法解釋光譜的問題 (b) 無法解釋 H- 原子光譜的放光為何不會導致原子崩潰 M+ e- 之間的吸引力為向心力, 如果放光 => 能量損耗, 向心力損耗無法做圓周運動 => 導致 e- 和 M+ 撞擊 => 原子崩潰 => 但事實是放光的原子不會崩潰 4

5 5. 波耳對氫原子光譜的解釋 (1) 氫原子光譜的緣起 由巴耳麥發現光譜的不連續性 圖解說明 : (a) 左圖為氫原子光譜圖 (b) 右圖為各線系電子釋放能量的能階差示意圖 電子吸收能量後激發到較高的能階, 由高階的電子回到低能階, 能階的能量差異用光能來表現 (a) 來曼線系 => 能階從 n -----> (b) 巴耳麥線系 => 能階從 n -----> (c) 帕申線系 => 能階從 n -----> () 光學基本公式 E = hυ, C = λυ => E = hc/λ 其中,h: 蒲朗克常數 h = JS/ 光子 (3) 波耳對 H 原子光譜的解釋 (a) 氫原子的電子, 在 特定 能階中可以用特定 能量運行 (b) 氫原子在正常狀況下, 電子在 n = 1 的 基態運動, 受激發的電子躍遷到 激 發態 (c) 受激發的電子從激發態回到基態時放出的能量以 光能表現, 此為光譜的成因 (d) 在特定軌道中躍遷, 原子不崩潰 5

6 (4) 波耳能階差公式 n1: 較低能階 n: 較高能階 Z: 原子序 h : 蒲朗克常數 ( J/ 光子 ) 1 E Z hr n1 1 n R : 雷得堡常數 ( S -1 ) 重要數值 :hr = 131 KJ/mole = Kcal/mole 將無限遠處能量訂為零, 可以利用能階差公式定出每個能階的能量, 可將能階定出 能階高低的數值 ( 人為制訂 ) E n Z hr Z 131 n n KJ mol Z n kcal mol (5) 波耳的成功之處 (a) 成功解釋氫原子光譜能量不連續的成因 (b) 成功的計算出放光的光能, 跟巴耳麥所做的實驗吻合 (c) 能量的計算 預估是原子結構的學說裡最準確的一種 (6) 波耳的失敗之處 (a) 雖然成功解釋類氫原子 ( 單電子原子 ), 卻無法解釋多電子原子光譜 ( 註 : 類氫原子 => ) (b) 無法解釋 Zeeman 效應 重要概念 1. 線系的能量 : 線系 > 線系 > 線系 最高能量的巴耳麥線系能量 : 最低能量的來曼線系能量 : 1 hr 1 E 1 hr 1 1 E 1 hr 4 3 hr 4 => n = > n = 1 即佔了整個光譜能量的四分之三. 從能階 n ---> n = 1 有幾種不同波長的光? 6

7 6. 量子力學的原子模型 (1) 量子力學的緣由 由波耳成功建立氫原子光譜並建立能階 軌道模型之後, 後繼的科學家無不極力 解釋或建立以軌道說為主體的原子模型, 但始終沒有人可以用軌道說來解 釋多電子原子模型 () 量子力學和古典力學的差異 古典 : 用確切的 E k ( 動能 ) P( 動量 ) X( 位置 ) 來描述運動狀態 量子 : 用量子數來描述電子在某個位置存在的機率 古典力學 量子力學 運動狀態 軌道說 軌域說 運動描述 Ek P X 量子數 理論依據 牛頓力學 機率 能量 連續 不連續 (3) 量子數建立軌堿 (a) 主量子數 ( 週期 層 ) => 或稱主層 1 主量子數決定 : 電子離核遠近 意義 : 週期 => n = 1 n = n = 3 第一週期 第二週期 第三週期 3 數值容許值 層 => n 愈大, 電子離核愈遠 n = 1,,3,4...n n 值 代號 7

8 (b) 角動量子數 ( 軌域形狀 幾 種 軌域 ) => 或稱 副層 1 角動量子數決定 : 電子空間情形 意義 : 軌域形狀, 每一種 l 值對應一種軌域 3 數值容許值 => l = 當 n = 1 l = n = l = n = 3 l = 角量子數 軌域名稱 4 每種軌域的形狀 S 軌域 ( l = 0) P 軌域 ( l = 1) D 軌域 ( l = ) 8

9 主量子數 角動量子數容許值 對應軌域 n = 1 l = ( 圓型 ) n = l = ( 圓型 ) l = ( 啞鈴型 ) l = ( 圓型 ) n = 3 l = ( 啞鈴型 ) l = ( 花瓣型 ) l = ( 圓型 ) n = 4 l = ( 啞鈴型 ) l = ( 花瓣型 ) l = ( 複雜型 ) 重要概念 1. 愈內層, 軌域種類愈少 => 半徑小, 無法塞下如此多的軌域 => 半徑小, 電子排斥力大, 無法容納多個電子 (c) 磁量子數 ( 軌域方向性 幾個軌域 ) 1 磁量子數決定 => 軌域方向性 數目 意義 => 特定軌域依據不同方向性, 具有不同數目的軌域個數 ( 方向性 ) ex: s 軌域 => 圓只有一種方向性 => m l = p 軌域 => 有 三種方向性 => m l = d 軌域 => 有 dxy dyz dxz dx -y dz 五種方向性 => m l = 3 數值容許值 => m l = => 個軌域 ex: 9

10 s => l = 0 => m l = => 個軌域 p => l = 1 => m l = => 個軌域 d => l = => m l = => 個軌域 4 主量子數 角動量子數 磁量子數的關係表格 ( 層 ) ( 種類 形狀 ) ( 方向性 ) ( 個數 ) 主量子數角動量子數磁量子數軌域個數同層軌域數總和 n = 1 l = m l = n = n = 3 n = 4 n = 5 l = m l = l = m l = l = m l = l = m l = l = m l = l = m l = l = m l = l = m l = l = m l = l = m l = l = m l = l = m l = l = m l = l = m l = 重要概念 1. 第 n 層的軌域個數為個, 可填入個電子 10

11 . n 愈小, 軌域數目少, 可容納電子少 n 愈小, 愈內層,r 愈, 空間 電子排斥力 無法容納過多軌域 => 3. 用三個量子數便可描述軌域, 第四個量子數則是描述填入情形 (d) 旋轉量子數 ( 每個軌域可填入兩個不同方向的電子 ) (a) 意義 => 每個軌域可填入兩個不同自旋方向的電子 (b) 容許值 :S =, 重要概念 1. 同原子的任兩個電子不會有完全相同的四個量子數 => 四個量子數可描述電子的填入情形 => 庖利不相容原理 11

12 (4) 電子組態 (a) 定義 : 一個原子中, 電子的排列情形即為電子組態 (b) 決定電子組態的三原則 1 構築原理 => 電子由能階填到能階 罕德定則 => 每個軌域先填入一個相同自旋的電子 => 再填入不同自旋的電子 3 庖利不相容原理 1 構築原理 => 能階高低判斷原則 單電子原子 ( 類氫原子 ) => n 愈大, 能量 n 相同, 能量相同 多電子原子 => 大者, 能階高 => 如果 n + l 同, 大者能階高 罕德定則 ex : 3P 4 ( 正確 ) Px Py Pz ( 錯誤 ) Px Py Pz 3 庖利不相容原理 ( 正確 ) ( 錯誤 ) l = 0 l = 1 l = l = 3 n = 1 1s n = s p n = 3 3s 3p 3d n = 4 4s 4p 4d 4f n = 5 5s 5p 5d 5f n = 6 6s 6p 6d 6f n = 7 7s 7p 7d 7f 1 圖解說明 : 可利用簡圖得知能階高低

13 (c) For example: H => He => Li => e => => C => (d) 利用週期表求電子組態 <step1> 要背 <step> 寫出正確位置 <step3> 確定最後填到的軌域為何 <step4> 將前面軌域全部 (e) 過渡性元素的電子組態 Sc:[r] Ti:[r] V:[r] Cr:[r] 3d 4 4s Mn:[r] 3d 5 4s Fe:[r] Co:[r] Ni:[r] Cu:[r] 3d 9 4s Zn:[r] 3d 10 4s 重要概念 1. Cr => [r] 3d 5 4s 1 Cu => [r] 3d 10 4s 1 Cr Cu 為例外, 因為 穩定 13

14 (f) 離子狀態的電子組態 ( 甲 ) 陽離子電子組態判斷方法 => 先寫出中性的電子組態, 再移去失去的電子 ( 乙 ) 效應 a. 族元素電子數相同 => 電子組態一定相同 b. 族元素電子數相同 => 電子組態不一定相同 => 因為 族元素先填 ns, 再填 (n-1)d, 但先拆 ns, 再拆 (n-1)d example: Ni:[r] 3d 8 4s Ni Cu:[r] 3d 10 4s 1 Cu + Zn:[r] 3d 10 4s Zn + 重要概念 1. 判斷電子組態 (a) 基態 => 符合 a. 構築原理 b. 罕德定則 c. 庖利不相容原理 (b) 激發態 => 不符合 a. 構築原理 b. 罕德定則 (c) 錯誤 => 不符合庖利不相容原理, 或出現 軌域. 電子組態的用途 (a) 解釋 的規則 (b) 解釋原子形成分子的得失電子情形 ( 律 ) 14

15 國立台中二中實習老師蘇佳俊編製 Part 原子的性質與週期表規律 一. 週期表 建立週期表的歷史 : 原由俄國化學家門德列夫發現, 將原子量由大排列到小, 每隔八個, 原子的性質有相似 之處, 所以利用原子質量的不同創建週期表 後來由莫色勒測量各元素 X 射線的波長建 立了原子序的概念, 才建立現在以原子序來排列的週期表. 符號表示 Z M ( 其中 M: 原子符號 : 質量數 Z: 原子序 ) 質量數 () = 質子數 (Z) + 中子數 (N) 3. 常見名詞解釋 (1) 原子序 : 原子的質子數, 也是原子在週期表上的編號預測原子序, 每兩個相差 n ( 此性質非常重要, 甚至可以預測新元素 ) () 價電子 : 原子中束縛較小的外層電子, 可參與化學反應的電子 族 => ns x np y 即為該原子的價電子 族 => ( n-1 )d x ns y (3) 價電子數 : 價電子的個數 ( x + y ) (4) 價軌域 : 價電子所在的主量子數所包含的軌域 1

16 國立台中二中實習老師蘇佳俊編製 二. 金屬性質 1. 金屬性質的特性. 週期性 (1) 具光澤 () 導電性好 (3) 具延展性 (4) 容易失去電子 小 大三. 游離能 1. 定義 : 中性移去一個電子所需的能量 ( g) (g) e ΔH = 第一游離能 (Ie) ( 必吸熱 ). 比較游離能大小 (1) 一般週期趨勢大 小 () 比較游離能大小 => 先比級數, 級數不同, 再看週期性 (a) 不同級數 X 3+ > Y + > Z + > M > - > - > C 3- (X Y Z M C 代表為不同種的原子 ) (b) 相同級數 a. 同週期 => 鋸齒狀規則 因為半滿 全滿穩定 b. 同族 小

17 國立台中二中實習老師蘇佳俊編製 重要概念 1. 連續游離能 ( g) (g) e => ΔH = 游離能 e => ΔH = 游離能 (g) (g) e 3 => ΔH = 游離能 ( g) (g) E n. 如果 3. 4 E n1 => 價電子數個 3. 第 n 游離能必吸熱, 但陰離子的游離能則不一定 3

18 國立台中二中實習老師蘇佳俊編製 四. 原子半徑 1. 比較原子半徑大小 (1) 不同級數 X 3+ < Y + < Z + < M < - < - < C 3- () 同級數 => 看週期性 小 大 重要概念 1. 原子半徑大小和游離能趨勢剛好相反, 但沒有鋸齒狀規則 五. 電子親和力 1. 定義 : 吸引一個電子成負離子的放熱大小 => ΔH = 電子親和力 (Ea) ( g) e (g). 比較電子親和力大小 (1) 週期性大 小 () 一般而言, 電子親和力的例外較多, 較無規則 (a) (ns ) N(s p 3 ) 8(ns np 6 ) 陰離子為吸熱, 其餘放熱 (b) 7 放熱最大 :Cl > F > r > I 重要概念 1. 的電子親和力和 - 的游離能等值異號 => ΔH = Ea ( g) e (g) g) (g) ( e => ΔH = IE. 電子親和力 :Cl > F > r > I 游離能 :Cl - > F - > r - > I - 4

19 國立台中二中實習老師蘇佳俊編製 六. 電負度 1. 定義 : 當原子形成化學鍵時, 對共用電子的吸引力 金屬性質愈高 => 電負度愈 金屬性質愈低 => 電負度愈 => 非金屬對共用電子的吸引力較強. 比較電負度大小 (1) 週期性 大 小 () 電負度大小 ( 必背 ) > > > > > 3. 電負度在高中化學的五大重要定性判斷 (1) 形成鍵的性質 => 離子鍵或共價鍵 => 鍵的偏極化情形 () 路易士結構式決定中心原子 (3) 強電負度形成氫鍵 => 分子間作用力 (4) 酸鹼性的判斷 => 拉電子基多者酸性強 (5) 氧化數判斷 => 電負度大者完全得到兩個電子 5

20 一. 化學鍵理論 1. 當原子形成一穩定的分子時, 必然存在一相互作用力, 且放出能量. 化學鍵強度 : (1) 離子鍵 => KJ/mole () 共價鍵 => KJ/mole (3) 金屬鍵 => KJ/mole 3. 共價鍵有方向性, 離子鍵 金屬鍵沒有 二. 化學鍵的種類 1. 化學鍵的種類 (1) 金屬鍵 ( 形狀 : 金屬晶體 ) () 離子鍵 ( 形狀 : 離子晶體 ) 極性共價鍵 (3) 共價鍵非極性共價鍵 ( 形狀 : 共價網狀晶體 共價分子 ) 配位共價鍵 重要概念 1. 沒有 100% 的離子鍵或共價鍵, 只有程度上的差異. 決定離子鍵 共價鍵的性質 => 電負度. 金屬鍵 (1) 模型 : 在金屬晶體或合金中, 將兩個或更多金屬原子結合在一起的吸引力 () 條件 : (a) 具有 or 的價電子 - 自由電子, 稱為電子海 (b) 空價軌域多 ( 良導體 ) (3) 性質 : (a) 具有延展性 (b) 電的良導體 價帶理論 (a) 金屬的性質 => 具有延展性 ( 和離子固體比較 ) 圖 : 金屬的電子海模型 1

21 離子受力的撞擊 同性電荷產生斥力 金屬遭受力的撞擊 離子晶體受力的撞擊, 會使同性的電荷接近 => 金屬同為陽離子, 因為自由電子為各個金屬原子共用, 不會讓帶正電的核直接互相 接觸 => 具有 (b) 電的良導體 價帶理論 傳導帶 價帶 (a) 金屬 傳導帶 價帶 Eg (b) 半導體 傳導帶 價帶 Eg (c) 絕緣體 價帶 : 原子的價電子填在軌域上所形成的能量帶 傳導帶 : 未被電子佔據的空軌域 Eg 大 => 傳導性差, 絕緣體 (c) Eg (energy gap): Eg 小 => 傳導性好, 金屬 (a) 半導體的 Eg 介於 (a) (c) 之間 純矽導電性很差, 需摻雜 III V 元素, 如果摻雜 V 多一個自由電子, 摻雜 III, 則形成電洞 Si 摻雜 III 元素 => 型半導體 Si 摻雜 V 元素 => 型半導體

