溶液5.1 溶液的種類 5.1.1 溶液的定義 1)溶液： 溶液3)水溶液： 以水為溶劑的溶液稱為水溶液，簡記為(aq) 4)若非水溶液，則直接以其溶劑名稱說明碘溶於酒精中 碘的酒精溶液氯氣溶於四氯化碳中 氯的四氯化碳溶液5.1.2 溶液的種類 如合金2)依其溶質大小來分 真溶液：溶質顆粒甚小，呈透明狀，如硫酸銅溶液，食鹽水。 effect)布朗運動(Brownian movement) 5.2溶液濃度的表示法 1)重量百分率濃度(weight percent)%： 每100 克溶液中所含有之溶質克數。 2)體積莫耳濃度((molarity)，CM 每公升溶液中所含有的溶質莫耳數。 3)重量莫耳濃度(molality)，Cm 每公斤溶劑中所含有的溶質莫耳數。 4)莫耳分率(mole fraction)，X 溶質莫耳數佔整個溶液總莫耳數之比率。 5)百萬分濃度(parts per million)，ppm 每百萬(106)克溶液中所含溶質克數。 設溶液為稀薄水溶液，則設其密度為1.00g/ml，故1ppm=1.00mg/L ※ppt (parts per thousand) 表千分之一 ppb (parts per billion) 表十億分之一 例１：在100 克水中加入20 公克食鹽，則此食鹽水的重量百分率濃度為多少? 例2：取重1.2，重量百分率濃度為30%的鹽酸溶液100ml，則其中含有氯化氫多少克? 例3：濃度為2.0M 的硫酸溶液1000ml 中含有硫酸分子多少莫耳?相當於多少克? 例4：將3.0M 的NaOH 200ml 和2.0M 的NaOH 400ml 混合後，求混合後濃度為多少M?(假設體 積可以加成) 例5：500 公克水中溶有90 公克葡萄糖，則此糖水之重量莫耳濃度為多少? 例6：有一重量百分率濃度為20%的氫氧化鈉水溶液，若換算成莫耳濃度應為多少m? 例7：某水溶液中，含有氫氧化鈉20 公克及水90 公克，則此溶液中氫氧化鈉所佔的莫耳分 率為多少? 8：若自來水廠內為了消毒而所需之水中氯氣濃度為2ppm，試換算為體積莫耳濃 度?(2.82x10-5M) ※自我練習 1、有5M 硫酸水溶液(比重1.286)和5m 硫酸水溶液(比重1.243)。今取兩溶液相同重量相混 合，所成溶液的重量莫耳濃度為多少?重量百分率濃度為多少?(5.62m,35.5%) 2、若要配製3M 的硫酸溶液500ml，需要比重1.84，98%的硫酸若干毫升?(82ml) 3、某化工廠之廢水中含有Hg2+之量為3.0ppm，此工廠廢水1 公噸中含Hg2+多少克?(3g) 4、C6H12O6?H2O 198 克溶於482 克水中，所形成之水溶液重量莫耳濃度為多少?(2m) 5、目前半導體工業常將砷(As，原子量74.92)或硼(B，原子量10.81)加入矽(Si，原子量28.09) 100.0ppm，已知矽的密度為 2.320g/cm3，試問該矽晶片中砷的體積莫耳濃度為 何?(3.097x10-3M) 5.3 溶解度 5.3.1 溶解度的定義 克溶劑所能溶解溶質的最大克數1)未飽和溶液：溶液濃度小於溶解度 溶質可以繼續溶解2)飽和溶液 ：溶液濃度等於溶解度 溶質不可以繼續溶解3)過飽和溶液：溶液濃度大於溶解度 微溶性：溶解度介於10-4M和10-1M 難溶性：溶解度小於10-4M例1：已知硝酸銀(AgNO3)在20時之飽和溶解度為222 公克/100 公克水，現於20下有飽 和的硝酸銀水溶液500 公克，則溶液中含有硝酸銀多少克? 例2：已知於40時氯化鋇(BaCl2)之飽和溶解度為5.1 公克/100 公克水，在80時飽和溶 解度為40 公克/100 公克水，於80時取一飽和的氯化鋇水溶液280 公克，將溶液溫度降低 到40彼，會有多少氯化鋇沉澱出來? ※自我練習 1、60硫酸銅飽和溶液70 克，溫度降低至20，將析出CuSO4?5H2O 多少克?( 知CuSO4在60及20之溶解度分為40 及20g/100g 水)(Ans:17.7 2、KHCO3對水溶解度如下:20為25%(重量)，32為4m，今有32飽和溶液420 20，有若干克KHCO3析出?