(一) 溶液(均勻混合液)

A、 溶液:

                      (1)    由至少兩種的純物質均勻混合而成的均勻混合物(Homogeneous mixture)。

                      (2)    數種物質混合後,僅呈現一種相狀態。

                      (3)    沒有固定的組成及性質,例如糖水可以有不同的濃度,且沸騰時的溫度會持續上升。

                      (4)    溶液所混合的物質,仍保有原來純物質的物理性質及化學性質;
例如空氣中的氧氣,仍保有助燃性;空氣中的氫氣仍具有可燃性。

B、 溶質(solute)與溶劑 (solvent)之區別:

                      (1)    量多者為溶劑,量少者為溶質。
例如:空氣中,量多者N2為溶劑;而量少者O2、CO2、Ar…等氣體為溶質。

                      (2)    與水混合為溶液時,不論水量多寡,水均為溶劑,形成的溶液,記為(aq)。
例如:金門高梁中,水佔45%,而酒精佔55%,但水雖然量少,仍為溶劑。

                      (3)    混合前後狀態有變化者為溶質,狀態無變化者為溶劑。
例如:食鹽水中,NaCI在水中解離成Na+(aq)與Cl-(aq)故NaCI為溶質,而水的狀態不變為溶劑。
將固體的碘溶解於酒精中,形成碘酒,記為I2(alc),碘由固體溶解成液態,酒精狀態保持不變,因此碘是被溶解的物質,稱為溶質;酒精是溶解溶質的,稱為溶劑。

C、 溶劑(純物質)與溶液之比較

比較

溶劑(純物質)

溶液(均勻混合物)

定義

僅含一種成分

均勻混合物,含兩種或兩種以上成分

凝固點

凝固曲線如下,凝固點固定。

描述: 描述: 描述: F:\SCAN\基礎化學\1-2\9998.BMP

凝固曲線如下,凝固點隨濃度之增加,而逐漸降低。

描述: 描述: 描述: F:\SCAN\基礎化學\1-2\9997.BMP

凝固物結晶

與原液體相同

與原溶液不同,凝固物為純物質。

蒸餾產物

與原液體相同

與原液體不同,成分比例會改變

沸  點

1. 沸點固定。

描述: 描述: 描述: F:\SCAN\基礎化學\1-2\9996.BMP

1. 濃度愈大時沸點愈高。

描述: 描述: 描述: F:\SCAN\基礎化學\1-2\9995.BMP

分  離

1. 僅含一種物質。

2. 無法以「相之變化」等物理方法,分離其中的組成元素。

1. 可利用「相之變化」分離。

2. 以蒸餾、結晶等方法,分離其中所含的物質。

(二) 溶液的分類:

A. 依溶液的型態:可將溶液分成氣態溶液、液態溶液及固態溶液三類。

溶液的種類

實例

氣態溶液

固體溶於氣體

抽菸後的煙霧,為固態的顆粒,溶於氣體中。

液體溶於氣體

雲、霧是液態的水溶於空氣中,形成氣態的溶液。

氣體溶於氣體

空氣或實驗室申兩種氣體以上互相混合

液態溶液
(
簡稱溶液)

固體溶於液體

蔗糖溶於水;食鹽溶於水;硫酸銅晶體溶於水

液體溶於液體

酒精溶於水;醋酸溶於水

溴(Br2)溶解於四氯化碳中,記為Br2(CCl4)。

氣體溶於液體

二氧化碳溶於水,可製成汽水。

氯氣溶於水可消毒。

氧氣溶於水,可供生物呼吸。

固態溶液

固體溶於固體

鐵、銘、鎳製成的不鏽鋼合金

銅和鋅的合金,製成黃銅。

金和銅的合金,製成K金。

液體溶於固體

1. 金屬溶於水銀中,所形成的合金,稱為汞齊。

2. 電解熔融的食鹽(氯化鈉),所製得的鈉,可溶於水銀中,製成鈉汞齊。

3. 銀、錫、銅、金等金屬溶於水銀中,製成補牙的銀粉。

氣體溶於固體

1. 燃料電池中,氫氣通入多孔隙的鉑或鎳,被吸附作為電極。

 

