03_化学(全)备课用书_第2章物质的构造与分类.pdf

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1、高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類1 Chapter 2 物質的構造與分類 壹 教學節數 、主題及目標 本章內容共分為4 單元，建議教學總節數為10 節。 單元名稱節數教學主題目標 2-1 物質的分類與 分離 2 2-1.1 純物質與混合物 2-1.2 混合物的分離方 法 使學生了解物質的分類並以實例說 明之 簡述溶解過濾、蒸餾、萃取及層析等 分離技術，並以實例說明之 2-2 物質的構造與 特性 3 2-2.1 共價鍵與分子物 質 2-2.2 共價鍵與共價網 狀固體 2-2.3 離子鍵與離子化 合物 2-2.4 金屬鍵與金屬 簡述共價鍵、離子鍵及金屬鍵之鍵結 理論並分別以實例說

2、明之 分別說明分子、共價網狀物質、離子 化合物及金屬的通性，並使學生了解 各類物質之基本差異 2-3 溶液的種類與 特性 3 2-3.1 溶液的分類 2-3.2 溶液的濃度 2-3.3 溶解度 說明各種溶液的分類原則並以實例 說明之 介紹數種常見的濃度表示法，並使學 生學會其基本計算 說明溶解度的概念與表示法，並簡述 影響溶解度之因素 2-4 物質的狀態 2 2-4.1 物質的三相 2-4.2 物質的相圖 簡述物質三相的特性與其能量計算 使學生了解相圖的意義並知其應用 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類2 貳 教材地位分析 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類3

3、參 教學補充資料 內容說明與補充P2-1 2-1 物質的分類與分離 1. 萃取原理 若某溶質A，可微量溶於水中，欲以另一與水不互溶之有機溶劑透過分液漏斗將其萃取。 則當 A 在兩相間達平衡時，可表示如下： A(aq) A(org) Aaq表示 A 在水中之溶解濃度，而A org 表示 A 在有機溶劑中的溶解濃度。 KA org Aaq 稱為分配定律（ distribution law） 其平衡常數即為分配常數（distribution constant） ，以 K 表示。 若以體積Vorg的有機溶劑萃取前，體積為Vaq的水中溶有A 之濃度為A0，透過簡單 的計算，可得如下式： A1 Vaq V

4、orgVaq A0 上式之 A1代表一次萃取後，殘留在水中之A 物質濃度。 若把體積Vorg的有機溶劑均分為i 次萃取，則經過第i 次後殘留在水中的A 濃度 Ai 會變成： Ai Vaq VorgKVaq i A0 關於上述兩算式對萃取效果的差別，舉一個實例來說明。 若一個 50 mL 的水溶液中溶有碘1 10 3 M，而碘在某有機溶劑與水中之分配常數為 85，則： (1) 以 50 mL 有機溶劑一次萃取後，水中碘的殘留濃度如下： I21 50 50 8550 1 10 3 M1.16 105 M (2) 以 50 mL 有機溶劑分兩次萃取（每次25 mL）後，水中碘的殘留濃度如下： I22

5、 50 25 8550 2 1 10 3 M5.28 107 M (3) 以 50 mL 有機溶劑分五次萃取（每次10 mL）後，水中碘的殘留濃度為： I25 50 10 8550 5 1 10 3 M5.29 1010 M 所以，以同等量溶劑萃取時，分多次萃取可達到較好的萃取效果。 2. 如何從水中萃取無機物質： 從上面的討論可知，萃取的成效與分配常數的大小相關，分配常數必須要夠大才能達 到較佳的萃取效果，但大多數之無機鹽類在水中的溶解度遠高於有機溶劑，因此該如何從 水中萃取出某金屬離子呢？一般的作法是可以選擇一種合適的鉗合劑（chealate reagent ） ， 例如：欲萃取出水中的Z