(K=39)(Ans:20 5.3.2影響溶解度的因素 影響溶解度有三大因素，分別如下： 1)溶質和溶劑之本性：(同性相溶原理，like dissolves like) 常見極性物質：水、酒精(乙醇)、丙酮、醋酸、食鹽、常見非極性物質：碘、四氯化碳、苯、乙烯、甲醚、乙烷 大多數的物質，溶解度會隨溫度的升高而增大，小部分的物質其溶解度會隨溫度的升高而減少。 ?溶解時吸熱的物質，溫度升高時，溶解度增大。 ?溶解時放熱的物質，溫度升高時，溶解度減少。 固體、液體：其溶解度不受壓力影響氣體：其溶解度受壓力影響，壓力愈大，則氣體的溶解度愈大 享利定律※享利定律(Henry’s Law) ?壓力和氣體溶解度之定量關係 定溫下，定量溶劑所能溶解的氣體質量(溶解度)，與平衡時氣體壓力成正比稱之。 可用 m=kp 來表示。其中，k 亨利定律只適用於溶解度小的氣體如(氮氣、氧氣等)，溶解度較大的氣體(如氨NH3、二氧化硫SO2、氯化氫HCl 例：已知20及1atm時，氧在水中溶解度為30ml/升水，亦即每升水中溶有多少克的氧?若 5atm，則每升水中溶有多少ml 的氧，多少克的氧?(0.04；30； 0.2) ※自我練習 0，1atmCO2 對100 克水的溶解度為0.336 克，今取4.40 克CO2 與100 放入0.324升容器中，於0達飽和狀態，則(1)有若干克CO2 溶解?(2)容器中氣體 壓力為多少?(設水的比重為1)(Ans:1.91 克，5.67atm) 5.4 理想溶液 5.4.1 溶液的蒸氣壓 1)蒸發(氣化)：液體中的分子具有足夠的動能，而掙脫液面上分子的吸引力束縛，逃 影響蒸發速率快慢的因素、物質的性質：粒子間吸引力愈大，愈不易蒸發 、溫度的高低：溫度愈高，分子動能愈大，愈易蒸發 、液態表面積大小：表面積愈大，蒸發速率愈大。 影響飽和蒸氣壓大小的因素 、溶劑和溶液的本質：粒子間吸引力大者，飽和蒸氣壓較小 液中的溶質莫耳分率成正比。XA+XB=1 XB=1-XA 例1：取180克的葡萄糖，溶於10 升的水中，則此溶液在100時之蒸氣壓為多少?(100水 之蒸氣壓為760mmHg，葡萄糖分子量為180) 例2：某一溶液由揮發性庚烷(C7H16)及辛烷(C8H18)形成理想溶液，溶液中庚烷有3 莫耳， 辛烷有5 莫耳；40時，庚烷之飽和蒸氣壓為0.121 180克的葡萄糖( 10公升水中，則此溶液在 mmHg。(100水的蒸氣壓mmHg) 某氫氧化鈉水溶液之濃度0.4%，則於100時溶液之蒸氣壓為mmHg。 已知80時A之飽和蒸氣壓為700mmHg，B 之飽和蒸氣壓為900mmHg，則3mole 混合的溶液(可互溶)在80時之蒸氣壓為mmHg。其蒸氣部分A 例6:計算在30時，2.0m蔗糖水溶液的蒸氣壓為 mmHg。已知30時純水的蒸 氣壓為31.82mmHg。 0.1m蔗糖水溶液在100時之蒸氣壓為 mmHg。(Ans:758.63) 在20時，A液體之飽和蒸氣壓為80mmHg，B 液體之飽和蒸氣壓為60mmHg，若將 二液體混合時之蒸氣壓為70mmHg，則溶液中A液體占有的莫耳分率為 。(Ans:0.5) 5.4.2 理想溶液 1)理想溶液 定義：溶質和溶質間的吸引力 A-A、溶劑和溶劑間的吸引力 B-B 力A-B，亦即A-A=B-B=A-B理想溶液的特性：1、混合時不吸熱也不放熱 2、混合時體積可加成 3、遵守拉午耳定律(後述) ※當溶液的溶質濃度愈稀薄時，其行為就會接近理想溶液 2)非理想溶液 非理想溶液並不遵循拉午耳定律。 負偏差：混合時分子間吸引力大於溶質－溶質、溶劑－溶劑間的吸引力，形成時體積縮小， 且放出熱量，實際蒸氣壓比理論值為小，例：丙酮－氯仿溶液。 正偏差：混合時分子間吸引力小於溶質－溶質、溶劑－溶劑間的吸引力，形成時體積變大， 且吸收熱量，實際蒸氣壓比理論值為大，例：丙酮－二硫化碳溶液。 5.5 溶液的沸點與凝固點 5.5.1 溶液在一大氣壓下之沸點(亦即其溶液蒸氣壓等於一大氣壓)稱為正常沸點。高山上其壓力較小，其沸點較平地為低。 