22 3. 離子鍵 ( 金屬 - 非金屬 ) (1) 模型 : 一個帶正電的陽離子跟一個帶負電的陰離子藉著庫侖吸引力互相吸引 產生的化學鍵 () 條件 : 結合原子電負度相差 1.7 以上 (3) 能量圖 圖解說明 : 左圖為離子形成時的能量圖原子距離 > 鍵長 => 則庫侖吸引力大於排斥力原子距離 < 鍵長 => 則庫侖排斥力大於吸引力原子距離 = 鍵長 => 則庫侖排斥力 = 吸引力 ( 最穩定狀態 ) (a) 鍵結能量比較 1 陰陽離子 1 : 1 型 : 先比電荷, 電荷大者庫侖吸引力強 => 離子鍵強 電荷同再比半徑, 半徑小, 庫侖吸引力大 => 離子鍵強 ex : 比較下列離子晶體的鍵能 ( 熔點 ) 大小 非陰陽離子 1 : 1 型 MaO CaO LiF NaCl 比較原理 : 法楊規則 (Fanjan s rule) 離子性強 => 熔沸點高 比較方式 共價性強 => 熔沸點低 a. 電負度差異大 ( 離子性強 ) => 熔沸點高 b. 電負度差相同 => 比陽離子電荷, 陽離子電荷大 => 共價性強 example : 比較下列離子晶體的熔點大小 a. acl SrCl CaCl MaCl ecl b. SnCl SnCl 4 (b) 離子鍵化合物形狀 => 離子晶體 3

23 4. 共價鍵 ( 非金屬 - 非金屬 ) (1) 模型 : 兩個結合原子共用電子對而成 () 條件 : 兩原子軌域有相同性, 共用同一對電子 (3) 能量圖 : 圖解說明 : 左圖為共價鍵形成時的能量圖原子距離 > 鍵長 => 則吸引力大於排斥力原子距離 < 鍵長 => 則排斥力大於吸引力原子距離 = 鍵長 => 則排斥力 = 吸引力 ( 最穩定狀態 ) (4) 共價鍵的種類 (a) 以電子的提供者來劃分非配位共價鍵 : 共價鍵上的鍵結電子, 為兩個原子各提供一個電子配位共價鍵 : 由同一原子提供電子對 (b) 以共價鍵重疊程度不同來劃分 => σ π 鍵 1 σ 鍵 : 由兩個原子之間的軸對稱軌域結合而成每個鍵結原子間必有一個 σ 鍵, 也只有一個 σ 鍵 π 鍵 : 由兩個 P 軌域之間的平行對稱軌域結合而成當共價鍵具有多鍵的情況下, 一個為 σ 鍵, 其餘為 π 鍵 重要概念 1. 以鍵的強度而言,σ 鍵較 π 鍵強, 因為其電子雲的重疊程度較高. σ 鍵為分子結構的骨幹,π 鍵只是增加電子雲的密度 (c) 以鍵是否具有極性來分類 1 非極性共價鍵 => 兩個鍵結原子為相同原子 極性共價鍵 => 兩個鍵結原子為不同原子 4

24 (5) 共價鍵的強弱 (a) 先比鍵數, 鍵數愈多 => 共價鍵則愈強 (b) 鍵數相同, 再比鍵的長短, 鍵愈短 => 共價鍵則愈強 [ 例外 ] <example> 比較下列鍵能的大小 N Cl O F r I (6) 共價鍵的長短 => 兩原子間如果共價鍵愈強, 則鍵愈短 (a) 先比鍵數, 鍵數愈多 => 鍵長愈短 (b) 鍵數相同, 再比原子半徑大小, 半徑長 => 鍵長愈長 5

25 三. 偶極矩 1. 定義 : 兩原子所形成的共價鍵, 其電子偏移程度的情形 (1) 偏移大者 => 極性強 () 偏移小者 => 極性弱 => 化學鍵較具離子性 => 化學鍵較具共價性. 意義 : 電負度差距大, 偏移情形大 => 極性大 ( 離子性質強 ) 電負度差距過大 (1.7 以上 ) => 離子鍵偶極矩代表意義 : 離子鍵程度大小 3. 表示法 : 形成化學鍵原子中, 電負度大者帶部分負電荷 (partial charge) 形成化學鍵原子中, 電負度小者帶部分正電荷箭頭指向電負度大者, 代表部分電荷轉移 δ + δ - C O 4. 公式 :μ = δ r 計算方法 :4.8 D = ( C ) m (1 埃 ) 代號說明 : μ => 鍵矩 δ => 部分轉移電荷 r => 鍵長 5. 電偶極本身為一種向量 (1) 非對稱性多原子分子 => 極性分子 () 對稱性多原子分子 => 非極性分子 6

26 重要概念 1. 有電偶極的分子不一定為極性分子. 極性分子也不一定有電偶極 3. 離子鍵 => 極化很大的共價鍵 4. 沒有百分之百 5. 極性溶極性, 非極性溶非極性 ( 分子間作用力 ) 7

27 四. 形狀 1. 晶體結構 (1) 晶體 (a) 何謂晶體? 組成原子以一種有規律的排列所成的形狀稱為晶體 (b) 性質 => 排列整齊 => 不斷延伸 ( 以實驗式當作化學式 ) => 具有規律性 ( 用晶格來代替大分子作化簡計算 ) (c) 典型晶體形狀物質 擴大 O C a. 金屬晶體 b. 離子晶體 晶體 晶格 c. 共價網狀固體 圖解說明 : 由於晶體難以計算, 故擴 大假想, 以晶格計算之 () 名詞解釋 (a) => 組成原子以一種有規律的排列所成的形狀稱為晶體 (b) => 由於晶體難以觀察 計算, 故擴大假想為一格子狀的晶格 圖解說明 : 由此圖, 可看出角心佔了一個 原子的 1/8 (c) (d) => 目的 : 方便想像 => 以最小 重覆晶格單位 為一個單位晶格 位置表示 : 角心 => 在晶格的角落, 佔一個原子的 邊心 => 在晶格的邊上, 佔一個原子的 面心 => 在晶格的面上, 佔一個原子的 圖解說明 : 由此圖, 可看出面心佔了一個 原子的 1/ (e) (f) 體心 => 在晶格的中央, 佔一個原子的 => 距離最近的原子個數 堆積效率 => 原子在晶格內實佔的體積百分比 8

28 (3) 單一原子堆積 => 金屬固體的形狀 (a) 非最密堆積 1 (b) 最密堆積 1 (a) 非最密堆積 (b) 最密堆積 (a) 非最密堆積 1 例子 : 簡單立方 a. 圖例 透視 D C 擴大假想 D C D C b. 各項數據 ( 甲 ) 單位晶格原子數 : ( 乙 ) 排列方式 : 圖解說明 : 此為簡單立方剖面圖, 可知 有八個角心位置 ( 丙 ) 配位數 : ( 丁 ) 邊長與半徑的關係 : ( 戊 ) 堆積效率 : 9

29 例子 : 體心立方 c. 圖例 O D C 組成 透視 假想擴大 對照 O C d. 各項數據 ( 甲 ) 單位晶格原子數 : ( 乙 ) 排列方式 : ( 丙 ) 配位數 : 圖解說明 : 此為簡單立方剖面圖, 可知有八 個在角心位置, 一個在體心位置 ( 丁 ) 邊長與半徑的關係 : D = l ; DC = l => C = l; 又 = l => C = = ( 戊 ) 堆積效率 : e. Example 10

30 (b) 最密堆積 1 立方最密堆積 => CC 六方最密堆積 => 最密堆積的方式有兩種 第一層 圖 (a) 第二層 當第二層的 確定, 周圍的三個洞 均不可填, 但非周圍的原子則可 圖解說明 : 注意看! 對每個 而言, 周圍三個均為空洞, 即為 C 位置 當第一個 填入時, 其它均已決定, 沒有其它選擇 第三層 11 排列 C 排列 C C C C C C C C C 圖解說明 : (a) 對 排列而言, 第三層再填入原本的第一層 排列中 (b) 對 C 排列而言, 第三層填入第二層的空隙中

31 重要概念 1. 第一層 => 只有一種排列第二層 => 當第一個 決定後, 周遭三個空洞不可再填入, 會卡到 => 填入第二層, 也只有一種排列第三層 : (1) 選擇填到原來第一層的 處 => 空洞處不可再填 => 排列 () 選擇填到空洞處 => 處不可再填 ( 跟圖 (b) 所表示相同 ) => C 排列. 依據乘法原理第一層 :1 種第二層 :1 種 => 共 1 1 = 種組合第三層 : 種 => : 堆積 => C: 堆積 1

32 1 立方最密堆積 ( 面心立方結構 ) => CC 結構 a. 圖例 : 註 : 綠色代表在面心位置, 藍色在角心位置, 並非表示不同原子 O C 躺平 躺平 集中 O C 假想擴大 對照 躺 平 O b. 各項數據 C ( 甲 ) 單位晶格原子數 : ( 乙 ) 排列方式 : ( 丙 ) 配位數 : 圖解說明 : 此為面心立方剖面圖, 可知有八個 在角心位置, 六個在面心位置 ( 丁 ) 邊長與半徑的關係 : = l ; C = l => C = = ( 戊 ) 堆積效率 : 13

33 c. 圖解說明 => CC 圖解證實 :C 型最密堆積為立方最密堆積 1661 排列證實面心 為 C 型最密堆積 面心 C 面心 373 排列證實面心為 C 型最密堆積 C 註 : 紅色部分是 4, 淺藍色部分是 5, 所以為 454 排列 14

34 六方最密堆積 => d. 圖例 ( 綠色 黃色並非代表不同種的原子, 而是不同層 ) 躺平 躺平 平躺 集中 假想擴大 e. 各項數據 ( 甲 ) 單位晶格原子數 : ( 乙 ) 排列方式 : ( 丙 ) 配位數 : 最密堆積的配位數必為 圖解說明 : 以紅色為中心, 一共有 1 個原子接觸 => 配位數 1 ( 丁 ) 堆積效率 : 15

35 重要概念 1. 表格整理 晶格名稱簡單立方體心立方面心立方 簡圖 立體圖 單位晶格原子數 配位數 R 跟 l 的關係 單位晶格堆積的 密集程度. 金屬及其堆積對照表 16

36 (4) 陰陽離子堆積 => 離子晶體堆積 (a) 體心立方堆積 a. 圖例 代表氯離子 代表銫離子 假想擴大 O 對照 O D C 單位晶格 C b. 各項數據 ( 甲 ) 單位晶格原子數 對銫離子而言, 原子數 => 對氯離子而言, 原子數 => 個 個 ( 乙 ) 配位數 對銫離子而言, 配位數 => 對氯離子而言, 配位數 => 個 個 圖解說明 : 對中心 氯離子來說, 也同時具 ( 丙 ) < r r < 有八個銫離子配位 ( 丁 ) 邊長與 r + r - 之間的關係 : D = l ; DC = l => C = ; 又 = l => C = = c. 例子 ex:cscl 17

37 (b) 雙面心立方堆積 ( 八面體結構 ) 代表氯離子 O C D E 代表鈉離子 氯 鈉離子均在 面心位置 C O D E 假想擴大 對照 單位晶格 a. 圖例 O b. 各項數據 C D E ( 甲 ) 單位晶格原子數 對鈉離子而言, 原子數 => 對氯離子而言, 原子數 => 個 個 圖解說明 : ( 乙 ) 配位數 對中心 鈉離子而言, 具有六個氯離子配位 對鈉離子而言, 配位數 => 對氯離子而言, 配位數 => 個 個 ( 丙 ) < r r < ( 丁 ) 邊長與 r + r - 的關係 : c. 例子 => C = + = ex : NaCl 18

38 (c) 四面體結構 代表鋅離子 代表硫離子 從晶格中取 1/8 a. 圖例 b. 各項數據 ( 甲 ) 單位晶格原子數 對硫離子而言, 原子數 => 對鋅離子而言, 原子數 => 個 個 ( 乙 ) 配位數 對硫離子而言, 配位數 => 個 圖解說明 : 對硫離子來說, 也同樣有四個 鋅離子配位 對鋅離子而言, 配位數 => ( 丙 ) 陰陽離子半徑比 : < r r < 個 c. 例子 ex : ZnS 19

39 [ 補充 ] r r 與離子晶體組成的關係 ( 證明 ) 1. 體心立方 (CsCl) 代表氯離子 代表銫離子 O O C D C 1 0 = C = 因為 C 均大於 倍的 r -, 選 > r - => 因為 較小 所以 又 C = 3 l = ( r r ) =>. 雙面心立方 (NaCl) D C 代表氯離子 代表鈉離子 D C 1 0 D = CD = => C = 0 又 C > r 0

40 平面三角形 四面體結構 雙面心結構 體心立方晶體 立方體洞 四面體洞 八面體洞 八配位 四配位 六配位 晶格 晶格 晶格 1

41 重要概念 1. 離子晶體表格整理 體心立方堆積雙面心立方堆積面心立方堆積平面三角形 Example CsCl NaCl ZnS 晶格圖例 r r 1 ~ ~ ~ ~ 配位數 單位晶格 氯 : 鈉 : 鋅 : 原子數 銫 : 氯 : 硫 : 位置. 單一原子組成晶體 => 金屬晶體, 重點在於哪些原子有接觸 => 求出 r 與 l 之間的關係兩種原子組成晶體 => 離子晶體, 重點在於哪些原子有接觸 => 求出 r + r - 與 l 之間的關係 3. 離子晶體接觸原則 : 同性相斥不接觸, 異性相吸接觸

42 (5) 共價網狀晶體 (a) 性質 : 具高熔 沸點, 排列整齊有規律性 (b) 常見的共價網狀晶體 a. 鑽石 1 圖例 ( 如右圖 1) 性質 b. 石墨 具高熔點 ( 3350 ) 硬度高, 工業上用為切割工具 每個碳周圍有 4 個碳原子, 為 sp 3 混成軌域 1 圖例 ( 如圖 圖 3) 圖解說明 1: 在鑽石結構中, 每個碳原子, 周圍均有四個碳原子配位 圖解說明 : 石墨的結構中, 單層的分子周 圍有 3 個碳原子配位 圖解說明 3: 石墨的結構中, 在層與層之間, 均 有分散力, 因此層與層之間易滑動 性質 具高熔點 ( 較鑽石略高 ) 每個碳具有鍵, 為平面層狀結構, 層與層之間有凡得瓦力吸引,π 電子為非定域化電子, 可自由流動, 因此可導電 層跟層之間易滑動, 可用做潤滑劑 每個碳周圍有 3 個碳原子, 為 sp 混成軌域 圖解說明 4: 在矽結構中, 每個矽原子, 周 圍均有四個矽原子配位 c. 矽 1 圖例 ( 如左圖 4) 性質 具高熔點 導電性介於絕緣體與導體之間, 為半導體材類 3