B. 依溶液的導電性:將溶液分成電解質溶液與非電解質溶液兩類。

               (1) 電解質溶液:化合物溶於水能導電者,稱為電解質溶液。
例如:HCl(aq)、NaOH(aq)、NaCl(aq)等酸、鹼、鹽的水溶液。

               (2) 非電解質:化合物溶於水但不能導電者,稱為非電解質溶液。
例如:C6H12O6(aq)、(NH2)2CO(aq)(尿素)等分子物質,在水中不能解離出離子者。

               (3) 電解質的分類:

強電解質

弱電懈質

溶質在溶劑中完全解離者

溶質在溶劑中僅能部分解離者

(1) 強酸:如HClO4(過氯酸)、HNO3(硝酸)、H2SO4(硫酸)、HCl(鹽酸)、HClO3(氯酸)。

(2) 鹼金屬與部分鹼土金屬(Ca、Sr、Ba) 之氫氧化物。

(3) 鹼金屬鹽類與銨鹽(NaCI、KCl、NH4Cl)

(1) 弱酸:如H2CO3(碳酸)、H2C2O4(草酸)、H3BO3(硼酸)、H3PO4(磷酸)。

(2) 大多數有機酸。
例:CH3COOH(乙酸)、HCOOH(甲酸)

(3) 氨與大部介有機胺

               (4) 導電度大小:

甲、 相同濃度大小,解離度愈高其導電度愈強。
強電解質溶液>弱電解質溶液>非電解質溶液

乙、 強電解質溶液,離子濃度愈高其導電度愈大。
例:0.10M CaCl2(aq) > 0.10M NaCl(aq)

        【註】:溶質為離子化合物與分子化合物的比較

比較

離子化合物

分子化合物

種類

鹼和鹽為離子化合物(離子鍵分子)

酸為分子化合物(共價鍵分子)

固態

固態時,陰陽離子因為靜電力的作用,而無法解離,因此不能導電。

固態及液態時,由於無法解離成離子,因此不能導電。

液態

熔融狀態(液態)時,晶體格子遭受破壞,陰陽離子因此能夠移動,因此能導電。

水溶液

水溶液狀態時,由於離子化合物溶於水能解離,產生陰、陽離子,因此能導電。

水溶液時由於酸能解離或與水作用產生離子,因此能導電。

KOH(aq)→K+(aq)+OH-(aq)

NaCl(aq)→Na+(aq)+Cl-(aq)

HNO3(aq)→H+(aq)+NO3-(aq)

CH3COOH(aq)→CH3COO-(aq)+H+(aq)

    少數的鹼為分子化合物,在液態時不導電
   
【註】:氨為分子化合物,在液態時不能導電,水溶液才導電,為弱電解質。
        NH3
+H2O → NH4OH → NH4++OH-

 

C. 依溶劑的種類區分:可將溶液分成水溶液與非水溶液兩類

分類

溶劑

實例

水溶液

水

糖水、鹽水、鹽酸

非水溶液

水以外的溶劑。

四氯化碳(CCl4)、酒精(C2H5OH)、
苯(C6H6)、丙酮

碘酒、溴的四氯化碳溶液、糖溶於酒精、
指甲油溶於丙酮、空氣、

D. 依溶質顆粒大小區分:

               (1) 真溶液:

甲、 溶質的直徑小於10-10m的分子或離子,或溶質與溶劑能均勻溶成一相。

乙、 糖水、鹽水、硫酸銅溶液、氯化亞鈷溶液、硝酸鉀溶液、礦泉水…等。

               (2) 膠態溶液:

甲、 溶質顆粒約為10-7m∼10-9m,的高分子或多分子聚合物、帶電的粒子團(吸附溶劑的離子)、溶液狀態為兩種相態。

乙、 咖啡、雲、霧、煙、牛奶、米漿、豆漿、澱粉、醬油、肥皂水等溶液,為膠態溶液。

丙、 加入電解質凝聚或者通入直流電(電泳),可以使膠體電荷被中和而凝聚析出,稱為凝析。

 

例題1. (A)食醋  (B)18K金  (C)碘酒  (D)鹽酸  (E)鋅汞齊  (F)青銅  (G)汽水  (H)天然氣  (I)溴的四氯化碳溶液;關於上述溶液,回答下列問題:

