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1 第 7 章溶液 Solutions 7.1 溶液 7.2 電解質與非電解質 7.3 溶解度 7.4 百分率濃度 7.5 莫耳濃度與稀釋 7.6 化學反應中的溶液 7.7 溶液的性質

2 在一定量的溶液中, 溶質溶解的量稱為溶液的濃度 (concentration) 雖然濃度的表示法有好幾種, 但指的都是一定量 的溶液中所含溶質的量 質量百分率 Mass Percent 一個溶液的質量百分率 (mass percent,% m/m) 是指是每 100 克的溶液中溶質的質量 溶液的質量為溶質質量與溶劑質量的總和

3 假設我們將 8.00 克的 KCl( 溶質 ) 加入 克的水 ( 溶劑 ) 中, 溶質的質量加上溶劑的質量即為此溶液的質量 (8.00 克 克 = 克 ) 將這些數值代入質量百分率的算式中, 即可計算出質量百分率 :

4 如果將 30.0 克的 NaOH 溶在 克的水中, 則此溶液的質量百分率為何? 解

5 學習評量 2.0 克的 NaCl 溶在 56.0 克的水中, 則此溶液中 NaCl 的質量百分率為何?

6 因為液體或氣體的體積容易測量, 所以溶液的濃度可以表示成 體積百分率 (volume percent,% v/v) 體積的單位必須一致, 如二者都使用毫升, 或二者都使用公升 我們也可以解釋體積 體積百分率是每 100 毫升溶液中溶質的 體積 例如, 在酒廠中, 標示 12 % (v/v) 的酒是說每 100 毫升的 酒中含酒精 12 毫升

7 質量 體積百分率 (mass/volume percent,% m/v), 或稱為重量 體積百分率 (% w/v), 是指將溶質的克數除以溶液的體積 ( 毫升 ), 再乘以 100 此種質量 體積百分率的表示方式, 廣泛地應用在醫院和藥局, 特別是在配製靜脈注射液和藥劑時, 往往都會涉及質量 體積百分率的計算 質量 體積百分率亦即是每 100 毫升溶液中所含溶質的克數

8 一名學生稱取 5.0 克的 KI 並加入足量的水, 最後總體積為 250 毫升, 則此 KI 溶液的質量 體積百分率是多少? 解

9 學習評量將 12 克的溴 (Br 2 ) 溶入足量的四氯化碳中, 最後溶液體積為 250 毫升, 求此溶液中 Br 2 的質量 體積百分率 (% m/v) 是多少?

10 克林達黴素 (Clindamycin) 是一種局部的抗生素, 試問若有 1.0% (m/v) 的此溶液 60 毫升, 其中含克林達黴素多少克? 解

11 學習評量若有 8.00% (m/m) 的 KCl 溶液 225 克, 試問含 KCl 多少克?

12 15. 5% (m/m) 的葡萄糖溶液和 5% (m/v) 的葡萄糖溶液有何不同? 16. 計算下列各項溶液中溶質的質量百分率, 即 % (m/m): a. 25 克的 KCl 與 125 克的 H 2 O b. 12 克的糖溶成 225 克的茶 ( 溶液 ) 17. 計算下列各項溶液中溶質的質量 體積百分率, 即 % (m/v): a. 75 克的 Na 2 SO 4 溶成 250 毫升的 Na 2 SO 4 溶液 b. 39 克的蔗糖溶成 355 毫升的碳酸飲料 18. 計算下列溶液各需要準備多少克的溶質 : a 毫升的 5.0% (m/v) KCl 溶液 b 毫升的 4.0% (m/v) NH 4 Cl 溶液

13 19. 漱口水中含 22.5% 的酒精, 若一瓶漱口水為 355 毫升, 則內含酒精多少毫升? 20. 一位病患每小時注射 100 毫升的 20% (m/v) 甘露醇 (mannitol) 溶液 a. 在 1 小時內, 相當於給予多少克的甘露醇? b. 在 12 小時內, 病人接受了多少克的甘露醇? 21. 一位病患在接下來的 12 小時內, 需要給予 100 克的葡萄糖, 相當於必需注射 5% (m/v) 的葡萄糖溶液多少升?