43 每個矽周圍有 4 個矽原子, 為 sp 3 混成軌域 d. 矽氧化物 1 圖例 ( 如右圖 ) 性質 具高熔點 為玻璃的主要材料 每個矽周圍均有 4 個氧原子配位 => 實驗式為 SiO e. 硼氮化物 4

44 4. 分子形狀的預測 價鍵理論 : 此為一種經驗式, 即中心原子與外圍原子易形成的鍵結關係 中心原子鍵結形式 example C CH CF 4 4 CCl 4 碳原子 C C H 4 C Cl 4 C C H C Cl N NH 3 NCl 3 氮原子 N 氧原子 N O O N HCN H O CH 3 OH O 鹵素及氫 X H HCl Hr I H 5

45 一般而言, 分子形狀可藉由三種方法決定 (1) 路易士電子點式 () 價殼層電子對排斥理論 VSEPR (Valence Shell Electron Pairs Repulsion Theory) (3) 等電子素 (1) 路易士電子點式 (a) 優點 : a. 簡單表示電子在空間中排列情形 b. 可預測結構 c. 可以得知是否有 d. 外圍原子的孤對電子對亦可明白表示 (b) 缺點 : a. 無法得知空間中的立體形狀 b. 第三週期的 5 ~ 7 原子當中心時, 無法以八隅體理論說明 (c) 方法 : <step1> 決定中心原子 1 先比鍵結量, 鍵結量大者為中心原子 鍵結量相同, 個數少的為中心原子 <step> 安排中心原子與外圍原子的相對位置, 原則上以對稱為主每個原子間以一個共價鍵相連 <step3> 計算總價電子數 <step4> 電子的扣除順序 a. 扣除原子間的共價鍵, 每個鍵 b. 滿足外圍原子的 c. 餘下電子則為中心原子的 <step5> 檢查中心是否符合八隅體, 不符合 => 考慮 共振 => 當中心原子不滿足八隅體時, 外圍原子的孤對電子對進行電子 的非定域化運動, 使得中心原子滿足八隅體的行為, 稱為共振 6

46 (d) Example: 請畫出下列各項路易士電子點式, 如有共振, 亦明白表示之 1 CH 4 CF 4 3 NH 3 4 H O 5 SO 4 6 SO 3 7 CO 8 N 9 HCN 10 SO 11 SO 1 3 H SO 13 HNO H 3PO 4 (e) 八隅體的例外 a. 中心價電子少於 4 的物種 ( electron deficient ) ex: ef F 3 b. 總價電子數為奇數的分子 => 自由基分子 ex: NO NO N O 4 c. 第三週期外 ( 含第三週期 ) 的中心原子, 可能會超過八個電子 ex: PCl 5 SF 6 O O N O O N N O O 7

47 (f) 共振結構與鍵能 鍵長的關係 8

48 () 價殼層電子排斥理論 (VSEPR) (a) 優點 : (b) 缺點 : (c) 方法 : a. 可預測分子的形狀 b. 可知是否為 => 分子間作用力 c. 適合中心原子不符合八隅體結構的形狀預測 a. 不可得知是否有 π 鍵 b. 不可得知是否有共振結構 分子 : X me n : 中心原子 X: 外圍原子 E: 孤對電子對 (lp ) <step1> 求出 m => <step> 求出 n = <step3> 求出 m + n <step4> 決定分子幾何形狀原則 :a. 考慮 m + n 在空間中最小排斥 b. 孤對電子對 (lp) 不列入空間考慮 c. 排斥大小 : > > 圖解說明 : 左圖為 VSEPR 示意圖, 試想在綁氣球時, 為何氣球會呈現左圖的形狀呢? (d) 各個排斥的形狀 a. 空間排斥數 m + n = lp 個數 n = 0 空間排斥情形 形狀 鍵結軌域 9

49 b. 空間排斥數 m + n = 3 lp 個數 n = 0 n = 1 空間排斥情形 形狀 鍵結軌域 c. 空間排斥數 m + n = 4 lp 個數 n = 0 n = 1 n = 空間排斥情 形 形狀 鍵結軌域 d. 空間排斥數 m + n = 5 lp 個數 n = 0 n = 1 n = n = 3 空間排斥情 形 形狀 鍵結軌域 30

50 e. 空間排斥數 m + n = 6 lp 個數 n = 0 n = 1 n = 空間排斥情形 形狀 鍵結軌域 (e) 表格整理 排斥 總數 電子雲形狀 外圍原 子數 分子式 bp lp 數分子形狀 example 直線 X bp 0lp 直線 ecl 3 平面三角形 4 四面體 5 雙三角錐 6 八面體 3 X 3 3 bp 0 lp 平面三角形 I 3 F 3 X bp 1 lp V 型 SnCl PbCl 4 X 4 4 bp 0 lp 四面體 F CH X 3 3bp 1 lp 角錐形 NH PH 3 3 X bp lp 角形 H O H S 5 X 5 5 bp 0 lp 雙三角錐 PH 5 4 X 4 4 bp 1 lp 翹翹板形 SF 4 TeCl 4 3 X 3 3 bp lp T 型 rf 3 X bp 3 lp 直線 I 3 XeF 6 X 6 6 bp 0 lp 八面體 SF 6 I 5 X 5 5 bp 1 lp 金字塔形 IF 5 rf

51 (f) 鍵角大小比較鍵角大小 <step1> 先比 m + n => m + n 不同 => m + n, 鍵角大 m + n 相同 => n 者, 鍵角大 <step> m + n 相同,n 也相同 => 比較電負度大小 => 中心原子電負度大 => 電子較靠近中心原子 => 排斥大, 鍵角較外圍原子電負度大 => 電子較靠近外圍原子 => 排斥小, 鍵角較 (3) 等電子素 (a) 原理 : 利用等量的價電子數, 用 類比 形狀原則來決定分子形狀 (b) 原則 : a. 同族價電子數相同 b. 熟記各種代表性分子的形狀 c. 同價電子, 且同原子數 => 同形狀 (c) 例子 N a. => c. => C b. => O 3

52 (4) 鍵結原理 (a) 軌域重疊的概念 從原子化合成分子的過程中, 原子間的價軌域重疊而成分子軌域 1 軸間的對稱 => 形成 σ 鍵 a.s S 軌域對稱形成 σ 鍵 + b. S P 軌域對稱形成 σ 鍵 + 重疊 c. P P 軌域對形成 σ 鍵 + 重疊 兩個平行的 P 軌域重疊形成的化學鍵 π 鍵 : + 重疊 (b) 混成軌域的概念 : 1 提出理論的原因 : 由於做實驗的時候發現, 在同一化合物中, 每個鍵的長度 強度均相同, 與軌域重疊的理論不符 對形狀及鍵角的解釋 a. 氫的分子軌域 H H H 重疊 + 1 s 1 s 利用軌域重疊理論即可解釋氫分子理論 33

53 圖解說明 : 如果也用軌域重疊理論來說明甲 烷分子的話, 那如何解釋四個不 同的鍵結, 卻有相同鍵長 能量? b. 甲烷的分子軌域 重疊重疊重疊重疊 3 混成軌域的條件 能量相近 => 中心原子的價軌域需能量相近方可混成 提升條件 : 如果可多形成共價鍵, 又有能量相近的價軌域可供提升 => 進行提升週期需提升不需提升說明 第二週期 I~IV V~VII 第三週期 均可提升 s 電子可提升至 p, 但 p 電子沒有 d 軌域可供提升因為 3s 3p 均可提升至 3d 軌域, 故均可提升 4 混成軌域的性質 有 n 個軌域參與混成, 可得 n 個混成軌域 此 n 個混成軌域中, 每個混成軌域能量相同 性質相同 混成後含有一個電子 => 形成 σ 鍵 5 各種混成軌域 混成軌域 名稱 混成後含有二個電子 => 形成孤對電子對 參與混成的軌域 s p d 混成軌 域個數 夾角 幾何形狀 sp 直線 sp 平面三角形 3 sp 正四面體 dsp 平面四邊形 3 dsp 雙三角錐 d sp 正八面體 34

54 < step1 > 先決定中心混成軌域 < step > 再安排周圍原子 sp 混成軌域 < example1 > eh 的混成軌域 提升 s p 混成 sp s p e 的原子軌域 形成 eh 分子 e 的原子軌域 sp 混成軌域 sp < example 1 > F 3 混成軌域 提升 s p 混成 sp s p 的原子軌域 形成 F 3 分子 的原子軌域 sp F 3 分子軌域 sp 3 混成軌域 < example 1 > CH 4 混成軌域 提升 s p 混成 sp 3 s p C 的原子軌域 形成 CH 4 分子 C 的原子軌域 35 sp 3 CH 4 分子軌域

55 < example > NH 3 混成軌域 混成 s p sp 3 形成 NH 3 分子 N 的原子軌域 sp 3 NH 3 分子軌域 < example 3 > H O 混成軌域 混成 s p sp 3 形成 H O 分子 O 的原子軌域 O 的原子軌域 sp 3 H O 分子軌域 重要概念 1. 氮和磷同族, 具有相同的價電子, 為何有 PH 5 PH 3 ; 卻只有 NH 3, 而無 NH 5?. 為何有 HIO 4 HrO 4 HClO 4, 卻沒有 HFO 4? 36

56 分子間作用力 (intermolecular force ) 一. 分子間作用力 氫鍵 偶極 偶極力 凡得瓦力偶極 誘導偶極力 誘導偶極 誘導偶極力 1. 分子間作用力的種類 (1) 氫鍵 ( Hydrogen bonding ) () 凡得瓦力 ( Van der waals force ). 分子間作用力的影響 ( 高中物性最重要的判斷依據 ) (1) 物質三態變化 ( 熔 沸點大小 蒸氣壓大小 ) () 氣體的性質 ( 理想氣體 or 非理想氣體 ) (3) 溶液的性質 ( 理想溶液 or 非理想溶液 ) (4) 互溶性 ( 極性溶極性 非極性溶非極性 ) 3. 分子間作用力的大小 (1) 氫鍵 => 5 ~ 40 kj / mol () 凡得瓦力 => 小於 5 kj /mol 二. 氫鍵 ( Hydrogen bonding ) 圖解說明 : 具高電負度原子上接氫的分子, 熔沸點有不正常上升的現象, 因而發現氫鍵的存在 1. 氫鍵的發現 : 以往在氫化物的分子的熔沸點的比較, 常常發現, 分子量愈大, 熔沸點愈高, 但在某些具有高電負度原子的分子中發現, 熔 沸點具有不正常的大小排序. 形成氫鍵的原理 (1) 形成氫鍵的條件 (a) 氫接在電負度大的原子上 ( F O N ) (b) 另一個分子亦有電負度大的原子, 且此電負度大的原子需具有孤對電子對 R X H Y R ( 其中,X Y = F O N) () 形成氫鍵的原理 (a) 電負度大的原子拉走電子, 使氫上帶部分正電荷 (b) 另一分子的孤對電子配位在氫上, 形成類似配位共價鍵的作用力 1

57 3. 氫鍵的能量大小 => 5 ~ 40 kj 其中以 HF 形成的氫鍵為最強氫鍵, 約在 40 KJ / mole 熔 沸點比較 : H O HF NH 3 4. 氫鍵的類型 (1) 分子間氫鍵 : Ex : H O NH 3 HF () 分子內氫鍵 : (a) 形成條件 a. 形成五員環或六員環 b. 鏈狀分子上的分子內氫鍵 => 順式 ( 距離太遠沒有氫鍵 ) c. 苯環上的分子內氫鍵 => 鄰位 ( 距離太遠沒有氫鍵 ) (b) Example: a. 鄰羥基苯甲酸 ( 柳酸 ) b. 順 丁醯二酸 O C O H O H H O C H O HO C C C H O c. 柳醛 d. 鄰苯二酚 H C O O H O H O H (3) 特殊氫鍵 :( 氫不接在電負度大的原子 ) (a) 氯仿和丙酮之間的特殊氫鍵 ( 因此為負偏差溶液 ) Cl Cl C Cl H O C CH 3 CH 3 (b) HCN 之間的特殊氫鍵

58 5. 氫鍵的影響 (1) 分子間氫鍵使物質的沸點升高 ( 分子內氫鍵則降低此效應 ) () 氫鍵越多, 黏滯性愈大 Ex: 黏滯性 :( 甘油 ) 丙三醇 > 乙二醇 > 乙醇 H H H H H H H H C C C H H C C H H C C OH OH OH OH OH OH H 甘油 ( 丙三醇 ) 乙二醇 乙醇 H (3) 有氫鍵者易互溶 ( 分子間吸引力大 ) (4) 水具有高熔 沸點 氣化熱 表面張力 ( 分子間吸引力大 ) (5) 水的體積比冰小水冷卻為冰時, 由於水分子本身有兩個氫原子, 加上兩對孤對電子對形成氫鍵吸引另兩個氫原子, 圖解說明 : 水分子本身身有兩個氫原子, 加上兩對孤對電子對形成氫鍵吸引另兩個氫原子, 造成冰原子的四面體結構 圖解說明 : 水分子排列整齊後, 因氫鍵形成六角形結構, 造成結構的空洞化, 反而使體積增加 (6) 氫鍵對氟化氫結構的影響 (a) 固態 液態長鏈結構 (b) 氣態產生 (HF) n 的分子 3

59 (7) 在非水溶液 ( 有機溶劑 ) 中, 羧酸類產生二聚現象 R C O O H H O O C CH 3 重要概念 1. 羧酸在水溶液中 => 解離 ( 因為水為極性溶劑 ). 羧酸在非水溶劑中 ( 有機溶劑 ) => 二聚體 (8) 蛋白質分子具分子內氫鍵, 因此有 α 螺旋結構 如右圖, 因為有分子內氫鍵, 所以呈現螺旋結構 (9) 蛋有分子間氫鍵, 具黏滯性, 經烹煮後破壞分子間氫鍵, 蛋的 透明膠狀性質消失 4

60 三. 凡得瓦力 ( Van der wall force ) 偶極 偶極力 ( 極性分子 極性分子作用力 ) 凡得瓦力偶極 誘導偶極力 ( 極性分子 非極性分子作用力 ) 1. 偶極 偶極力 (1) 形成 : () 示意圖 : 誘導偶極 誘導偶極力 ( 非極性分子 非極性分子作用力 ) 極性分子的偏正電荷端與偏負電荷端接近, 產生互相吸引的吸引力, 此種 分子間作用力稱為偶極 偶極力 極性分子 極性分子 (3) Example : HCl 分子之間, 即具有偶極 偶極力 重要概念 1. 氫鍵即是很強的偶極 偶極力 圖解說明 : 由於氯的電負度較大, 所以電子較偏氯, 帶部分負電荷, 而氫帶部分正電荷, 負電荷與正電荷彼此吸引, 形成偶極 偶極力. 偶極 誘導偶極力 (1) 形成 : 極性分子和非極性分子接近時, 極性分子之電偶極誘導非極性分子產生瞬間偶極, 此種分子間作用力稱為偶極 誘導偶極力 () 示意圖 極性分子 非極性分子 圖解說明 : 氧本來沒有極性, 但由於水分子的氧分子帶部分負電荷, 所以在氧接近的瞬間, 將氧分子誘導為瞬間的極性分子, (3) Example: 稱為誘導偶極 水分子與氧分子之間即是偶極 誘導偶極力 5