                 (1) 常溫下,固態溶液有__________。

                 (2) 常溫下,液態溶液為非水溶液的有_____________。

                 (3) 哪些液態溶液為電解質溶液?____________。

解答 (1) B(K金)、E(鋅汞齊)、F(青銅)    (2)C(碘酒)、H(天然氣)、I(溴的四氯化碳溶液)
(3)A(
食醋)、D(鹽酸)、G(汽水)

解析 :(1) 鋅汞齊為鋅和水銀混合的合金,鋅溶解在水銀中,凝固成為固態合金。
青銅為銅和錫的合金。
(2)
天然氣為甲烷(CH4)和乙烷(C2H6)的混合物。
(3)
食醋為醋酸的水溶液,為弱酸、弱電解質;鹽酸為氯化氫水溶液,為強酸、強電解質。
  
汽水為碳酸水溶液,為弱酸、弱電解質。

 

例題2.下列關於溶液性質的敘述,何者正確?
(A)
空氣為氣態溶液,其主要成分為氮氣與氧氣  (B)碘酒為以酒精為溶劑所配成的溶液  (C)18K金可將其成分中的金視為溶質,銅視為溶劑  (D)將鐵粉放入水中,充分攪拌後,所得混合物即為溶液  (E)重量百分率濃度98%的濃硫酸中,水為溶劑

解答 (A)(B)(E)

解析 :(A) 正確,空氣為氣態溶液,氮氣站78%為溶劑,氧氣站21%,為溶質。
(B)
碘酒為碘(溶質)溶解在酒精(溶劑),所配成的溶液。
(C) 18K
金佔18/24,金含量較多,為溶劑,銅佔6/24,含量較少,為溶質。
(D)
鐵粉難溶於水,因此將鐵粉放入水中,充分攪拌後,仍無法溶解,因此不是溶液。
(E)
重量百分率濃度為98%的濃硫酸中,水為溶劑。

 

例題3.設甲為氨水,乙為鹽酸,丙為甘油水溶液;當三者的容積莫耳濃度相同時,其導電性的順序為:
(A)
甲>乙>丙  (B)乙>丙>甲  (C)乙>甲>丙  (D)甲>丙>乙。

解答 (C)

解析 :鹽酸(HCl)為氯化氫的水溶液,為強酸、強電解質。
氨水為氨氣的水溶液,形成氫氧化銨(NH4OH),但解離度小,為弱鹼、弱電解質。
甘油水溶液不解離,為非電解質。
因此導電性為鹽酸>氨水>甘油水溶液。

例題4.下列敘述何者正確?
(A)
溶液保留有溶質的本性 (B)溶液有一定的熔點,但無一定的沸點 (C)四氯化碳可與水形成一溶液 (D)金屬可與金屬形成溶液,但金屬與非金屬不可形成溶液。

解答 (A)

解析 :(A)溶液為混合物,保留原有成分物質的本性;
(B)
溶液的熔點、沸點均不一定,隨著成分濃度而改變。
(C)
四氯化碳和水不互溶,因此混合後會形成上下兩層,因此不能成為溶液。
(D)
金屬與非金屬仍可混合,形成溶液。

 

例題5.有關溶液的敘述,下列何者錯誤?
(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)溶液有固態、液態、氣態等三類 (D)溶液不一定都可導電。

解答 (A)

解析 :(A)錯誤,溶液為數種純物質所構成的均勻混合物。
(D)
糖水為溶液,但不解哩,不能導電,為非電解質。

 

(三) 溶液的濃度:

A. 重量百分率濃度:

               (1) 100克溶液中所含溶質的克數,以%表示。

               (2) 溶質克數與溶液克數的比值。

               (3)

               (4) 溶質重量=溶液重量 x (P%)

 

例題6.一杯200克的糖水中,溶解了10克的糖,則此溶液的重量百分率濃度為______%。

解答:5%

解析:

 

A. 體積百分率濃度:

               (1) 每100毫升溶液中,所含溶質的體積(毫升數),以百分比表示,稱為體積百分率濃度。

               (2)

               (3) 一般的百分率濃度,除非是特別註明,一般是指重量百分率濃度。

 