14 當溶液中的溶質參與反應時, 化學家們對反應中粒子的個數感到好奇, 為了解決這個問題, 化學家們利用莫耳濃度 (molarity; M) 來表示恰好 1 公升溶液中溶質的莫耳數 溶液的莫耳濃度計算式為 : 溶質的莫耳數除以溶液的體積

15 例如,1.0 莫耳的 NaCl 溶在水中, 製備成 1.0 公升的溶液, 則 此 NaCl 溶液的莫耳濃度為 1.0 M, 其中縮寫字母 M 表示莫耳除以 升 (moles/l) 的單位

16 60.0 克的 NaOH 溶解成 升的溶液, 此溶液的莫耳濃度 (M) 是多少? 解

17 學習評量 75.0 克的 KNO 3 溶解成 公升的溶液, 則此溶液的莫耳濃度是多少?

18 欲製備 2.00 M 的 KCl 溶液 升, 需秤取多少克的 KCl? 解

19 學習評量我們需要秤取多少克的小蘇打粉 (NaHCO 3 ), 才能製備 4.50 M 的 NaHCO 3 溶液 325 毫升?

20 學習評量若欲提供 4.5 莫耳的 HCl, 需取 6.0 M 的 HCl 溶液多少毫升?

21 在化學實驗室裡, 我們常常需要將水加入溶液而使其體積變大而濃度變小, 也就是從一個較濃的溶液製備成較稀的溶液, 此過程叫做稀釋 (dilution) 當溶液被稀釋時, 稀釋前溶質的量等於稀釋後溶液內溶質的量 ( 圖 7.5)

22 例如, 你可以將三杯水加入濃縮的柳橙汁內, 以製備柳橙汁

23 圖 7.5 當水加入濃溶液中時, 溶質粒子的數量並未改變, 但是由於稀釋後溶液體積增加, 溶質粒子彼此間的距離較遠 問 : 等體積的水加入 6 M HCl 溶液中, 則稀釋後溶液的濃度為何?

24 我們可以寫出濃度 (C) 和體積 (V) 的等式 濃溶液內溶質的克數為 % 1 V 1, 而稀溶液內溶質的克數為 % 2 V 2 濃溶液內溶質的莫耳數以 M 1 V 1 表示, 而稀溶液內溶質的莫耳數以 M 2 V 2 表示 等式如下 :

25 欲將 50.0 毫升的 12% (m/v) KOH 溶液稀釋成 2.5% (m/v) KOH 溶液, 試問稀釋後的體積 ( 毫升 ) 為何? 解

26 學習評量將 25.0 毫升的 15% (m/v) HCl 溶液加水稀釋至 HCl 溶液體積為 125 毫升, 此溶液稀釋後之濃度 (% m/v) 為何?

27 將 75.0 毫升 4.00 M 的 KCl 溶液加水稀釋至 KCl 溶液體積為 公升, 此溶液稀釋後之莫耳濃度為何? 解

28 學習評量若你由 10.0 M 的 NaOH 溶液稀釋製備 2.00 M 的 NaOH 溶液 600 毫升, 試問需取 10.0 M 的 NaOH 溶液多少毫升?

29 22. 計算下列溶液的莫耳濃度 (M): a. 2.0 莫耳的葡萄糖溶解成 4.0 升的溶液 b. 4.0 克的 KOH 溶解成 2.0 升的溶液 c 克的 NaCl 溶解成 400 毫升的溶液 23. 計算下列各項溶質的莫耳數 : a. 1.0 公升的 3.0 M NaCl 溶液 b 公升的 1.0 M KBr 溶液 c. 125 毫升的 2.0 M MgCl 2 溶液 24. 計算下列各項溶液中溶質的克數 : a. 2.0 升的 1.5 M NaOH 溶液 b. 4.0 升的 0.20 M KCl 溶液 c 毫升的 6.0 M HCl 溶液

30 25. 如欲提供下列溶質的量, 則需要多少體積的溶液? a. 3.0 莫耳的 NaOH, 由 2.0 M 的 NaOH 溶液提供, 需多少公升? b. 15 莫耳的 NaCl, 由 1.5 M 的 NaCl 溶液提供, 需多少公升? c 莫耳的 Ca(NO 3 ) 2, 由 M 的 Ca(NO 3 ) 2 溶液提供, 需多少毫升? 26. 製作蕃茄湯, 你可以在濃縮湯裡加水, 為何此作法稱為稀釋? 27. 計算下列稀釋溶液最終的濃度 : a. 2.0 升的 6.0 M HCl 溶液加水稀釋至最終體積為 6.0 公升 b 升的 12 M NaOH 溶液加水稀釋至最終體積為 3.0 公升