61 3. 誘導偶極 誘導偶極力 ( 分散力 ) (1) 形成 : () 示意圖 : 兩個非極性分子, 在接近的瞬間, 產生誘導偶極的力, 此種作用力稱為 誘導偶極 誘導偶極力, 又稱為分散力 非極性分子 非極性分子 圖解說明 1: 分子 分子均沒有極性, 彼此接近 圖解說明 : 由於電子在分子內移動, 造成 在某一個瞬間有偏極化情形 圖解說明 3: 分子受到 分子的誘導, 也 產生瞬間偶極化的情形 (3) Example : 氧分子 氧分子之間沒有極性, 為誘導偶極 誘導偶極力 重要概念 1. 任何分子間均有分散力. 分散力大小受分子形狀影響 ( 接觸面積 ) 3. 偶極 偶極力 > 偶極 誘導偶極力 > 誘導偶極 誘導偶極力 4. 因為任何分子間均有分散力, 因此比較熔沸點優先考慮分散力, 極性相對比較不重要 5. 電子愈多, 產生瞬間偏極化的機率大, 因此電子愈多分散力愈大, 但考慮分子量較方便 6. 粒子間作用力方向性問題 : 有方向性 => 共價鍵 氫鍵 偶極 偶極力 偶極 誘導偶極力無方向性 => 金屬鍵 離子鍵 分散力 7. 分子間作用力比較 6

62 分子間作用力 存在於 力的產生原因 氫鍵 (1) 一分子氫接在 F O N 上 () 另一分子須具有 F O N, 類似配位共價極 ( 為強的偶極 偶極力 ) 且需具有孤對電子對 偶極 偶極 兩極性分子之間 庫侖靜電力 偶極 誘導偶極 極性 非極性分子之間 極性分子誘導非極性分子 分散力 非極性 非極性分子之間 非極性分子間的瞬間 誘導 7

63 四. 分子間作用力的定性判斷 1. 比較熔沸點大小 (1) 比較方法 => 由於比較熔沸點必為純物質, 先畫出兩個相同的分子再比較 () 比較的原則 (a) 有氫鍵者, 其熔沸點較大 (b) 電子數多者 ( 分子量多 ), 分散力大 (c) 接觸面稱愈大, 分子上面的電子瞬間極化機率變大, 所以熔沸點高 (d) 極性大, 電子吸引力大, 熔沸點高 (e) 熔點需考慮對稱性問題, 因為對稱的分子較整齊, 不易破壞其晶格, 所 以熔點較高 ( 對稱 => 極性為 0 ). 比較水溶性大小 (1) 比較方法 => 畫一個水分子, 與另一分子, 有氫鍵者溶解度大 () Example : NH 3 和 O 均為氣體, 何者具有較大的水溶性? NH 3 O H O H O H O H O 3. 互溶性大小 (1) 比較方法 => 畫出兩個相異分子間的結構, 依極性溶極性, 非極性溶非極性原則判斷之 () Example: 碘在水中的溶解度較大, 還是在四氯化碳的溶劑中溶解度較大? I I H O CCl H O CCl 4 4 8

64 4. 是否與水形成氫鍵 (1) 判斷方法 => 畫出水分子, 與另一分子, 再判斷之 () 有些分子本身沒有氫鍵, 具低熔沸點, 但和水形成氫鍵, 因此水溶性佳 9

65 五. 熔沸點的比較 一般而言, 熔沸點的大小可依下列大分類比較 石墨 > 鑽石 > MgO > l O 3 > 網狀共價固體 > 離子晶體 > 金屬晶體 > 分子 1. 網狀共價固體 (1) 特性 : 大多以 3 4 為主的原子以共價鍵組成 () 常見網狀固體 :. 離子晶體 C ( 石墨 ) C ( 鑽石 ) Si Ge s N O 3 O 3 1 C 3 SiO SiC (1) 特性 : 結構整齊, 固體不導電, 熔融態導電 () 比較離子鍵大小 (a) 陰陽離子全為 1 : 1 型 a. 先比電荷, 電荷大 => 晶格能大, 熔沸點高 b. 電荷相同, 再比半徑 => 半徑小, 晶格能大, 熔沸點高 (b) 不為陰陽離子 1 : 1 型 a. 比較原理 : 法楊規則 (Fanjan s rule) 離子性強 => 熔沸點高共價性強 => 熔沸點低 b. 比較方式 法楊規則說明 : 一般而言, 在自然界的物質中, 共價化合物, 熔沸點有較離子化合物低的趨勢, 化學鍵愈偏共價鍵者, 熔沸點愈低 i. 電負度差異大 ( 離子性強 ) => 熔沸點高 ii. 電負度相同 => 比陽離子電荷, 陽離子電荷大 => 共價性強 3. 金屬晶體 (1) II (Zn Cd Hg 不像金屬 無空價軌域 ) I, 其 mp 低 () 一般來說 族 > 族 (3) 以 族來說 4. 分子 (1) 比較熔沸點大小 => 先比氫鍵, 再比凡得瓦力 ( 前已詳述 ) 10

66 物質三態 一. 物質三態 1. 三態變化 : (1) 固態 => 排列整齊, 能量最低 () 液態 => 排列較固態不整齊, 能量較固態高 固態 液態 氣態 (3) 氣態 => 排列最不整齊, 能量最高 加熱 加熱 固體液體氣體. 溫度與三態變化的關係 (1) 溫度與加熱時間的關係圖 ( 如右圖 ) () 物質的變化 => 加熱的效應有兩個 (a) 溫度的增加 1 粒子動能增加 ( 粒子動能只和溫度有關 ) 1 3 ( 因為 E k kt,e k 為分子平均動能 ) 熱含量增加 (b) 狀態的改變 1 特性 : 溫度不改變, 進行三態變化 進行三態變化時, 分子的動能不增加 ( 因為動能只與溫度有關 ) 3 當三態變化時, 分子的位能增加 ( 位能 : 氣體 > 液體 > 固體 ) (3) 公式 (a) 溫度改變時 => (b) 狀態改變時 => 重要概念 H m s T ( 其中 s 為比熱 ) H n 莫耳熔化熱 or H m 熔化熱 g 熔化熱 熔化熱 H 汽化熱 n 莫耳汽化熱 or H 汽化熱 m 汽化熱 g 1. 一般而言, 對同一物質來說, 莫耳汽化熱 > 莫耳熔化熱. 比熱的意義 : 每個某物質升高 1 所需的能量 => 比熱愈大, 愈不容易升降溫 3. 斜率愈大 => 比熱愈小

67 3. 影響物質三態變化的因素 (1) 粒子間作用力 => 物質的本性 () 溫度對三態變化的影響 : V V 氣態分子 圖解說明 : 高溫低壓有利氣體的說明 : 液態 加熱 液態 (a) 加熱 : 分子得到動能 => 不易聚集而成液體 (b) 低壓 : 壓力大, 迫使分子聚集, 分子間距離 接近 => 分子間作用力變大 => 液化 (3) 壓力對三態變化的影響 : F 加壓 F 分子聚集 (a) (b) 液態 (c) 4. 三相圖 (1) 用途 => 表示物質在特定溫度 特定壓力下的狀態 () 圖形的取得 => 實驗求得 (3) 三相圖 壓力 (P) (b) 區域 => => C => 1 atm L 1 P 3 L P 1 L 3 C P 4 P (a) 曲線 (curve) L 1 => 固氣共存線 L => 固液共存線 ( 熔點曲線 ) L 3 => 液氣共存線 ( 沸點曲線 ) (c) 點 ( point ) P 1 => ( 固液氣共存 ) P => P 3 => T 1 T 溫度 (t) P 4 => ( 溫度高於臨界溫度, 在特定壓力範圍下會形成超臨界流體 )

68 (4) 實例 壓力 (P) (a) 水的三相圖 a. 特徵 : 固液共存線斜率為負 b. 外在條件變化 1atm 0.06atm 固 液 P 氣 常壓下改變 溫度 改變形式 改變溫度對物質影響 和二氧化碳比較 熔化汽化溫度上升固 液 氣 常壓下改變 T, 完整由 溫度下降 凝結凝固汽 液 固 固態經液態到氣態變化 改變形式 壓力對熔沸點影響 液態存在範圍 73K 73.16K 373K (a) 水的三相圖 溫度 (t) 改變壓力 壓力變大 mp bp 變大 壓力變小 mp bp 變小 c. 實例 i. 為什麼線可切開冰塊? 液態 加壓 : 液態範圍變大液態 的冰 圖解說明 : 假設有一塊 -10 的冰, 受到壓力, 熔點變成 -0, 對同樣一塊 -10 的冰而言, 一大氣壓時為固態, 但加壓後為液態 ii. 為什麼高山上食物不易煮熟? 高山壓力低於 1atm, 對照三相圖可以知道, 沸點下降, 亦即 使用不到 100 的水煮食物, 不易熟 iii. 為什麼壓力鍋可以較快煮熟? 因為壓力變大, 對照三相圖可以知道, 沸點上升, 亦即使用超 過 100 的水煮飯, 較易煮熟 3

69 壓力 (P) (b) 二氧化碳 ( 一般物質 ) 的三相圖 a. 特徵 : 固液共存線斜率為正 b. 外在條件變化 5.1atm 1atm 固 P 液 氣 常壓下改變 溫度 改變形式 改變溫度對物質影響 和水比較 昇華溫度上升固 氣 固體直接昇華為氣體, 由 溫度下降 凝華氣 固 於三相點的壓力大於 1atm 改變形式 壓力對熔沸點影響 熔點範圍 -78 (b) 二氧化碳的三相圖 溫度 (t) 改變壓力 壓力變大 mp bp 上升, 所以一般物質即使 加壓也切不開 c. 實例 i. 為什麼常壓 (1atm) 乾冰加熱直接昇華? 因為三相點的壓力比常壓大, 由三相圖可知直接由固態昇華到氣態 ii. 已知常壓下碘固體不經過液態直接昇華, 請你預測三相點的壓力 比常壓 (1atm) 大還是小? 重要概念 1. 水的三相圖 => 固液共存線, 斜率為一般物質 => 固液共存線, 斜率為. 固態體積 > 液態體積 => 三相圖類似水液態體積 > 固液體積 => 三相圖類似二氧化碳 ( 大多數的物質 ) 3. 常壓下 ( 1atm ) 加熱 H CO O H O H O (s ) (l) (g ) 昇華 CO (s ) ( g ) => 三相點的 P 為液態存在的臨界壓力 => 三相點的 P 高於常壓 => 常壓下沒有液態 ( 加熱直接昇華 ) 4. 液態的存在條件 (1) 溫度小於臨界溫度 => 不滿足此條件即使加再大壓力也無法液化 () 壓力大於三相點的壓力 => 不滿足此條件即使降再低溫也無法液化 4

70 重要範例 1 [ 常溫昇華的物質 ] 常溫常壓下, 下列物質何者具有昇華的特性? () 酒精 () 蠟燭 (C) 乾冰 (D) 明礬 (E) 碘 CE 重要範例 [ 壓力與溫度對物質的影響 ] 下列敘述何者為正確? () 在高山上使用又厚又重的鍋蓋蓋住飯鍋來煮飯, 其烹煮效果比掀開鍋蓋差 () 由 0 到 100 之任何溫度下將水加熱, 體積均會膨脹 (C) 重水的凝固點 沸點均比普通的水為低 (D) 地球溫度相當穩定的原因是水的比熱及汽化熱均大的關係 D 重要範例 3 [ 相變化觀念題 ] 下列何者敘述為錯誤? () 液體分子間吸引力大於氣體分子間之作用力 () 粒子間吸引力很強的固體不易發生昇華之現象 (C) 同一純物質之莫耳熔解熱和莫耳凝固熱大小相同, 符號相反 (D) 相的變化中, 分子本身是沒有化學變化的 (E) 同一溫度下, 水在真空中汽化所呈之蒸氣壓, 比在液面上有其他氣體時為大 E 重要範例 4 [ 畫三相圖求解 ] CO 的臨界點 (31,73atm), 三相點 (-56.4,5.1atm) 有關 CO 的敘述, 正確為? () CO 在高於臨界點的溫度及壓力時, 有明顯的相態 () 乾冰在 1atm 下加熱, 只能昇華, 不能熔化成液體 (C) 在 5.1atm 以上, 將乾冰加熱, 可得液體 CO, 但不能變為 CO 氣體 (D)-56.4,10atm 下,CO 以液體存在 5

71 重要範例 5 [ 畫三相圖求解 ] 水的臨界溫度為 374, 臨界壓力為 18atm, 在下列何種條件下, 水以液態存在? () 375,300atm () 374,100atm (C) 0,0.5atm (D) 100,1.1atm D 重要範例 6 [ 畫三相圖求解 ] 大氣壓力為 780mmHg 時, 純水沸點 (bp) 及熔點 (mp) 的變化為 : () bp>100,mp<0 () bp>100,mp>0 (C) bp<100,mp<0 (D) bp<100,mp>0 6

72 國立台中二中實習老師蘇佳俊編製 化學計量 一. 化學計量 1 1. 莫耳數的概念 (1) 莫耳數的意義 => 在化學反應中, 為何不是使用重量直接計算? 因為化學反應中, 原子個數比為最簡單整數比 () 莫耳數的計量 :. 化學方程式 (1) 用途 : 莫耳數 質量分子量 ( 式量 ) (a) 標示化學反應的反應物與生成物及其狀態 (b) 反應方程式係數比 = 莫耳數比 () 平衡方程式的方法 (a) 左右觀察法 => 直接用觀察平衡方程式 1 適用性 : 適合用於簡單的方程式 原則 : 先平衡出現次數最小的原子, 一般而言, 氫 氧最後平衡 (b) 代數法 => 將係數設為未知數, 列出方程式求解 1 適用性 : 適合用於非氧化還原反應, 且無法以觀察法直接平衡的方程式 方法 : < step1 > 設各物種的係數為未知數 < step > 根據原子不滅 電荷不滅列出方程式 < step3 > 根據 n 元一次方程式求出各物種係數 (c) 氧化數法 => 利用氧化數不滅平衡 ( 待 氧化還原 反應再教 ) (d) 半反應法 => 利用氧化數不滅平衡 ( 待 氧化還原 反應再教 ) 3. 化學反應的名詞解釋 (1) 反應物 => 參與化學反應的物種, 即反應的 原料 () 生成物 => 經過化學反應產生的物種, 即反應的 產物 < example > a bcc dd => 為反應物,C D 為產物 (3) 限量試劑 => 反應中被用完的物種 決定限量試劑的方法 : 限量試劑 莫耳數 反應物中, 最小者係數