例題7. 比重1.2,濃度為36.0%的氯化氫水溶液200毫升,含氯化氫質量_______克。

解答:86.4克

解析:溶液質量=體積x密度=200x1.2=240克。
溶質質量=240x36%=2400.36=86.4克。

 

例題8.將15%及10%的糖水混合成12%的溶液,則所取15%及10%糖水的重量比為何?
       (A)5
:4  (B)4:5  (C)2:3  (D)3:2。

解答:(C)

解析:   0.15A+0.1B=0.12A+0.12B     0.03A=0.02B
                             A
:B=0.02:0.03=2:3

 

例題9. 取90%的硫酸溶液100克,需加入30%的硫酸溶液______克,才能配製成70%的硫酸溶液?

解答:50克

解析:假設30%的溶液重量A克;則
    90
+0.3A=70+0.7A    20=0.4A
                 A
=20/0.4=50克

 

例題10.欲以15%及30%兩種濃度的NaOH溶液,配成20%溶液,兩者需以何種重量比混合?

解答:2:1

解析:假設15%的溶液重量A克,30%溶液的重量B克;
     0.2A
+0.2B=0.15A+0.3B
0.05A
=0.1B          A:B=10:5=2:1

 

B. 體積(容積)莫耳濃度(M或CM):

               (4) 每1公升溶液中,含有溶質的莫耳數。

               (5)

               (6) 溶質莫耳數(mol):體積莫耳濃度(CM)X溶液體積(L)

               (7) 此種濃度表示法是實驗室最常用的,只要用滴定管、容量瓶、量筒或吸量管取一定的體積,很容易計算其中所含溶質的量。

 

 

例題11. 將19.6公克的硫酸(H2SO4)加入水中,調成896克的溶液,已知比重為1.12,則硫酸麼莫耳濃度為________M。

解答:0.25M

解析: 溶液體積=896÷1.12=800mL=0.8L
硫酸H2SO4分子量=1x2+32+16x4=98
19.6
/98=0.2莫耳
CM
=0.2mol/0.8L=0.25M

 

例題12. 等莫耳數的乙醇(C2H5OH)及甘油(C3H5(OH)­3分別溶於水中,配成等重的水溶液,試問兩溶液的重量百分率濃度之比為下列何者?
(A)1
:1  (B)1:2  (C)1:3  (D)4:3

解答:(B)

解析:乙醇(C2H5OH)分子量=12x2+6+16=46;
甘油(C3H5(OH)­3分子量=12x3+1x8+16x3=92
莫耳數相同,假設都為1莫耳,則乙醇有46克,甘油有92克;
水溶液重量相同時,重量百分率濃度=

  

例題13. 在90mL的4.0M硫酸溶液(H2SO4)中含硫酸質量_________克。

解答:35.28克

解析:硫酸(H2SO4)的分子量=1x2+32+16x4=98;
含硫酸莫耳數=MxL=4x0.09=0.36(mol) 
含硫酸溶質質量=0.36x98=35.28克 

 

C. 溶液的配置方法:以配製1升0.150M的糖水(C12H22O11)來說明

               (1) 糖水的莫耳數=1(L)x0.150(M)=0.150(mol)
蔗糖分子量=342,蔗糖質量(溶質質量)=0.15x342=51.3克
稱出溶質質量51.3g之C12H22O11。

               (2) 將C12H22O11置入已有適量水的1升容量瓶中,使之完全溶解。

               (3) 加水至校正標記處。

    描述: 描述: 9994

甲、 缺點:由於溶液的體積會隨溫度而改變,因此體積莫耳濃度之值亦會隨之變化,故適用於溫度變化小或體積變化不影響精確度的實驗。

D. 濃度的換算:aM酸中取硫酸溶液1升,含有溶質ax1=a(mol)。

 

例題14. 要配製0.100M的標準溶液100毫升,最好要使用100毫升的下列哪一種儀器?
(A)
燒杯  (B)量筒  (C)燒瓶  (D)容量瓶  (E)錐形瓶。

解答:(D)

解析:配置標準濃度的溶液以容量瓶配置較為準確。容量瓶的構造為頸部細長,且頸部上端有刻度,能表示所能容納的液體體積,因此測量的誤差較其他的容器(燒杯、錐形瓶、量筒)小。