3)凝固點: 5.5.2溶液的沸點上升及凝固點下降 當溶液中含有非揮發性溶質時，其蒸氣壓會降低(拉午耳定律)，所以當其溫度升高至溶劑 Tb：沸點上升的量Kb：莫耳沸點上升常數 (依溶劑的不同而有所改變，水為0.52/m) Cm：重量莫耳濃度 Kb?Cm適用於稀薄溶液 非揮發性溶液 非電解質溶液 5.5.3溶液凝固點的下降 Tf：凝固點下降的量Kf：莫耳凝固點下降常數 (依溶劑的不同而有所改變，水為1.86/m) Cm：重量莫耳濃度 Kf?Cm適用於稀薄溶液 非揮發性溶液 非電解質溶液 Kf?Cm?ｉ稱為凡特荷夫因子，需以解離後溶液中所含有的總粒子數來做計算。 溶液的沸點上升只和其所含有溶質的粒子數有關，而和溶質的種類無關。 ※依數性質：溶液的某些特性只和溶解於其中溶質的粒子數有關，而和溶質的種類無關，這 溶液沸點的上升溶液凝固點的下降 溶液的滲透壓 溶液的凝固點=溶劑的正常凝固點 1、100公克的水中有 取1000公克的酒精，加入7.2 克的某化合物(分子量為144)，測出溶液之沸點上升度 數為0.061，則酒精之莫耳沸點上升常數為 練習1:將18克葡萄糖(C6H12O6)溶於100 克水中，所形成溶液之沸點為 ，凝固點 將5.85克NaCl 溶於100 克水中，所形成溶液之沸點為 ，凝固點為 。(Ans:101.02，-3.72) 3:10%之蔗糖(C12H22O11)水溶液之沸點為，凝固點為 (Ans:100.17，-0.604)練習4:下列均為0.1m 水溶液，則何者之沸點最高? 則何者之凝固點最高? (A)蔗糖水溶液 (B)食鹽水溶液 (C)硫酸鈉水溶液 (D)醋酸水溶液 75克的苯(C6H6)中溶有2.40 克的聯苯(C12H10)，已知苯的沸點為80.1，凝固點 為5.5，則此溶液的沸點為 ，凝固點為 。(苯的Kb=2.53/m，Kf=5.12 5%之葡萄糖(C6H12O6)水溶液之沸點為，凝固點為 (Ans:100.15，-0.544)練習7:(1)0.1m 葡萄糖(C6H12O6)水溶液之沸點為 ，凝固點為 (2)0.1m食鹽水溶液之沸點為 ，凝固點為 將0.3公克的未知溶質(不具揮發性)溶於30 克的四氯化碳( )中，測出溶液之 沸點比純四氯化碳溶劑時上升 0.392，則此未知溶質之分子量為 。(四氯化碳之 Kb=5.02/m) 解質之分子量為。(Ans:85) 。(Ans:52.63)5.5.4 分子量的測量 將0.3公克的未知溶質(不具揮發性)溶於30 克的四氯化碳( 點比純四氯化碳溶劑時上升0.392，則此未知溶質之分子量為 。(四氯化碳之 Kb=5.02/m) 質之分子量為。(Ans:85) 。(Ans:52.63)5-6 3.滲透壓(Osmoticpressure): VantHoff 成正比，與溶液的成反比，而與 5.逆滲透(ReverseOsmosis):即俗稱之 例題5-22如果將血液假設為非離子性溶液，濃度為0.30M，體溫為37時，則血液的滲 例題5-23有一水溶液1 公升中含有30 公克的蛋白質，於25時的滲透壓為0.0164 atm， 則此蛋白質的分子量為 的蔗糖水溶液的滲透壓為atm，相當於 cm 水柱 高。(Ans:0.246，254.27) 練習2:若100 mL 的水溶液中含5 克的蛋白質，於25時的滲透壓為0.018 atm，則此蛋 白質的分子量為 。(Ans:67877.78) 練習3:27，溶10 克的尿素[ (NH2)2CO] atm。(Ans:2.05) 若500mL 的水溶液中含2 cm水柱高，則A 物的分子量為 。(Ans:2068) 5-7 電解質溶液 例:將0.1莫耳HA 置於水中，已知解離掉0.002 %，溶液中含H+莫耳。 莫耳醋酸()的水溶液，醋酸分子電離度為1%，則此溶液中含有溶 例題5-25水溶液中含有1 莫耳硫酸( )分子，硫酸分子電離度為100%，則此溶液中 含有溶質的粒子數目為 莫耳。 練習:取0.1M的氨水溶液( )，其電離度為1.5%，則此溶液中含有氫氧離子濃度為 M。(Ans:0.0015)