6、n 2，可以選擇 8-羥基喹啉（ 8-hydroxyquinoline） （如圖(一)）作 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類4 為鉗合劑，它與 Zn2 結合形成不帶電的鉗合物 （如圖 (二)） ，此鉗合物易溶於有機溶劑中。 圖(一)8-羥基喹啉圖(二)8-羥基喹啉與Zn 2 所形成之中性鉗合物 此萃取共牽涉到四個反應：第一個是8-羥基喹啉在水中與有機溶劑間的分配平衡；第 二個反應為8-羥基喹啉在水中的解離平衡 ；第三個反應為金屬離子與鉗合劑形成鉗合物的 平衡；第四個反應為鉗合物在水層與有機層間的分配平衡。此四個反應的總反應式表示如 下： 2HQ(org)Zn 2(aq) Zn

7、Q2(org)2H (aq) 上式中 HQ 代表鉗合劑8-羥基喹啉，其平衡定律式如下： K ZnQ2orgH 2 HQaq2Zn 2 aq 因為在萃取時所添加的鉗合劑HQ 遠大於 Zn 2，故上式中的 HQorq可視為定值，即上 式可改寫如下： KHQaq2K ZnQ2orgH 2 Zn 2 aq 或 K H 2ZnQ 2org Zn2 aq 由上式可知，萃取效果會與水溶液中氫離子濃度的平方成反比，故此類萃取進行時皆將溶 液調整成強酸性。 3. 層析法簡介： 層析法可分為管柱層析術（column chromatography ）與平面層析法（ planar chromatography） ，管

8、柱層析術可處理較大量的混合物，應用範圍較廣，目前已發展出很多 自動化的儀器，例如： HPLC、GC、GC-MS 等，可快速方便的進行分離鑑定工作。平板 層析法則僅能處理十分少量的混合物，但操作簡便，故大多作為定性分析或進行管柱層析 術前的預備實驗。 層析法實驗包括兩個部分：固定相（stationary phase ）和移動相（ mobile phase ） ，以薄 層層析（ thin layer chromatography ，簡稱為TLC）為例，薄層層析是以鋁礬土（alumina） 或矽膠（ silica gel）混成稀泥塗抹在乾淨的玻片或鋁片上，作為固定相；待分離的混合物 利用毛細管輕輕地

9、點在TLC 片底端，點愈小則分離效果愈好。然後放入含有移動相或 稱展開液（ developing solvent） 的容器中，展開液由於毛細作用，經過小點上升，而混合 物對薄層的吸附力不同，所以各成分上升的速率不同，而達到分離的效果。若混合物有顏 色則可以用肉眼分辨之；若無色則可以用紫外光燈照射以顯現，或利用碘染色法使其呈色 而顯現，由呈色的位置計算各成分移動的距離，與展開液移動的距離之比值求得Rf值， 其為該化合物與此展開液的特性值，可作鑑定之用。 Rf某成分移動之距離 展開液移動之距離 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類5 板書示例與說明 1. 物質的分類： 說明 a. 混

10、合物與化合物最大之差別在於定比定律，混合物中各成分比例不固定，化合物 則必有固定之比例關係。 b. 混合物分離出純物質所使用的分離方法皆屬於物理方法，化合物分離出成分元素 則須採用化學方法，例如：加熱分解、電解等。 例 題 1 已知食鹽與水以質量比1：10 或 1：20，皆可形成食鹽水，故知食鹽水屬 於；氫與氧形成水時，氫與氧之質量比必為1：8，故知水屬於。 答：混合物，化合物 2. 混合物的分離方法： (1) 蒸餾： 1 原理：利用各成分物質沸點差異，沸點差愈大，分離效果愈佳。 2 裝置： 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類6 說明 a. 溫度計乃測量餾出物之溫度，故底端水銀