例題15.配製0.5M氫氧化鈉水溶液的下列各法中,何者最佳?(原子量:Na=23,O=16,H=1.0)
(A)
用電子天平稱2.00g氫氧化鈉,置於100mL燒杯中,加水使溶,再使水面與100mL的刻度齊高  (B)用三樑天平稱2.00g氫氧化鈉,置於100mL容量瓶中,加水使溶,再使水面與瓶頸上刻度齊高  (C)用三樑天平稱1.00g氫氧化鈉,置於50mL錐形瓶中,加水使溶,再使水面與50mL的刻度齊高  (D)在1升燒杯中,將1.00M之氫氧化鈉溶液注入至刻度500mL處,再加水至1升之刻度處。

解答:(B)

解析:0.5M的氫氧化鈉溶液配100毫升,需要0.5x0.1=0.05莫耳
NaOH
質量=0.05x40=2.00克    因此:
將2.00克的氫氧化鈉固體,先加適量水溶解,再以容量瓶配置成100毫升的溶液。

 

例題16.蔗糖(C12H22O11)水溶液500mL中含有68.4g蔗糖,求此溶液的體積莫耳濃度。

解答:0.4M

解析:蔗糖(C12H22O11)的分子量=12x12+1x22x+16x11x=144+22+176=342
蔗糖的莫耳數=68.4/342=0.2莫耳
蔗糖溶液的莫耳濃度CM=0.2mol/0.5L=0.4M

 

例題17. 取0℃、1atm下的氫氣11.2升與同體積的氯氣反應。使其產物溶於水中配成500mL溶液,求此溶液的體積莫耳濃度。

解答:2.0M

解析: 氫氣+氯氣→氯化氫氣體   H2+Cl2→2HCl
0
℃、1atm下的任何氣體有22.4升,因此
0
℃、1atm下的氫氣11.2升=11.2/22.4=0.5mol的H2以及有0.5mol的Cl2
0.5
莫耳的氫氣及0.5莫耳的氯氣會完全反應,產生1.0莫耳的氯化氫氣體
氯化氫氣體溶於水中,形成鹽酸溶液,溶液的莫耳濃度CM=1.0mol/0.5L=2.0M

例題18.將26.5克的碳酸鈉(Na2CO3)溶於水,調配成250毫升的水溶液,試問溶液中鈉離子的體積莫耳濃度為何值?(原子量:Na2CO3分子量=106)
(A)0.25M  (B)0.50M  (C)1.0M  (D) 1.5M  (E)2.0
。

解答:(E)

解析:碳酸鈉(Na2CO3)的分子量=106;
碳酸鈉(Na2CO3)溶質的莫耳數=26.5/106=0.25莫耳
碳酸鈉(Na2CO3)溶質的莫耳濃度=0.25mol/0.25公升=1M
Na2CO3→2Na
++CO32-     鈉離子濃度=[Na+]=1x2=2M

 

例題19. 加足量的水於32.2克的乙醇(C2H5OH),再配置成比重0.960的溶液100mL,則溶液的重量百分率濃度及容積莫耳濃度為若干?(C2H5OH分子量=46)

解答:容積莫耳濃度為7.0M;  重量百分率濃度=33.5%

解析:(1)容積莫耳濃度:    乙醇的莫耳濃度CM=0.7mol/0.1L=7.0M
(2)
重量百分率濃度:   乙醇溶液重量=100x0.96=96克
                     32.2
/96=0.335=33.5%

 

例題20.將8.50克的氨氣(NH3)溶於40mL水中,配成氨水的比重為0.900,若水密度為1g/mL,則氨水的容積莫耳濃度與重量百分率濃度為若干?(NH3分子量=17)

解答:容積莫耳濃度為9.28M;  重量百分率濃度=17.5%

解析:(1)容積莫耳濃度:  氨氣的分子量為17, 氨氣的莫耳數=8.5/17=0.5莫耳
                 
氨水的質量=氨氣質量+水的質量=8.5+40x1=48.5克
                 
氨水的體積=48.5/0.9=53.9mL
                 
容積莫耳濃度CM=0.5mol/0.0539L=9.28M
(2)
重量百分率濃度:%=8.50/48.5=0.175=17.5%

 