73 國立台中二中實習老師蘇佳俊編製 (4) 理論產量 => 化學反應中, 根據限量試劑求出的生成物最大產量 (5) 產率 => 實際產量理論產量 < example > C O CO, 理論上 1 g 的碳與 3 g 的氧可產生 44 g 的 CO 但是也可能產生 C 1 O CO 的反應, 所以的產量不足 44 g 如果 1 克的碳, 產生 40 克的 CO, 則 1 請問理論產量為多少克? 請問產率為多少? 4. 化學計量的流程 <step1> 平衡反應方程式 (a) 左右觀察法 (b) 代數法 (c) 氧化數法 <step> 求各反應物的 mole 數 莫耳數 質量分子量 <step3> 決定限量試劑 莫耳數最小者係數 <step5> 如果題目要求, 計算此反應的產率 <step4> 依據莫耳數比 = 反應係數比求理論產量 實際產量產率 理論產量

74 國立台中二中實習老師蘇佳俊編製 二. 3

75 氣體 一. 氣體的基本性質 1. 氣體體積的性質 (1) 體積定義 : 氣體分子可活動的範圍 () 體積性質 :. 氣體能量的性質 (a) 沒有一定形狀 體積 (b) 易受壓力影響 => 具有可壓縮性 (c) 易受溫度的影響 => 加溫膨脹 (1) 三態中能量最高 => 位能最高 () 分子的平均動能只跟溫度有關, 跟種類無關 3 E k kt => 溫度愈高, 動能愈大, 分子速度愈大 溫度愈低, 動能愈低, 分子速度愈低 二. 簡單的壓力概念 1. 壓力的概念 (1) 壓力的定義 : 單位面積所受的力 => P F 重要概念 1. 壓力不是力, 是單位面積上所受的力 () 壓力的公式適用性及轉換 (a) 施力體為固體 適用公式 : 1 P F m 圖解說明 1: 對施力體為固體時, 直接 用定義求壓力即可 (b) 施力體為液體 適用公式 : 1 P F P hdg h 圖解說明 : 對施力體為液體時, 愈深 的點壓力愈大 mg V d g h d g ( 推導 : P hdg) 1

76 (c) 施力體為氣體 適用公式 : 1 P F PV nrt PM drt. 壓力的單位 (1) 大氣壓力的發現 => 馬德堡半球實驗, 得知大氣壓力非常大 () 大氣壓力的測量 => 托里切利的實驗托里切利真空 h 圖解說明 : 根據托里切利實驗得知, h = 76 cm - Hg 單位的換算 1 atm = 76 cm Hg = 760 mm Hg = gw / cm = 帕 重要概念 1. 大氣壓為何不可直接用 P hdg 算? => 因為大氣愈高空愈稀薄, 密度小 3. 常用的壓力原理 (1) 施壓者為液體 => 連通管原理 ( 如果接通時, 同一高度, 壓力均相同 ) 接通 P 甲 P 乙 P 丙 P 丁 P 甲 P 乙 P 丙 P 丁 圖解說明 : 左圖 : P 丁 右圖 : P 丁 P 甲 P 甲 P 乙 P 乙 P 丙 P 丙

77 () 施壓者為氣體 (a) 氣壓的成因 : 氣體分子質點對容器的碰撞產生的壓力 (b) 氣壓的判斷 : 同一可共通的空間中, 氣壓的壓力均相同 P c P a 靜置擴散 P c P a P d P d P b P b (a) 圖解說明 1: 即使一開始 P P, 但最終 P P ( 同一空間每一點的壓力均相同 ) (b) 圖解說明 : 只要在互通的空間中, 氣體分子必會均勻擴散, 使得每個點遭受氣體分子撞擊機率 4. 狀況的改變與氣體壓力的關係 相同 => 每個點的壓力均相同 (1) 增減莫耳數 => 體積保持不變, 溫度保持不變, 但每一點遭受撞擊的總量改變 減少分子數 增加分子數 (c) (a) (b) () 增減溫度 => 體積保持不變, 溫度改變 => 受撞擊的動能改變, 頻率改變 降低溫度 提高溫度 (c) (3) 增減體積 (a) (b) 壓縮體積 放大體積 (c) (a) (b) 3

78 重要概念 1. 各種狀況的改變, 導致壓力的改變 (1) 莫耳數增加 => 改變碰撞總量 () 溫度增加 => 改變碰撞的能量 頻率 (3) 體積壓縮 => 改變碰撞的頻率 莫耳數 溫度 體積 原因 狀況改變 壓力變化 碰撞能量 碰撞頻率 碰撞總量 增加氣體分子數 增加 不變 不變 增加 減少氣體分子數 減少 不變 不變 減少 加溫 增加 增加 增加 增加 降溫 減少 減少 減少 增加 加大體積 減少 不變 降低 降低 壓縮體積 增加 不變 增加 增加 4

79 三. 氣體實驗與理想氣體方程式 1. 波以耳定律 ( P1 V1 P V ) (1) 內容 : 定溫 定量氣體, 壓力與體積的乘積為定值 => P V P () 實驗 : 加入水銀 => 壓力加大 1 1 V 壓力 P 1 壓力 P 體積 V 1 體積 V P P P P P P (a) (b) (c) 圖解說明 1: (a) 原平衡, 此時 P = P (b) 加入水銀, 此時 P > P 圖解說明 : 比較新平衡與舊平衡 => P 1V 1 = P V 圖型種類 P (c) 新平衡, 此時 P = P (3) 各式函數圖 P V 關係圖 P 1 V 關係圖 PV P 關係圖 PV V 關係圖 P PV PV 圖型 V 1/V P V 說明 P 與 V 成反比 P 與 1/V 成正比 不管 P 如何改變,PV 為 定值 不管 V 如何改變,PV 為定 值 (4) 適用性 : (a) 不一定適用於討論 蒸氣壓 的氣體 => 在沒有 液態 出現時適用 (b) 不一定適用於 平衡氣體 => 需考慮 勒沙特列原理, 當兩邊係數相同適用 (5) 日常生活例子 (a) 深水的氣泡浮到水面, 體積變大 5

80 . 查理 給呂薩克定律 1 (1) 內容 : 定壓 定量氣體, 體積與絕對溫度成正比 => Vt V 0 (1 t) 73 () 實驗 活動匣門 活動匣門 V0 外壓 = 1 atm 加熱 壓力不變 Vt 外壓 = 1 atm 加熱圖 (a) 圖 (b) 圖解說明 1: 左室加熱, 氣體膨脹, 致使活動匣門右移, 待加熱至絕對溫度 t, 測量其體積 圖解說明 : 為何此實驗可說與查理定律的條件相符? (1) 活動匣門限制氣體逸出 => 定量氣體 ( n 一定 ) () 活動匣門停止 => 內壓 = 外壓 = 1 atm (p 一定 ) (3) 查理定律與絕對零度的發現 V V V 座標軸平移 溫度 t 0 K 73 K 凱氏溫標 T 圖解說明 1: 圖解說明 : 當溫度不斷降溫時, 氣體體積不斷縮小, 假設氣體在降溫過程不被液化 ( 真實氣體不可能 ), 根據查理定律, 應該可以找到一個 V = 0 的溫度, 此溫度被稱為絕對零度 如果欲使體積與溫度成正比, 則可另設一種溫度的指標, 只要把座標軸平移, 即可得到溫度與體積成正比的圖形, 改變的溫度指數稱為凱氏溫標 (b) 凱氏溫標 ( 絕對溫標 ) 與攝氏溫標的換算 T(K) t( C) (c) 絕對零度的意義 => 沒有比絕對溫度更低的溫度 6

81 (4) 各式函數圖 圖型種類 V T 關係圖 V t 關係圖 V T V 關係圖 V T T 關係圖 V V V / T V / T 圖型 T ( K ) T ( ) V T ( K ) 說明體積與絕對溫度成正比體積與攝氏溫度成正相關無論 V 為何,V/T 為定值無論 T 為何,V/T 為定值 (5) 日常生活例子 (a) 熱氣球加熱, 氣體體積變大 => 密度變小, 可在空中浮起 3. 亞佛加厥定律 (1) 內容 : 同溫 同壓 同體積的氣體 ( 相同或相異 ), 具有相同數目的氣體分子 () 內容延伸 (a) 同溫同壓下,V n ( 莫耳數 ) (b) 莫耳體積的概念 => 在同溫 同壓的情況下, 相異或相同氣體, 每莫耳的體積均相同在標準狀態 (STP) 下, 理想氣體每莫耳的體積為.4 升 相同莫耳體積 STP 莫耳體積 O (g).4(l/mole) H (g).4(l/mole) He (g).4(l/mole) 1 atm 5 莫耳體積 O (g) 4.5(L/mole) H (g) 4.5(L/mole) He (g) 4.5(L/mole) 表格說明 : 即使不同氣體, 在相同的外界條件下 ( 同溫同壓 ), 每莫耳的分子具有相同的體積 重要概念 1. 根據波以耳定律 查理定律 亞佛加厥定律 => PV = nrt 7

82 4. 道耳吞分壓定律 (1) 條件 : 彼此不起化學反應的氣體 () 內容 : 互相不起化學反應的氣體, 各種氣體個別壓力的總和, 即為總壓 <example> 如果一個容器內含有 H = atm,he = 3 atm,ne = 1atm, 如果使用 壓力計測器壁內部, 測出來的壓力為何? PH atm P He 3atm P Ne 1atm 經壓力計測量 P 6atm 總壓 P總壓 P PHe PNe 3 1 6atm => 總壓為各分壓的總和 H (3) 公式及其推廣 (a) 基本公式 : P 總壓 P P P P (b) 推廣公式一 : 混合氣體總壓的求法 => P a b c n P V n all all R T 總壓 Pa Pb Pc Pn ( 在同一容器 => 同溫同壓 ) n art n brt n crt n RT n RT => P總壓 (n a n b n c n n ) V V V V V => P V RT(n n n n ) 總壓 => P V n RT all all a (c) 推廣公式二 : 各成份分壓為總壓 莫耳分率 P V n RT (1) => a a b c n P V n RT a a => P V n RT all all Pa n a => Pa X apall P all n all P V n RT () => b b P V n RT (3) => c c P X P => n n all P V n RT b b => P V n RT all all P V n RT c c => P V n RT all all Pb n b => Pb X bpall P all n all Pc n c => Pc X cpall P all n all 8

83 四. 氣體分子動力論 氣體模型的推導 [ 補充 ] 1. 氣體模型推導的緣起 : 一開始由波以耳 查理 亞佛加厥等人的實驗推測出 PV nrt 之後, 科學家思考 如何推演出氣體分子在空間中活動的情形, 以做為理論計算的模型. 推導氣體動力論 : 圖解說明 : m L V 對氣體分子來說 : (c) 單一氣體分子質量為 m, 速度為 V (d) 容器器壁的邊長為 L (3) 器壁內共有 N 0 個氣體分子 (1) 模型假設 : (a) 氣體的壓力來自氣體分子對容器器壁的碰撞時產生 (b) 所有分子對器壁均做彈性碰撞 (c) 所有氣體分子在進行對器壁碰撞的過程中, 不會和另一個氣體分子碰撞 => 分子本身體積為零 (d) 分子間不具吸引力 排斥力 => 分子間作用力為 0 () 推導 :( 須先學過物理 動量 衝量 的概念才能推導 ) (a) 每個分子經歷完整碰撞 ( 回到原點 ) 的碰撞時間 => (b) 每次完整碰撞的動量變化 => P mv 4mv L T v mv 經碰撞 mv (c) 每個分子對單一器壁的推力 => P F t 4mv L / v 1 mv L (d) 假設共有 N 0 N 個分子撞擊單一器壁, 則 0 個分子所造成的推力 3 3 => mv F L N 3 0 9

84 (e) N 0 個分子造成單一器壁的壓力 3 N 0 mv F N 0 mv => P 3 L => 3 L 3 L P N 0 mv 3 3 L N 0 mv 3 V N 0 => PV mv ( 氣體分子動力論方程式 ) 3 3. 推演氣體動力論結果 : M ( 分子量 ) = m ( 分子個別質量 ) N ( 亞佛加厥數 ) K ( 波茲曼常數 ) = R / N = / (1) 從分子動力論方程式 ( 理論 ) 到氣體方程式 ( 實驗 ) 的推導 N 0 N 0 1 N 0 N 0 N 0 => PV mv ( mv ) E k KT NKT N => 令 N NK R, 又 0 n => PV nrt ( 理論與實驗結果大致相符 ) 3 N () 器壁內分子總動能 PV N 0 mv 3 N N 0 ( mv ) E 3 k N 0 3 => N 0E k PV nrt ( )(NK)T N 0KT N (3) 器壁內分子平均動能 ( 把 () 的結果除以器壁內含有的分子數即為平均值 ) E k () 3PV 3N KT 0 3 KT => 結論 : 分子動能只跟溫度有關 N N N (4) 氣體分子的方均根速率 (a) 公式 : V (b) 推導 : 3RT M 3KT m N 0 由氣體動力方程式 : PV mv, 理想氣體方程式 : PV nrt 可知 3 => N w 0 mv 全部氣體分子 nrt RT ( 又 N 0 m 器壁內氣體分子的總重 ) 3 M 10

85 => v 3RT M 重要概念 1. 重要公式必背 : 1 (1) PV N 0mv nrt 3 3 PV 3 () 氣體的平均動能 => E K KT N 3 3 (3) 氣體的總動能 => E N 0E K PV N 0KT (4) 氣體的方均根速率 => V 0 3RT M 3KT m. 以上公式僅適用於理想氣體, 雖世上無理想氣體, 但一般氣體近似於 理想氣體 3. 理想氣體與理想溶液的比較 理想氣體 理想溶液 分子間作用力 0 - = - = - 體積個別分子 = 0 具加成性 真實修正高溫低壓稀薄溶液 11

86 五. 理想氣體與真實氣體 1. 理想氣體的條件 : (1) 分子本身沒有體積 => 進行碰撞才不會被其它分子干擾行進方向 () 巨觀氣體佔體積 (3) 分子間作用力 = 0 => 進行碰撞才不會被其它分子干擾行進方向. 真實氣體 (1) 分子本身佔體積 () 分子間作用力不等於 0 ( 萬有引力 ) 3. 理想氣體與真實氣體的修正 真實氣體在下列條件下接近理想氣體 (1) 內在條件 ( 氣體本身的性質 ) => 分子間作用力小, 容易形成氣體 (a) 最接近理想氣體的真實氣體 :He ( 沸點 :-69 ) (b) 與理想氣體相差大的氣體 => 分子間作用力大, 吸引力大 example : NH 3(g) H O (g) () 外在條件 => 高溫低壓 (a) 高溫 : 溫度高, 形成氣體 加熱加熱固態 液態 氣態 V V 加熱 => 分子間會形成氫鍵, 不易變成氣體 氣態分子 圖解說明 : 高溫低壓有利氣體的說明 : (a) 加熱 : 分子得到動能 => 不易聚集而成液體 液態 液態 (b) 低壓 : 壓力大, 迫使分子聚集, 分子間距離 接近 => 分子間作用力變大 => 液化 (b) 低壓 : 壓力小, 有利於形成氣體, 如果加高壓, 會使氣體液化加壓加熱氣態 液態 固態 F 加壓 F 分子聚集 (a) (b) 液態 (c) 1