11、球之位置位於岔口處。 b. 入水口：低；出水口：高（冷凝管） 。 c. 使用加熱包加熱，效果最佳。 d. 減壓蒸餾：利用低壓環境，縮短蒸餾時間。 e. 分餾：分段蒸餾，以某溫度範圍收集餾出物，適用於成分複雜、沸點接近之混合物。 例如：石油分餾。 (2) 萃取： 1 原理：利用與原溶劑不互溶之另一溶劑，將溶質由原溶劑中分離出。 2 器材：分液漏斗 說明 a. 兩互不相溶的溶劑才可操作萃取。 b. 根據分配率之概念，多次萃取之萃取效果較單次萃取之效果高，例如：用四氯化碳 萃取水中之碘 ，分十次，每次加入 10 毫升四氯化碳進行萃取 ，效果遠高於一次100 毫升的萃取。 例 題 2 欲萃取番茄醬中有

12、機色素，可使用下列哪些溶劑？ 水、乙醚、食用油、丙酮、甲苯 答：乙醚、食用油、甲苯 必須使用與水不互溶之溶劑，故可使用乙醚、食用油、甲苯。 (3) 層析： 1 原理：各成分物在移動相與固定相間之漂移速度不同。 2 平板層析技術： 1 固定相： TLC 片或濾紙 2 移動相：各種不同成分、比率的溶劑（需多次嘗試，才可找出最佳分離效果之 移動相） 。 說明 a. 固定相為低擴散性之物質，故通常為固體，TLC 片上常以矽膠或粉末狀氧化鋁作為 固定相介質。 b. 移動相又稱為沖提液或展開液，可以是純溶劑或多種溶劑混合，需依靠不斷嘗試始 可找出最佳分離效果之沖提液。 c. 利用層析法分離之混合物需為非揮

13、發性，例如：汽油的各種成分分離即無法以層析 法為之。 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類7 內容說明與補充P2-7 2-2 物質的構造與特性 內容說明與補充 1. 力與能： 物質是由原子組成的 ，物質中的原子為何都能緊緊聚在一起而不分開（除鈍氣例外）？ 所依靠的力量就是化學鍵。在原子這個尺度下的力量，它的本質當然是電磁力。但是 當物質已經穩定形成以後，它的構成原子已處在平衡的狀態，所以從力的觀點，每個原子 都已呈靜力平衡的狀態，也就是合力等於零。此時要描述化學鍵的強弱，就只能以物質形 成過程中的能量變化處理。例如：描述共價鍵的強弱，會使用如：H2分子的鍵能為 436 kJ mo

14、l 1，絕對沒有共價鍵的力有多大？這樣的說法。 2. 方向性的描述： 化學家在描述化學鍵特性時，有一種很獨特的用法方向性。例如：常聽到共價鍵、 氫鍵具有方向性，離子鍵、金屬鍵及凡得瓦力則不具有方向性，這樣的說法。但到底什麼 是方向性？其實方向性的概念類似於定域性（localized） ，共價鍵、氫鍵具有方向性的說法 應解釋成這兩者的電子雲分布較具定域性，也就是說可藉由模型或圖像描繪指出這些鍵 它就在那裡，至於離子鍵、金屬鍵及凡得瓦力它們是存在於整個晶格中，無法描繪出 它們確切的位置。共價鍵雖較離子鍵和金屬鍵有較高的定域性，但不同型態的價電子仍有 不同的定域性差別 ，例如：孤對電子就比鍵結電子非

15、定域 ；同樣是鍵結電子鍵又比鍵 非定域；具有共振結構分子的電子又會比沒有共振的電子非定域。 3. 為什麼離子鍵、金屬鍵不用鍵能這個名詞： 根據上面的敘述，共價鍵具有方向性（定域性），因此能夠測定出鍵長、鍵能甚至相 鄰共價鍵的鍵角。而離子鍵與金屬鍵則是存在於整個晶格中，所以無法描述它們的鍵長、 鍵能或是鍵角，那該如何比較離子鍵或是金屬鍵的強弱呢？最接近離子鍵的鍵結強度的概 念叫作晶格能，例如：氯化鈉的晶格能為786 kJ mol 1，熱化學反應式如下： NaCl(s) Na (g)Cl(g)，?H786 kJ mol1 意即完全破壞氯化鈉的晶格 ，回復成其構成粒子 （鈉離子與氯離子） 所需吸收的