 

E. 百萬分點濃度(ppm)

               (8) 固態或液態溶液:指質量比

乙、 每1公斤的溶液中,含溶質的毫克數。

丙、 每106公克(公噸)的溶液中,含溶質的克數。

丁、 自來水中氟離子濃度(F-)為0.2ppm,表示
每106公克的自來水中,有氟離子(F-)0.2公克。
每1公斤的自來水中,有氟離子(F-)0.2毫克(mg)。

               (9) 氣態溶液:指體積比或莫耳數比

戊、 每106公升的氣態溶液中,含成分氣體的體積(公升數)。

己、 每103公升的氣態溶液中,含成分氣體的體積(毫升數)。

庚、 空氣中二氧化硫(SO2)的濃度為0.2ppm,表示
每106公升的空氣中,含有二氧化硫(SO­2)氣體0.2公升。
每103公升的空氣中,含有二氧化硫(SO­2)氣體0.2毫升。

            (10) 關係式:固態或液態溶液:
      
      
氣態溶液:
      
       appm
=ax10-6 M=1公斤(公升)的水溶液中,含溶質a 毫克(mg)。

            (11) 注意事項:百萬分點濃度適用於極稀薄的溶液,因此溶液的密度可視為1 g/cm3。

 

 

例題21. 在50公升的污水試樣中,含有0.001莫耳的甲醇(CH3OH),已知甲醇的分子量為30,則此汙水試樣中,含甲醇的百萬分點濃度為若干?

解答:0.6ppm

解析: 0.001莫耳的甲醇(CH3OH)質量為0.001x30=0.03公克
百萬分點濃度=

 

例題22.工業酒精中含有微量的色素,若色素的百萬分點濃度為3ppm,則20公斤的工業酒精中含色素若干克?

解答:0.06公克

解析:   x=60mg=0.06公克

 

例題22.體積莫耳濃度4.2 M,密度為1.188克/毫升的氫氧化鉀(KOH)溶液,其重量百分率濃度為多少?
(A) 30 %
 (B) 25 % (C) 20 % (D) 15 %。(原子量:K=39)

解答:(C)

解析:假設溶液體積1公升(1000mL),則
溶液質量=1000x1.188=1188公克
溶質(KOH)的莫耳數=1x4.2=4.2莫耳     KOH的分子量=39+16+1=56
溶質的(KOH)質量=4.2x56=235.2克
重量百分率濃度=235.2/1188=0.198=19.8%

 

例題23.某游泳池長50公尺,寬25公尺,有深1公尺的水,今需使用含氯(Cl2)的藥水消毒,使成1.42ppm濃度氯才達殺菌效果,則需此種1.0M藥水若干毫升?(Cl=35.5) 
(A)1775
 (B)2840 (C)7100 (D)25000。

解答 :(D)

解析 :   游泳池水的體積V=50´25´1=1250 m3=1.25´106 L

          ∴需要氯氣(Cl2)=   
  
需要氯氣質量x=1.42x1.25x106=1.775x106毫克(mg)=1775公克
  
需要氯氣的莫耳數=1775/71=25莫耳
  
需要氯氣的體積Y公升,則25/Y=1M     Y=25公升=25000毫升

 

例題24.某稀薄溶液(比重1.00)中含鈣離子濃度50ppm,則該溶液500mL中含鈣離子多少莫耳?
(A)2.5
´10-4 (B)2.5´10-5 (C)6.25´10-5 (D)6.25´10-4 (E)5.00´10-5。(Ca=40.0)

解答 :(D)

解析 :溶液重量=500x1=500克

           x=25000x10-6克=0.025克
 Ca
原子量=40   含Ca2+離子的莫耳數=0.025/40=6.25x10-4莫耳

 

例題25.某罐250毫升的鋁箔包奶茶(比重=1.00)包裝上,標示含咖啡因300 ppm,代表一罐奶茶中約含有多少克咖啡因?
(A)0.0075
 (B)0.075 (C)75 (D)75000 克。

解答 :(B)

解析 : 溶液質量=250x1.00=250克

            x=75000x10-6(克)=0.075公克