87 4. 氣體的種類 (1) 理想氣體 => 世界上沒有理想氣體 () 真實氣體 (a) 判斷 : 即為 常溫 下為氣體的物種 重要概念 Ex : CO N O He Ne 1. 在高中範圍, 由於常溫下為氣態的物種, 分子間作用力小, 可視為 0 => 視為理想氣體 => 完全遵守波以耳定律 => 加壓不液化 (3) 蒸氣壓 (a) 判斷 : 即為 常溫 下為氣體的物種 Ex : H O ( l Hg ) ( l ) (b) 蒸氣壓的成因 丙酮 蒸發 氣體分子 圖解說明 : 蒸氣壓的成因為液態分子蒸發形 成氣體分子所造成的壓力 (c) 飽和蒸氣壓 蒸發達到飽和體積加大 (a) (b) (c) (d) 圖解說明 : (a) 剛加入液體 (b) 蒸發部分水分子 重要概念 1. 蒸氣壓氣體 : (c) 達到飽和, 巨觀上壓力不變, 但微觀上形成動態平衡 (d) 體積加大, 直到液態分子完全變為氣態分子 (1) 完全為氣態分子 => 視為理想氣體 ( 符合波以耳定律 ) () 有液態分子 => 飽和蒸氣壓為定值 13

88 六. 格銳目擴散定律 1. 擴散的定義 : 由於氣體分子不停快速運動, 所以將不同氣體分子放在一起可以迅速互相混合, 這樣的現象稱為 擴散. 擴散的實驗 通孔擴散 圖解說明 1: 由圖可知, 在兩個體積完全相同的氣室內, 在左氣室置入氣體, 待中間通孔之後, 開始進行擴散, 此為格銳目擴散的實驗 圖解說明 : 右圖為擴散達成平衡的圖, 此時並非不再進行擴散, 而是達成由左擴散到右, 與由右擴散至左的速率幾乎相等 => 達成動態平衡 3. 格銳目定律的發現及推廣 (1) 格銳目定律 (a) 內容 : 同溫同壓同體積, 氣體的擴散速率 (V) 和氣體密度 (d) 成反比 V (b) 公式 : V ( 思考 : 氣體分子愈重, 擴散愈慢 ) d d M M () 格銳目定律的推廣 ( 公式推導 ) m v 圖解說明 1: 如左圖, 氣室邊長為 L, 分子 速率為 v, 氣室體積為 V (a) 氣壁的任一點遭氣體分子撞擊的頻率 : N 0 v N 0v 1 N 0v N 0v f ( 單位面積遭氣體分子撞擊的頻率 ) 3 3 L 6L L 6L 6V 推論 : a. 在兩個氣室之間的隔界中的任意一點開孔 b. 該點被碰到 => 意即擴散出去, 擴散的速率與該點被碰到的機率成正比 14

89 N v 0 n T => R 擴散..( 此為擴散的推廣公式 ) 6V V M (b) 公式的使用時機 代表氣體 分子 代表氣體 分子 4. 擴散的應用 生活實例 條件明確 => 條件不明確 => R R ( 推廣公式 ) n n V V T T M M R ( 格銳目擴散定律 ) R M M (1) 應用 => 氣體的分離 ( 僅適用於氣體 ) <example> 純化 35 9 U 由於核電廠使用的 35 U () 生活實例 : 9 U 約需濃度 30%, 但天然的鈾同位素約含 %, 9 U 99.3%, 故需純化 => 利用合成的 UF 6 => 經過多次擴散可純化 (a) 一家烤肉萬家香 (b) 香水的香味可擴散, 即使距離遠也可聞到 15

90 七. 常見氣體的介紹與性質 1. 惰性氣體 : (1) 種類 : He Ne r Kr Xe Rn () 性質 性質 物性 化性 說明 1 均以單原子分子存在 沸點 熔點均很低, 常溫下為氣態, 且惰性氣體間熔沸點差異不大 1 化性安定, 幾乎無法生成化合物, 至今 He Ne r 尚未發現化合物 即使形成化合物, 也極不穩定 (3) 用途氣體種類 用途 原因 1 填充氣球內的氣體 1 分子量最輕的惰氣 => 密度最低 He 潛水夫的氧化筒填加氣體 分子量低 => 分散力小 ( 溶解度小 ) 3 極低溫實驗的冷劑 3 He 的沸點 :-69 Ne 紅色霓虹燈內含氣體 紅色為警戒色 r 充入燈泡, 保護鎢絲 活性很低, 且為惰性氣體含量最多者 Kr Xe 最速照相之強閃光 Rn 放射線用以治療癌症 原子序超過 83 均有放射性 (4) 取得 氣體種類 存在於 He 天然氣中含量 % Ne r Kr Xe 液態空氣分餾 空氣含量第三氣體 液態空氣分餾 Rn 16

91 . 氮氣 ( N ) (1) 性質 性質 物性 化性 說明 1 無色 無味 無臭的氣體 沸點 ; 凝固點 密度 :1.56 克 / 升 1 分子式 N ( ), 因此化性遲鈍, 取名 zote, 意即懶惰的氣體 N N 不自燃 不助燃, 常溫下與所有的元素幾乎不反應 () 檢驗思考 : 氮為活性非常低的氣體, 幾乎不反應, 所以和鎂反應成黃色的氮化鎂為檢驗氮的重要方法 <step1> 氮和鎂產生黃色的氮化鎂 3Mg N Mg ( N s) (g ) 3 <step> 遇水產生氨, 使用潤溼的石蕊試紙變成藍色 Mg N 6H O 3Mg(OH) NH 3 (s ) ( l) (aq ) 3(g ) (s) (3) 製備 類別 說明 備註 工業製法實驗室製法 <step1> 先將空氣液化 ( 低溫高壓 ) <step> 將液態空氣加熱, 因氮的沸點低於氧, 故先氣化 1 純化空氣製氮 <step1> 將空氣通過灼熱的銅粉去氧 <step> 將剩下的空氣以排水集氣法收集 亞硝酸鈉與氯化銨之混合物在硬試管中加熱可得 N NaNO NH Cl N H O NaCl (s) 4 (s ) ( g ) (g ) (s ) 3 氨通過氧化銅也可製備氮 NH 3CuO N 3H O 3Cu 3(g ) ( g ) (g ) (s ) 不純不純純純 (4) 用途 (a) 液態氮 ( ) 作為低溫的冷劑 (b) 氮的化合物如 NH HNO 可用於製造肥料 炸藥, 而聯胺 ( N 3( g ) 3( aq ) H ) 4 可作為火箭燃料 17

92 3. 氧 ( O ) (1) 性質 性質 物性 化性 說明 1 無色 無味 無臭的氣體, 較空氣 氮重 難溶於水, 但水中生物賴以維生 3 熔 沸點低, 但較氮氣為高 ( 分散力 ) 4 氣態氧 => 無色 ; 液態氧 => 藍色 ; 固態氧 => 灰藍色 1 化性活潑, 除了隋性氣體外 活性低的金屬, 均可與氧化合 一般非金屬氧化物 ( 酸酐 ) 溶於水 => 酸性一般金屬氧化物溶於 ( 鹼酐 ) 溶於水 => 鹼性 3 為強的氧化劑 () 製備 類別說明備註 工業製 法 1 液態空氣製氧 => 液態空氣加熱, 除去氮, 即可得氧 不純 水電解的副產物 => H O H 1 O (g ) (g ) ( g ) 純 實驗室 製法 1 拉瓦節法 <step1> 汞在空氣 ( 0% 氧 ) 中加熱得紅色氧化汞固體 Hg 1 O HgO ( g ) (g ) (s ) <step> 加熱氧化汞得純氧 HgO Hg 1 O ( s) (g ) 加熱氯酸鉀固體可得氧 KClO MnO KCl 3O 3(s ) (s) 3 雙氧水, 使用二氧化錳當催化劑 H MnO O H O 1 O ( l) ( g ) (g ) 純 純 純 (3) 用途 (a) 氧是生物維持生活機能必需的元素 ( 呼吸作用 ) (b) 燃燒的助燃劑 18

93 4. 臭氧 (1) 性質 性質物性化性和氧比較 說明 1 無色 無味 特殊臭味的氣體 三原子分子, 為極性分子, 為氧的 同素異形體 3 熔點 :-19 ; 沸點 :-11 4 液態 => 藍色 ; 固態 => 紫色 1 化性活潑, 毒性甚強, 可用作消毒 殺菌的試劑 不安定, 因此容易分解為氧分子 1 氧化力 毒性 極性 溶解度 沸點 熔點 均大於氧, 僅分子平均速率小於氧 () 製備 類別 工業製法 自然生成 說明 O 通過高壓放電, 得到臭氧 ; 自然界中則是閃電提供高 壓電, 產生臭氧 3O 高壓放電 O ( g ) 3( g ) (3) 檢驗 => 可用碘化鉀澱粉試紙試驗 (4) 用途 (a) 水的消毒 殺菌使用劑, 由於殺菌後得氧氣, 較氯氣來說較無毒性殘留的問題, 但大都市供水需經過長管線, 易被汙染, 因此氯仍為大城市供水的消毒劑 5. 二氧化碳 (1) 性質 性質 物性 化性 說明 1 無色 無味 無味的氣體 在固態, 常壓下有昇華的現象 3 比氧 氮較易溶於水 => 因為分子量較大, 分散力大 1 不可燃 不助燃, 亦不自燃 => 滅火器 NaHCO Na CO CO H O 3(s ) 3(s ) ( g ) (l) 19

94 () 製備 類別說明備註 工業製法實驗室製法 碳酸鈣 ( 大理石 ) 加熱產生二氧化碳 CaCO CaO CO 3(s) (s) (g ) 碳酸鈣 ( 大理石 ) 加酸產生二氧化碳 CaCO HCl CaCl CO H O 3(s ) (aq ) (aq ) (g ) (l) 純 純 圖解說明 : 如左圖, 為製造二氧化碳的裝置圖, 在薊頭漏斗裡的試劑 是酸, 錐形瓶內則含有碳酸鈣 (3) 檢驗 => 火柴試驗 ; 石灰水檢驗法 (4) 用途 三態用途原因 CO (s ) 1 冷卻劑乾冰為固態二氧化碳 78 低溫固體 ( g ) 煙幕 固態乾冰會昇華, 接觸到空氣的水蒸氣凝結 CO 1 製作清涼的飲料選用 CO 的原因 => 二氧化碳可溶於水 ( g ) 滅火劑 不可燃, 不自燃 不助燃 6. 氨 (1) 氨的性質 性質 物性 化性 說明 1 無色 有刺激性臭味的氣體 易溶於水, 在 STP 下,1 ml 水可溶 1300mL 的氨 1 具微鹼性, 是一元鹼 可當錯離子的配位基 gcl NH 3 g(nh 3 ) Cl ( 氯化銀可溶於氨水 ) () 製備 類別說明備註 工業製法 實驗室製法 哈柏法製氨 : N (g) 3H 3(s) NH 3(g) 氯化銨與熟石灰共熱 Ca(OH) (s) NH 4Cl (s) CaCl NH3(g) HO(l) 反應條件 00 atm 500 0

95 (3) 檢驗 => 具有異臭味 溶於水後, 加入石蕊試紙呈藍色 (4) 用途 1 化學肥料 用途 硫酸銨 ( NH 4 ) SO 4 磷酸銨 ( NH 4 ) 3 PO 4 尿素 NH CONH 原因 生物生長必需養份, 統稱為氮肥 Rh Pt 製造硝酸的前反應物 4NH 3(g) 5O (g) 4NO 6H O(l) 1

96 八. 氣體製造與儲存 <step1> 製造 製造氣體 <step> 收集 (a) 排水集氣法 (b) 向上排氣法 (c) 向下排氣法 <step3> 純化 (1) 利用沸點不同純化 => 液化空氣再加熱 () 利用分子量不同 => 擴散 <step4> 儲存液化 (a) 低溫高壓 => 液化空氣 (b) 用杜耳瓶儲存 <step1> 製造 => 詳見講義後面的表格整理 <step> 收集 集氣法排水集氣法向上排空氣法向下排空氣法 圖例 適用性 難溶於水 1 易溶於水 密度比空氣重 1 易溶於水 密度比空氣輕 適用氣體 種類 O N H C H NO CO Cl SO H Cl NO NH 3 <step3> 純化 1. 將氣體液化, 得到液化空氣, 再加熱, 利用沸點不同分離. 利用分子量不同 => 擴散 <step4> 液化儲存 1. 液化 => 低溫高壓, 可液化氣體. 儲存 => 杜耳瓶

97 九. 重要氣體的性質與表格整理 1. 氣體的實驗室製法與工業製法 (1) 實驗室製法 氣體實驗室的製法反應方程式 O 1 氯酸鉀的熱分解 KClO KCl 3O 3(s ) (s ) (g ) 過氧化氫的分解 H O H O O (l) (g ) H 鋅和稀硫酸作用 Zn H SO ZnSO H ( s ) 4 4( aq ) ( g ) N 3 1 亞硝酸鈉與氯化銨共熱 NaNO NH Cl NaCl N H O (s) 4 (s) (g ) (l) 氨通過氧化銅 3CuO NH 3Cu N 3H O ( s) 3 (g ) ( l) 吸收電能 O 氧化高壓低溫放電 3O O ( g ) 3( g ) Cl 1 二氧化錳與濃鹽酸加熱 MnO 4HCl MnCl Cl H O (s ) ( aq ) ( ) ( l) 過錳酸鉀與濃鹽酸作用 KMnO 16HCl KCl MnCl 5Cl 8H O 4(aq ) (aq ) (g ) (l) HCl 食鹽與濃硫酸加熱 H SO NaCl NaHSO HCl 4( l) (s) 4 NH 氯化銨與熟石灰共熱 Ca(OH) NH Cl CaCl NH H O (s) 4 (s) 3( g ) (l) 3 NO 銅加入濃硝酸 Cu 4HNO Cu(NO ) NO H O ( s ) ( l) 3 (g ) ( l) NO 銅加入稀硝酸 3Cu ( s) 8HNO (aq) 3Cu(NO 3) NO (g) 4H O(l) SO 銅與濃硫酸共熱 Cu H SO ( 濃 ) CuSO SO H O ( s ) 4(l) 4(aq ) (g ) (l) H S 硫化亞鐵與稀硫酸 FeS H SO ( 稀 ) FeSO H S ( s) 4(l) 4(aq ) (g ) CO 大理石加稀鹽酸 CaCO 3(s) HCl (aq) CaCl CO (g) HO(l) 濃硫酸 CO 甲酸與濃硫酸共熱 HCOOH, 加熱 CO ( g) HO(l) C H 電石與水作用 CaC H O Ca(OH) C H (s) (l) (g ) () 工業製法 氣體工業的製法備註 O H 1 液態空氣的分餾 水電解的副產物 氮先汽化, 殘餘為液態氧 H O 4H O ( aq ) (g ) 4e 1 水的電解陰極 : H e H ( 純 ) ( aq ) ( g ) 水煤氣法 C( 煤焦 ) H O H CO ( 不純 ) (l) (g ) (g ) N 液態空氣的分餾 N 先餾出 Cl 濃食鹽水電解陽極 : Cl e Cl ( aq ) ( g ) Fe NH 哈柏法 N 3H NH ( g ) ( g ) 3 ( g ) 3 CO 大理石加熱 CaCO CaO CO 3(s ) (g ) 3