31 c 毫升的 25% (m/v) KOH 溶液以水稀釋至最終體積為 毫升 d 毫升的 15% (m/v) H 2 SO 4 溶液加水稀釋至最終體積為 250 毫升 28. 如欲製備下列稀釋的溶液, 需加水至最終體積為多少? a. 由 20.0 毫升的 6.0 M HCl 溶液製備 0.20 M 的 HCl 溶液, 最終體積為多少公升? b. 由 50.0 毫升的 10.0% (m/v) NaOH 溶液製備 2.0% (m/v) 的 NaOH 溶液, 最終體積為多少毫升? c. 由 升的 6.0 M H 3 PO 4 溶液製備 0.50 M 的 H 3 PO 4 溶液, 最終體積為多少公升? d. 由 75 毫升的 12% (m/v) 葡萄糖溶液製備 5.0% (m/v) 的葡萄糖溶液, 最終體積為多少毫升?

32 化學反應若是在水溶液中進行, 我們可以利用溶液的莫耳濃度 和體積求出化學反應中反應物或生成物的莫耳數, 我們也可以利 用莫耳濃度與溶質的莫耳數求出溶液的體積 ( 如範例 7.15) 第 7 章溶液 P.265

33 鋅與 HCl 反應可生成 ZnCl 2 與氫氣 H 2 Zn(s)+2HCl(aq) ZnCl 2 (aq)+h 2 (g) 若要與 5.32 克的鋅完全反應, 需要 1.50 M 的 HCl 溶液多少公升? 解

34 學習評量利用範例 7.15 的反應, 有多少克的鋅會與 225 毫升 M 的 HCl 溶液完全反應?

35 若要與 公升 M 的 Na 2 SO 4 溶液反應, 需要 M 的 BaCl 2 溶液多少公升? Na 2 SO 4 (aq)+bacl 2 (aq) BaSO 4 (s)+2nacl(aq) 解

36 學習評量利用範例 7.16 的反應, 若要與 26.8 毫升 M 的 BaCl 2 溶液完全反應, 需要 M Na 2 SO 4 多少毫升?

37 29. 有一反應平衡式如下 : Pb(NO 3 ) 2 (aq)+2kcl(aq) PbCl 2 (s)+2kno 3 (aq) a. 當 50.0 毫升 1.50 M 的 KCl 與過量的 Pb(NO 3 ) 2 反應時, 將會生成多少克的 PbCl 2? b. 有多少毫升的 2.00 M Pb(NO 3 ) 2 會與 50.0 毫升 1.50 M 的 KCl 溶液完全反應? 30. 有一反應平衡式如下 : Mg(s)+2HCl(aq) MgCl 2 (aq)+h 2 (g) a. 有多少毫升的 6.00 M HCl 溶液會與 15.0 克的鎂完全反應? b. 當 公升 2.00 M 的 HCl 反應時, 將會生成多少莫耳的氫氣?

38 溶質粒子在決定溶液性質上扮演著重要的角色, 到目前為止討論的溶液, 大部分指的是溶質以微小粒子平均地分散在溶劑中, 所得到的溶液是均相的溶液 當我們觀察鹽水的溶液時, 在視覺上我們不能分辨那些是溶質那些是溶劑 以光線照射時, 鹽水溶液呈透明狀, 這些小粒子能夠通過過濾器, 也可以通過半透膜 半透膜 (semipermeable membrane) 僅允許溶劑分子像水分子, 以及非常小的溶質粒子通過, 但是大的溶質分子則無法通過