98 . 氣體的性質 氣體顏色嗅覺水溶性收集方法其它性質 NO 紅棕色刺激臭易溶向上排氣有毒 SO 無色刺激臭易溶向上排氣有還原性 毒性 O 無色無臭難溶排水集氣助燃性 NH 3 無 色 刺激臭 易 溶 向下排氣 水溶液呈鹼性 CO 無色無臭難溶排水集氣有毒 Cl 黃綠色刺激臭可溶向上排氣有毒, 氧化力強 HCl 無色刺激臭易溶向上排氣水溶液呈酸性 H S 無色刺激臭可溶向上排氣酸性, 有還原性 CO 無色無臭可溶向上排氣遇石灰水呈混濁 C H 無色無臭難溶排水集氣遇銀離子 亞銅離子產生沉澱 NO 無色無臭難溶排水集氣遇空氣變成 NO H 無色無臭難溶排水集氣可燃 3. 氣體的檢驗 氣體 O 3 Cl HCl NH 3 使碘化鉀 澱粉試液變色 O KI H O O KOH I 3 使碘化鉀 澱粉試液變色 Cl KI KCl I 與濃氨水作用呈白煙狀 Cl NH NH Cl ( g ) 3( g ) 4 (s ) 1 與濃鹽酸作用呈白煙狀 Cl NH NH Cl ( g ) 3( g ) 4 (s ) 檢驗 有刺激臭味 NO 1 紅棕色, 刺激臭 使潮濕藍色石蕊試紙變紅 NO SO CO 在空氣中氧化成紅棕色 NO O NO ( g ) (g ) (g ) 1 無色, 具刺激臭 具還原性, 使 KMnO 褪色 4 SO H O HSO H (g ) 3 5HSO MnO H Mn 5SO 3H O 通入石灰水初呈白濁, 過量二氧化碳則沉澱消失 Ca(OH) CO ; 3(s) H O CO CaCO 3(s) Ca(HCO 3) CaCO ; 4

99 4. 氣體的收集與乾燥 (1) 氣體的收集法 集氣法排水集氣法向上排空氣法向下排空氣法 圖例 適用性 難溶於水 1 易溶於水 密度比空氣重 1 易溶於水 密度比空氣輕 適用氣體 種類 O N H C H NO CO Cl SO H Cl NO NH 3 () 氣體的捕集法實例 5

100 一. 溶液的種類 1. 以導電性來分 (a) 強電解質溶液 (1) 電解質溶液 => 決定於大小 (b) 弱電解質溶液 () 非電解質溶液 (1) 電解質溶液 (a) 定義 : 溶解在水中可解離為離子, 可導電 (b) 種類 : 1 強電解質溶液 => 強酸 強鹼 可溶鹽 ex : HCl NaOH NaCl etc 弱電解質溶液 => 弱酸 弱鹼 ex : NH 3 H CO 3 l etc () 非電解質溶液 (a) 定義 : 在水中不解離者 ex : 糖水 ( 蔗糖 葡萄糖 ) 尿素. 重要概念 1. 電解質的強弱取決於 =>, 而非 溶解度. 常見強酸 => HClO 4 HI Hr HCl H SO 4 HNO 3 常見強鹼 => IOH II(OH), 除了 LiOH e(oh) Mg(OH) 3. 電解質溶液的解離平衡常數影響 解離度, 解離度影響 依數性質. 以外觀 ( 粒子大小 ) 來區分 (1) 懸浮液 => 肉眼可見 () 膠狀溶液 => 粒子直徑大小 ( 數據要記 ) (3) 真溶液 => 粒子直徑大小 ( 數據要記 ) (1) 懸浮液 (a) 特性 : 粒子大, 肉眼可見 (b) 分離方法 => 沉澱過濾 (c) ex : 砂子 + 水 1

101 () 膠體溶液 (a) 特性 : 1 粒子大小 10-9 ~ 10-7 m, 不沉澱, 略帶混濁狀 帶電性 金屬氫氧化物帶正電 : Fe(OH) 3 Pb(OH) Cu(OH) 金屬硫化物帶負電 : CdS PbS g S CuS (b) 分離方法 => 加入電解質 or 通電可沉澱分離 加入電解質凝聚 => 和電荷大小有關 帶正電膠體溶液凝聚 => 電解質本身陰離子電荷大, 凝聚效果佳 帶負電膠體溶液凝聚 => 電解質本身陽離子電荷大, 凝聚效果佳 <example> 牛奶加醋, 使酪素凝聚 豆漿加入 CaSO4( 石膏 ), 則蛋白質凝聚成豆腐 ( 豆腐不要和菠菜一起吃 ) (c) example : 豆漿 牛奶 油漆.etc (d) 相關效應 1 廷得耳效應 (a) (b) 廷得耳效應圖解說明 : 由於粒子較大, 照光可看到光線明 亮的通路, 稱為廷得耳效應 (a) 真溶液粒子小, 幾乎不折射光 (b) 膠體溶液粒子較大, 折射光 布朗運動 布朗運動圖解說明 : 帶電膠體受到分散媒粒子不平均 的撞擊, 做不規則的運動 圖解說明 : 帶電粒子間彼此排斥, 所以不 凝聚析出

102 (3) 真溶液 ( 簡稱溶液 ) (a) 名詞解釋 溶質 => 溶在溶液裡的粒子 溶劑 => 溶解用的試劑 溶液 => 溶質 + 溶劑 < example > 糖 => 溶質 水 => 溶劑 糖水 => 溶液 < 比較 > 溶液 => 溶質 => 溶劑 膠體溶液 => 分散質 => 分散媒 (b) 粒子大小 :10-10 ~ 10-9 m 透明狀 (c) 分離方法 : 利用蒸氣壓不同或溶沸點不同的物理性質分離 (d) example : 糖水 食鹽水 (e) 相關效應 : 1 溶解度 溶劑蒸氣壓 依數性質 沸點上升. 凝固點下降 滲透壓 重要概念 1. 以粒子大小分類的三種溶液比較 懸浮液膠體溶液真溶液 粒子大小很大 10-9 ~ 10-7 m ~ 10-9 m 效應 無 (1) 布朗運動 () 廷得耳效應 (1) 溶劑蒸氣壓 () 沸點上升 (3) 凝固點下降 (4) 滲透壓 靜置沉澱與否是否否 分離方法 過濾 (1) 通電 () 加入電解質 (1) 煮沸去水 ( 再結晶法 ) () 分餾 ( 拉午耳定律 ). 混合物可用一般的物理方法分離 3

103 (mmmhg) 國立溪湖高中蘇佳俊老師編授 3. 理想溶液與真實溶液 (1) 理想溶液 (a) 定義 : 混合, 混合後 引力與 - - 引力相同的溶液 (b) 特性 : 1 體積有加成性 混和時不吸熱 不放熱 ( 沒有溶解熱 ) 3 符合拉午耳定律 4 真實世界無理想溶液 () 真實溶液 (a) 定義 : 真實世界的溶液 (b) 特性 : 1 體積沒有加成性 混合時吸熱或放熱 3 不符合拉午耳定律 4 理想溶液與真實溶液的關係 => 溶液愈, 愈接近理想溶液 => 愈稀薄愈接近原來的狀態 壓力 (i) 正偏差溶液 (ii) 負偏差溶液 (c) 種類 : 1 正偏差溶液 a. 成因 : 分子間作用力 < b. 例子 : 丙酮和二硫化碳組成的理想溶液 c. 相圖 : 如右圖 d. 正偏差量 V 0 H 0 P 0 4

104 負偏差溶液 成因 : 分子間作用力 > 例子 : 和 組成的理想溶液 相圖 : 如左圖 正偏差量 V 0 H 0 P 0 重要概念 1. 比較理想溶液 => - 的吸引力與 - - 之間的分子間作用力相同理想氣體 => 分子間無作用力. 分子間作用力 (a) (b) (c) (d) (e) 分子間作用力 0 (a) 理想氣體 (b) 真實氣體 (c) 正偏差溶液 => 溶解後的體積較加成大 ( 分子間作用力小 ) (d) 理想溶液 (e) 負偏差溶液 => 溶解後的體積較加成小 ( 分子間作用力大 ) 3. 極性溶極性, 非極性溶非極性 => 分子間作用力相近結合好 => 互溶性佳 5

105 1-1 單元練習給關心自己的同學磨鍊! ( ) 8. 下列何種溶液為非電解質溶液? () 蔗糖水 () 食鹽水 (C) 氨水 (D) 鹽酸 解析 () 蔗糖無法產生陰 陽離子 ( )15. 下列各項操作, 何者不會使豆漿中的膠質粒子凝聚析出? () 加糖於豆漿中 () 加食醋 於豆漿中 (C) 加食鹽於豆漿中 (D) 加石膏於豆漿中 解析 加電解質 ( )16. 膠體溶液中, 溶質顆粒大小約為多少? ()10-9 m 至 10-7 m ()10-9 cm 至 10-7 cm (C)10-9 Å 至 10-7 Å (D)10-9 km 至 10-7 km ( ) 6. 有關溶液的下列敘述, 何者錯誤? () 溶液是由純質所構成的均勻化合物 () 溶液的組成可以改變 (C) 溶液未必可以流動 (D) 溶液未必可以導電 ( ) 9. 下列何者不是溶液? () 空氣 ()4K 金 (C) 碘酒 (D) 黃銅 解析 ()4K 金為純金 ( )10. 電解質溶液可以導電, 是因溶質可於溶液中產生何種粒子? () 原子 () 分子 (C) 離子 (D) 電子 解析 C 電解質靠離子的游動導電 ( )0. 下列對溶液的敘述何者正確? () 必以水為溶劑 () 溶液在常溫常壓一定為液態 (C)18K 金為一種溶液 (D) 兩物質形成溶液時均可以任意比例混合 C 二. 溶液濃度的分類 1. 與溫度有關者 (1) 特性缺點 => 熱脹冷縮會使溶液體積改變, 濃度也跟著改變 => 不適用於溫度變化大的實驗, 如沸點上升, 凝固點下降的實驗優點 => 秤量容易, 取樣方便 () 種類 (a) C M : 體積莫耳濃度 6

106 1 公式 : C M = 適用 : 平衡 酸鹼 氧化還原 一般反應優點 : 秤量方便 3 配置方法 : <step1> 先計算所需溶質量 <step> 先以一小部分溶劑溶解 <step3> 加到所需的量 ( 需加到容量瓶 ) <ex> 如何配置 0.M,500mL 的 NaOH 溶液? (b) C N : 當量莫耳濃度 1 公式 :C M 當量 適用 : 和 1 一樣 3 配置方法 : 和 1 類似, 小心係數 7. 與溫度無關者 (1) 特性 : 適用於大的實驗, 缺點 => () 種類 : (a) 莫耳分率 => 代號 :X 1 公式 X X.

107 N的 mole 數 X N 所有 mole 數 => X +X + +X N = 1 適用 => 拉午耳定律 (b) 重量莫耳濃度 => 代號 :C m 1 公式 :C m = 溶質 mole 數溶劑公斤數 適用 => 沸點上升 凝固點下降 (c) 重量百分比溶質重 1 公式 :% = % 溶液重 適用 => 大量配製, 工業用 (d) ppm 溶質重 1 公式 : X N 10 溶液重 6 適用 =>, 環境 生化計量 重要概念 1. 與溫度有關的濃度和與溫度無關的濃度之間, 必須有 密度 才可以換算 => 因為溶液只要非理想溶液, 就沒有加成性. 在不同杯溶液中, 只要莫耳濃度相同 <=> 重量莫耳濃度相同 3. 在同一杯溶液中, 一般而言, 體積莫耳濃度的數值 > 重量莫耳濃度的數值 ( 意即加了溶質大部分體積增加 => 正偏差溶液 ) 3. 題型分析 題型一 換算濃度: 同一杯溶液, 只是濃度單位的換算換算濃度時 < step1 > 先判斷題目如果有給重量 體積 濃度 密度 => 不可以自已設數據 ( 代表已經限定情況 ) 如果只給濃度 密度 => 自已設數據, 以好算為主 < step > 畫出換算濃度圖 8

108 < step3 > 分別依定義求解 題型二 不同杯溶液比較濃度 => 換成相同濃度單位, 再比較 ( 以化成 % 為最佳 ) 題型三 稀釋 : 必須掌握的原則 => 稀釋後, 莫耳數不變 原來的體積 濃度 1. 純加水 => 重要範例 1 後來的體積稀釋 [ 稀釋 ] 於比重 1.0,30% 的鹽酸 100mL 中, 加入 150mL 的蒸餾水後, 其重量百分率濃度約為若干? 原濃度 ()15 ()13 (C)8. 等體積混合 (D)5 % => 重要範例 4 重要範例 3. 不等體積混合 1 => 圖解說明 : [ 重量百分率 ] 有一食鹽水溶液中含有 100 克水及 5 克氯化鈉, 則其重量百分率濃度為若干由圖可知, 溶液經稀釋後?, 莫耳 數仍不變, 水量變多, 濃度減少 [ 重量莫耳濃度 ] 今欲配置 0.10m 的甘油 C 3 H 5 (OH) 3 水溶液, 共需多少克的甘油加入 500 克的水中? ().3 ()4.6 (C)9. (D)1.0 重要範例 1 ().5 ()0 (C)5 (D)33.3 % 將 800mL 甲醇 ( 密度 0.80g/mL) 和 500mL 水混合, 所得的甲醇溶液濃度為 16.0M, 則甲 重要範例 1 [ppm] 某化學工廠中含有醇和水混合前及混合後的總體積相差若干 Hg + 的重量百分率為 %, ml? 此廢水中之 ()0 ()50 (C)100 Hg + 含量應為 (D)300 ()3000 ()300 (C)30 (D)3 ppm [ 稀釋 ] D 9 ( )9. 某鹽類水溶液 6m, 已知溶液的比重為 0.65, 溶質分子量 =50, 求 C M = ()3 ()4 (C)5 (D)6

109 ( )30. 某鹽類溶液濃度 50%, 欲加水稀釋成 10%,d=1.1 之溶液 1 升時, 需加蒸餾水若干 g? ()660 ()760 (C)800 (D)880 g D ( )31. 有 8m 及 m 的葡萄糖水溶液, 欲配置 6m 之水溶液, 則 m 與 8m 溶液之重量比為 ()31: 43 ()17:61 (C)14:37 (D)3:45 ( )3. 硫酸溶液 3M, 比重 1.18, 其重量百分率濃度約為若干? ()0 ()5 (C)30 (D)35 % ( )33. 欲配置 16.4% CoCl 水溶液 100g, 需取 CoCl xh O 30g 加蒸餾水 70g 配成, 則 x=? ()8 ()7 (C)6 (D)5 C ( )34. CuSO 4 對水的溶解度 :0C 為 0g/100g 水,80C 為 56g/100g 水, 今在 80C 有 31g 飽 和溶液將其冷卻至 0C 時, 可析出 CuSO 4 5H O 若干克? ()68 ()17 (C)61 (D)115 克 ( )35. 取 65mL 甲醇 ( 比重 =0.8) 與 501mL 水混合得溶液, 今甲醇 14.9M, 則 () 甲醇之重 量莫耳濃度為 15.6m () 溶液密度為 0.96g/mL (C) 混合後溶液體積為 106mL (D) 含甲醇 之重量百分率濃度約為 45% ( )36. 將濃度 M 溶液一瓶, 倒去半瓶再用蒸餾水加滿, 拌勻後再倒去 種溶液加滿拌勻後濃度為 ()1.0 ().5 (C)1.5 (D)0.5 M 3 瓶, 然後以 3M 的同 4 ( )37. 比重 1.16, 含 1.0% 的 HCl 水溶液 150 毫升和 6.00M 的 HCl 水溶液 350 毫升混合, 假設體積有加成性, 則混合後的鹽酸溶液濃度為多少 M?(H=1.0,Cl=35.5) 10