39 當粒子呈膠態分散或呈膠體 (colloid) 狀時, 它的溶質粒子較一般溶液的溶質粒子大 膠體粒子一般都是大分子, 如蛋白質 分子群或離子群 膠體是均相的混合物, 它無法被分離也不會沉澱 膠體粒子可以通過過濾器, 但對半透膜而言, 它又太大以致於無法通過 表 7.9 列出一些膠體的實例 懸浮液 Suspensions 懸浮液 (suspension) 是非均相的混合物, 它和溶液或膠體不同, 它的粒子較大, 通常肉眼看得到, 而且粒子無法通過過濾器和半透膜 懸浮的溶質粒子在混合後不久, 因重力關係會立即沉澱下來

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42 區分下列何者是溶液 膠體或懸浮液 : a. 混合物會立刻沉澱下來 b. 混合物的溶質粒子可通過過濾器和半透膜 解 學習評量酵素是一種蛋白質的大分子, 它可以催化人體細胞內的化學反應, 如果它們無法通過細胞膜, 那它們是屬於溶液或膠體?

43 圖 7.6 不同型態溶液的性質 :(a) 懸浮液之沉澱 ;(b) 懸浮液以過濾器分離 ;(c) 溶液粒子可通過半透膜, 而膠體和懸浮液則不行 問 : 過濾器能夠分離溶液中的懸浮粒子, 但是從溶液中欲分離膠體粒子則須利用半透膜, 請解釋原因

44 植物細胞內水分子的進出和我們體內細胞水分子的進出都是一種重要的生理過程, 而這種過程稱為滲透 (osmosis) 溶液中的溶劑 ( 水 ) 通過半透膜時, 它由溶質濃度低的溶液進入溶質濃度高的溶液中 水移動的方向稀釋了蔗糖溶液, 這是為了讓半透膜二邊的濃度相等 ( 或試圖使二邊的濃度相等 ) 滲透壓 (osmotic pressure) 是阻止過多的水流入較濃溶液所需施加的壓力 當系統中二邊水分子流進與流出已達成平衡時, 此時兩邊溶液體積會維持一定 滲透壓的大小視溶液中所含溶質粒子的濃度而定, 溶液中所溶解的粒子數越多, 則滲透壓就越大 若在溶液外施加比滲透壓還大的壓力, 此時便會進行逆滲透 (reverse osmosis), 水分子會從較高溶質濃度溶液中流出

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46 2% (m/v) 的蔗糖溶液和 8% (m/v) 的蔗糖溶液分別置於半透膜的二邊 a. 哪一邊的蔗糖溶液有較大的滲透壓? b. 水最初流向哪一邊? c. 達成平衡時, 哪一邊的液面較高? 解 學習評量如果 10% 的葡萄糖溶液和 5% 的葡萄糖溶液分別置於半透膜的兩邊, 則那一邊溶液的體積會減少?

47 由於生物系統中的細胞膜屬於半透膜, 所以可進行滲透作用 人體內的血液 組織液 淋巴和血漿等都具有滲透壓 大部分的靜脈注射溶液都是等張溶液 (isotonic solution), 它們會產生與體液相同的滲透壓,iso 的意思是 相等, 而 tonic 則是細胞內溶液的滲透壓 在醫院中常使用的等張溶液或生理溶液 (physiological solution) 包括 0.90% (m/v) 的 NaCl 溶液和 5% (m/v) 的葡萄糖溶液, 雖然它們並不具有和體液一樣的粒子, 可是卻可以產生相同的滲透壓

48 當紅血球置於等張溶液中時, 它會保持原來正常的體積, 此乃因為水流進與流出紅血球的速率相等 ( 圖 7.7 (a)) 然而, 如果紅血球置於非等張溶液中時, 由於紅血球內外滲透壓的不同, 所以會造成紅血球體積大大地改變 當紅血球置於純水中, 本是屬於低張溶液 (hypotonic solution,hypo 是指 較低 的意思 ), 水會藉由滲透壓而流進紅血球內 ( 圖 7.7 (b)), 故紅血球因為液體增加而脹大, 而且還有可能會脹破, 這種過程稱為溶血 (hemolysis)

49 如果紅血球置於高張溶液 (hypertonic solution,hyper 是指 較高 的意思 ) 中, 也就是置於溶質濃度較高的溶液中, 水會 藉由滲透壓而流出紅血球外 假設紅血球置於 10% (m/v) 的 NaCl 溶液中, 因為紅血球內的滲透壓相當於 0.90% (m/v) NaCl 溶液所產生的滲透壓, 所以 10% (m/v) NaCl 溶液的滲透壓較大, 故紅血球會因失去水而萎縮, 這種過程稱為皺縮 (crenation)( 圖 7.7 (c)), 這和我們將黃瓜置於高張鹽水中醃漬的過程相似, 黃瓜會因為失去水份而萎縮