110 C ()5. ()5.7 (C)6. (D)6.7 ( )38. 加 9 克乙醇 (C H 5 OH) 於 100 克水中, 所形成的水溶液比重 0.95 乙醇的重量莫耳濃度 若干? ()0 () (C)0.9 (D)10 m ( )40. 比重 1.8,98% 之濃硫酸 (H SO 4 ), 其 () 重量莫耳濃度為 0.5m () 重量莫耳濃度為 10.0m (C) 體積莫耳濃度為 18.0M (D) 體積莫耳濃度為.0M C ( )41. 在化學檢驗若發現水體中含有 45ppm 的鎘, 則水中鎘離子的體積莫耳濃度為若干 M?(Cd =11.4) ()410-1 ()410 - (C)410-4 (D)410-6 C ( )43. 將 4.0 克 HF 溶於水, 配成 00mL 後, 取 0mL 加水稀釋到 100mL, 則所得溶液的體積莫耳濃度為若干? ()0.1 ()0. (C)0.3 (D)0.4 M (F=19) ( )44. 將 100mL 甲醇 ( 密度 0.80g/mL) 和 1400mL 水混合, 所得的甲醇溶液濃度為 1.0M, 則甲醇和水混合前及混合後的總體積相差若干 ml?( 分子量 :CH 3 OH=3) ()50 ()100 (C)150 (D)00 ( )45. 欲由重量百分濃度 98% 的 H SO 4(aq) ( 比重 1.8) 配製 4.5% 之 H SO 4(aq) ( 比重 1.)1 升時, 應取適量的 98% H SO 4 加入若干毫升的蒸餾水可得?( 分子量 :H SO 4 =98) ()80 ()860 (C)900 (D)980 C ( ) 克之 16%NaOH 溶液, 欲使其濃度變 8%, 需加 4%NaOH 溶液若干克? ()1000 ()800 (C)500 (D)333 克 ( )47. 在化合物 的水溶液中, 的莫耳分率為水的莫耳分率 1/0, 設 的分子量為 70, 水 11 溶液的比重為 1.6, 則 的容積莫耳濃度為若干? ()0 ()5 (C) (D)0.5 M

111 C ( )48. 以 9% 的硫酸配製成 3.00M 的硫酸 ( 比重 1.18)1 升時, 需加入多少毫升的蒸餾水?(S =3) ()860 ()780 (C)706 (D) 條件不足, 無法求得加入水之體積 ( )49. 下列四杯葡萄糖水溶液, 哪一杯最甜? ()100 克的水中溶糖 10 克 ()9% 的糖水 (C) 莫 耳分率為 0.1 的糖水 (D) 通通一樣甜 C ( )50. 某罐 50 毫升的鋁箔包奶茶包裝上, 標示含咖啡因 300ppm, 代表一罐奶茶中有多少克咖 啡因? () ()0.075 (C)75 (D)75000 克 ( )51. 設某糖水溶液之 C M =a,c m =b, 溶質分子量為 M, 當 a=b 時, 則此溶液的比重為 : () a M ()bm+1 (C) am (D) M a 1000 b C ( )5. 將.0M 的 H SO 4(aq) 450mL 和 1.0M 的 H SO 4(aq) 550mL 相混合後, 其體積莫耳濃度變為 若干 M? ()1.0 ()1.85 (C).00 (D)1.45 D ( )53. 用草酸晶體 (H C O 4 H O, 分子量 =16) 配置草酸 1M 溶液之最精確的方法是 () 取 此晶體 16g 溶在水 874g 中 () 使此晶體 16g 溶於水 1 升中 (C) 先用適量水使此晶體 16g 溶解後, 再加水至全部恰成為 1 升 (D) 將此晶體溶於適量水中, 恰成為飽和溶液 C ( )54. 硫酸銅晶體 (CuSO 4 5H O)50 克溶於 50 克水中所成之溶液中 CuSO 4 的重量百分率濃度為 ()16 ()0 (C)3 (D)50 % (CuSO 4 =160) C ( )55. 田寮河的汞污泥中含汞量為 0ppm, 則此汞污泥中含汞 ( 原子量 =01) 重量百分率濃度為 () () (C) (D) % 1

112 C ( )56. 欲將濃度 5% 及 10% 的葡萄糖水溶液, 混合成 15%, 則此兩溶液的質量比為若干? ()1: ():3 (C)3: (D):1 ( )57. 濃度均為.5m 的葡萄糖溶液和蔗糖溶液, 下列何種濃度值亦將相等? () 重量百分率濃 度 () 體積莫耳濃度 (C) 百萬分濃度 (D) 莫耳分率 D ( ) C 時, 使 1 克的食鹽溶於 1 升的水中, 然後將此溶液冷卻至 4 C, 則冷卻前後下列哪 一種濃度有改變? () 體積莫耳濃度 () 重量莫耳濃度 (C) 莫耳分率 (D) 重量百分率 濃度 ( )59. 下列敘述何者正確? () 重量百分率相同的兩水溶液, 其重量莫耳濃度亦相同 () 重量 莫耳濃度大者, 莫耳分率小 (C) 溫度改變時, 重量莫耳濃度亦隨之改變 (D) 莫耳分率相 同的兩水溶液其重量莫耳濃度相同 D ( )60. 如欲配製 1.0M 的 NaOH 溶液, 以下列何種方法最正確? () 取 4.00 克 NaOH 溶於 100mL 的水中 () 取 4.00 克 NaOH 加水至體積為 100mL (C) 取 4.00 克 NaOH 溶於 10mL 的水中 (D)4.00 克 NaOH 加水至體積為 10mL ( )6. 今有 5 升的水試樣, 其中含有 0.16 克的氧, 試問該水含氧多少 ppm? ()3 ()0 (C)16 (D)10 ppm ( )63. 若兩種溶液的重量莫耳濃度相同, 則此兩種溶液的哪一種濃度必相同? () 莫耳分率 () 體積莫耳濃度 (C) 體積百分率濃度 (D) 重量百分率濃度 ( )64. 下列哪種濃度表示法, 其數值隨溫度 壓力變化而改變? () 當量莫耳濃度 () 體積莫 耳濃度 (C) 莫耳分率 (D) 重量百分率濃度 ( )65. 自來水中殘氯之濃度為 1ppm, 若以莫耳濃度計算應為若干? () M () M

113 (C) M (D) M ( )66. 一般人說稻香米酒濃度為 0 度, 此濃度乃 () 重量百分率 () 體積百分率 (C) 重量莫耳 (D) 體積莫耳濃度 ( )67. 密度 1.g/mL 含 CH 3 COOH 60% 醋酸水溶液其濃度為 ()10 ()1 (C)83.3 (D)6.3 (E)5 M ( )68. 欲將 100mL 50%, 比重 1.4 的硫酸溶液, 稀釋成 10% 的稀硫酸, 須加水若干 ml? ()500 ()560 (C)610 (D)700 ( )69. 在 5C,CaCl 在水中的溶解度為 7.5M, 此溶液相當於 100 克之純水中溶解 CaCl 若干 克?( 設 CaCl 飽和溶液的比重為 1.4) ()13 ()190 (C)147 (D)18 C ( )71. 某無機化合物含 n 分子之結晶水, 而此結晶水之重量百分率為 36%, 今取該物 5 克溶於 水, 使成 100 毫升溶液, 則此溶液濃度為若干 M? () 1 n ()n (C)10 n (D) 3 50n ( )7. 已知氫氧化鉀溶液的濃度 4.M, 比重為 1., 其重量百分率濃度近於多少?(K=39) ()30 ()5 (C)0 (D)15 % C ( )73. 用 Na CO 3 10H O 之結晶, 欲配製 0.5M 之碳酸鈉溶液 升, 其方法為 (Na CO 3 =106) () 將此結晶 86 克溶入 升的水中 () 將此結晶 143 克溶於水, 並稀釋至 升 (C) 將此結 晶 106 克溶於水, 並稀釋至 升 (D) 將此結晶 86 克溶於水中, 並稀釋至 升 D 14

114 ( )74. 欲由 60% 之 H SO 4 和 40% 之 H SO 4 配製 48% 之 H SO 4, 則依下列何項比率混合即可?( 重 量比 60%H SO 4 :40%H SO 4 ) ():3 ():1 (C)3: (D)1: ( )75. 用 4M HCl 配製 0.0mL 1M HCl, 何法最適宜? () 取 4.0mL 4M HCl 加水 16mL () 取 5.0mL 4M HCl 加水 15mL (C) 取 5.0mL 4M HCl 加水成 0.0mL 溶液 (D) 取 4.0mL 4M HCl 加水成 0.0mL 溶液 C ( )76. 將某物質 5% 及 10% 之水溶液混合, 混合得 15%, 試求兩者混合質量比為何? ()3: ()1:3 (C):3 (D)1: D ( )77. 設葡萄糖及蔗糖兩水溶液之莫耳分率相同, 則下列何種濃度也相同? () 容積莫耳濃度 () 重量莫耳濃度 (C) 重量百分率濃度 (D) 體積百分率濃度 ( )78. 重量莫耳濃度 4.0m 與 8.0m 之尿素水溶液, 則兩溶液應依下列何種重量比相混合, 可得 6.0m 之水溶液? ()1: ()31:37 (C)17:38 (D)14:37 尿素 :CO(NH ) ( )79. 將 800 ml 甲醇 ( 密度 0.80g/mL) 和 500mL 水混合, 所得的甲醇溶液濃度為 16.0 M, 則甲醇和水混合前及混合後的總體積相差若干 ml? ()0 ()50 (C)100 (D)300 ( )80. 欲使 15% 的 NaOH 溶液 400 克, 其濃度變為 10%, 需加 5% 的 NaOH 溶液若干克? ()100 ()00 (C)300 (D)400 D 1-1 單元練習給關心自己的同學磨鍊! ( )85. 若警方查獲的某假酒含有甲醇 5000ppm(1ppm 相當於重量比 10-6 ), 則該假酒每 0.6 公升 ( 相當於一瓶 ) 含有甲醇多少毫升?( 甲醇和乙醇的密度都是 0.78g/mL) ()1 ()3 (C)5 (D)6 15

115 ( )84. 將 7.3 克 HCl 溶於水, 配成 500mL 後, 取 50mL 加水稀釋到 00mL, 則所得溶液的體積 莫耳濃度為若干? ()0.1 ()0. (C)0.3 (D)0.4 M (Cl=35.5) 1. 某溶液的重量百分率濃度為 P%, 溶質分子量 M, 溶液密度為 d, 則該溶液的重量莫耳濃度為若 P 1000 d 干 m? () M(100- P) P 100 () M(100- P) P 1000 (C) M(100- P) P 10 d (D) M C ( )5. 在化合物 的水溶液中, 的莫耳分率為水的莫耳分率的 15 設 的分子量為 70, 水溶液的比重為 1.40, 則 的莫耳濃度 (M) 應為若干? ().4 ().6 (C).8 (D)3.0 ( )6. 在 50 C 時, 某物質的溶解度為 150 克 /100 克水, 其飽和溶液 50 毫升的重量百分率濃度為若干? ()50 ()150 (C)100 (D)60 % D ( )91. 在 40C 下,KNO 3(s) 對水的溶解度 60g/100g 水 則 40C 下, 下列何者重量百分率濃度之 KNO 3(aq) 是飽和溶液? ()37.5 ()4.5 (C)57.5 (D)60 % ( )88. 將 1.0M 的 H SO 4(aq) 00mL 和.0M 的 H SO 4(aq) 300mL 相混合後, 其體積莫耳濃度變為若干 M? ()1.6 ()1.8 (C).0 (D). ( )86. 有關濃度之說明何者正確? ()1m 醋酸水溶液與 1m 尿素 [(NH ) CO] 水溶液之重量百分率濃度相同 () 溶液之重量莫耳濃度會隨溫度而異 (C)1m 蔗糖水溶液與 1m 尿素水溶液之溶質莫耳分率相同 (D)1M 硫酸水溶液 ( 比重 1.07) 濃度小於 1m 硫酸水溶液 (E)5 克 CuSO 4 5H O 溶於 75 克水中, 所得溶液濃度為 5% C ( )81. 某水溶液其比重為 d, 且溶質的重量百分率濃度為 a%, 則該溶液的體積莫耳濃度 M 與重 量莫耳濃度 m 的關係式為何? ()M= m (D) m(100 a)d d 100- a () 100 a m. d (C) 1000a (100-. a) m D ( )7. 濃鹽酸之比重為 1.0, 重量百分率濃度為 36.5%, 今欲配製 3.0M 的 HCl 溶液 1.0 升, 則 () 取 50mL 的濃鹽酸加到 750mL 水中 () 取 50mL 的濃鹽酸溶解於水中後, 再加水到 16

116 溶液為 1.0 升 (C) 取 109 克的濃鹽酸溶解於 1.0 升的水中 (D) 取 109 克的濃鹽酸加入 891 克水中 ( )8. 將 7.3 克 HCl 溶於水, 配成 500mL 後, 取 5mL 加水稀釋到 00mL, 則所得溶液的體積 莫耳濃度為若干?()0.()0.05(C)510-5 (D)10-4 M (Cl=35.5) 三. 溶解度 1. 依溶解度分類溶液 (1) 依溶解度分類溶液 (a) 飽和溶液 : 定量溶劑在定溫時, 溶解溶質達最大值者 (b) 未飽和溶液 : 尚可溶入溶質者 (c) 過飽和溶液 : 超過某溶質所能溶解的量 () 配製方法 (a) 飽和溶液 => 加過量溶質, 並過濾多餘的溶質 (b) 過飽和溶液 => 加過量溶質加高溫使其溶解, 靜置降溫, 溶質未析出即是過飽和溶液性質 : 不穩定, 加入晶種或搖晃 => 溶質析出形成飽和溶液. 溶解度 (1) 表示法 (a) 百分比 ( % ) (b) g( 溶質 ) 100 g( 溶劑 ) ( 大多以此表示, 因為實驗方便 ) () 影響因素 (a) 分子間作用力 => 極性溶極性, 非極性溶非極性 (b) 溫度 => 大多數溫度上升, 溶解度上升 < 例外 > (c) 壓力 => 固態 液態不顯著, 但氣態很明顯 => 壓力大, 溶解度多 => 亨利定律 m ( 溶解質量 ) = k P ( 氣壓 ) 但不適用於 的氣體 ( )93. 於 0C 1atm 的 O 及 1atm 的 N, 對 1 升的水溶解度依次為氧 50mL 及氮 5mL 設在 17