50 圖 7.7 (a) 在等張溶液中, 紅血球維持在正常的體積 (b) 溶血 : 在低張溶液中, 水流進紅血球內, 造成血球脹大, 而且有可能脹破 (c) 皺縮 : 在高張溶液中, 水流出紅血球, 造成血球萎縮 問 : 當紅血球置於 4% 的 NaCl 溶液中, 會發生何種情況?

51 判斷下列溶液是等張 低張或高張溶液 若將紅血球置於下列溶液中, 紅血球會溶血 皺縮或是不變? a. 5% (m/v) 的葡萄糖溶液 b. 0.2% ( m/v) 的 NaCl 溶液 學習評量紅血球置於 10% (m/v) 的葡萄糖溶液中會產生什麼現象?

52 透析 (dialysis) 是一種和滲透相似的過程, 透析所使用的半透膜稱為透析膜, 它僅容許較小的溶質分子和離子通過, 而水也可以通過, 但是像膠體一樣的大粒子則無法通過, 所以透析可用於分離膠體溶液中的粒子

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54 31. 判斷下列特性為溶液 膠體或懸浮液? a. 混合物無法被半透膜分離 b. 混合物靜置後會沈澱下來 32. a. 植物如何由土壤中獲得水份? b. 醃漬物是如何發生皺縮的? % (m/v) 的澱粉溶液和純水分別置於半透膜的兩邊 a. 哪一邊的溶液具有較大的滲透壓? b. 水最初流向哪一邊? c. 哪一邊的液面會升高?

55 34. 下列各組由半透膜隔開的溶液, 哪一邊 (A 或 B) 的體積會增加 : A B a. 5.0% (m/v) 葡萄糖 10% (m/v) 葡萄糖 b. 4% (m/v) 白蛋白 8% (m/v) 白蛋白 c. 0.1% (m/v) NaCl 10% (m/v) NaCl 35. 下列溶液與紅血球比較時, 是屬於等張 低張或高張溶液? a. 蒸餾水 b. 1% (m/v) 葡萄糖 c. 0.90% (m/v) NaCl d. 5.0% (m/v) 葡萄糖 36. 若將下列物質置入透析袋內並且浸在蒸餾水中, 試問那些物質會由袋內流出至蒸餾水中? a. NaCl 溶液 b. 澱粉 ( 膠體 ) 和丙胺酸 ( 胺基酸溶液 ) c. NaCl 溶液和澱粉 ( 膠體 ) d. 尿素溶液

56 » 2. 一溶液含有 15.5 克的 Na 2 SO 4 和 75.5 克的 H 2 O, 其質量百分率 (% m/m) 是多少?» 3. 一位病患經由腔靜脈營養點滴的方式給予營養, 每 12 小時注射內含 5.0% (m/v) 的胺基酸 ( 補充蛋白質 ) 及 20% (m/v) 的葡萄糖溶液 500 毫升 ( 補充碳水化合物 ), 以及 10% (m/v) 含脂質溶液 500 毫升 ( 補充脂肪 ) a. 此病患在一天內給予多少克的胺基酸 葡萄糖及脂質? b. 病患在一天內獲得多少仟卡?

57 4. 一溶液為 12% (v/v) 的丙醇水溶液, 想要得到丙醇 4.5 毫升, 須取此水溶液多少毫升? 6. 一溶液由 70.0 克的 HNO 3 和 克的 H 2 O 混合而成, 此溶液的密度為 1.21 g/ml: a. 此 HNO 3 溶液的質量百分率 (% m/m) 是多少? b. 此溶液的總體積是多少? c. 此溶液的質量 / 體積百分率 (% m/v) 是多少? d. 莫耳濃度 (M) 是多少?

58 7. 下列各項溶液中的溶質各為多少克? a. 2.5 公升的 3.0 M Al(NO 3 ) 3 b. 75 毫升的 0.50 M C 6 H 12 O 6 c. 235 毫升的 1.8 M LiCl

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