16、能量。 至於金屬鍵的強弱，最適切的比較數值則是金屬晶體的昇華熱，例如：鈉金屬的昇華熱為 108 kJ mol 1，熱化學反應式如下： Na(s) Na(g)，?H108 kJ mol 1 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類8 板書示例與說明 1. 共價鍵與分子物質： (1) 共價鍵： 1 非金屬間以共用價電子方式使各原子滿足八隅體，所形成之鍵結。 2 形成： 1 2 鍵結電子對（ bp） ：位於兩原子間，共用一對電子稱為單鍵，表示為；共 用兩對電子稱為雙鍵，表示為 ；共用三對電子稱為參鍵，表示為 。 共價鍵最多為參鍵。 3 孤對電子又稱為未鍵結電子對（lp） ：未參與鍵結而單屬

17、於某原子之電子。 說明 a. bp 被兩原子共用，束縛在兩原子間；lp 則僅一端有原子，故占據較大的空間。 b. 一般分子物質毋須強調一般共價鍵與配位共價鍵之區別。 例 題 1 H2有對 lp；N2中，每個N 原子上有對 lp，共有對。 答：0，1，2 (2) 路易斯結構： 1 計算總價電子數。 2 決定中心、周圍原子，中心與周圍間先以單鍵連接。 3 周圍原子補上lp 使其滿足八隅體。 4 剩餘的價電子點在中心原子上。 5 檢查中心原子是否滿足八隅體？若否，則將周圍原子lp 轉成 bp，形成多鍵。 說明 a. 待師補 例 題 2 畫出 CO2、SO32 之路易斯結構。 答：CO2： ，SO32

18、 ： (3) 分子物質的性質： 1 由非金屬所構成，原子間以共價鍵結合，但分子間無化學鍵，僅存在微弱的分子間 作用力。 2 熔點、沸點低。 3 固態時無延性與展性。 4 除酸、氨（胺）外，皆為非電解質。 說明 a. 分子物質汽化（或熔化）時不涉及共價鍵的破壞，主因為物質內存在遠較共價鍵弱 很多的凡得瓦力，此現象就像用力拉扯繩子，斷裂點必為繩中最脆弱之處。 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類9 b. 溶於水可解離而導電的分子物質即為電解質，作為電解質之分子物質必具有高級性 之共價鍵。 例 題 3 下列哪些物質具有導電性？ (A) HCl(aq)(B) NH3(aq)(C) C2H

19、5OH(aq) 答：(A)(B) 2. 共價鍵與共價網狀固體： (1) 鑽石與石墨： 1 化學式： C（實驗式）。 2 結構： 1 鑽石為三度空間立體網狀，每個C 原子與周圍4 個 C 原子形成4 個單鍵。 2 石墨為二度空間平面網狀，每個C 原子與周圍3 個 C 原子形成3 個 1 1 3 鍵。面與面間僅有微弱凡得瓦力。 3 性質： 1 熔點、沸點極高，皆無延性與展性。 2 鑽石硬度極大，不導電；石墨軟，為導體。 (2) 矽與石英： 1 矽（Si） ，石英（ SiO2） 。 2 結構： 1 皆為三度空間立體網狀。 2 石英中每個Si 原子與 4 個 O 原子鍵結，但每個O 原子僅與2 個 S

20、i 原子 鍵結，故Si 與 O 之原子數比為1：2，實驗式為SiO2。 3 僅有單鍵。 3 性質： 1 熔點、沸點很高（但比C 低） 。 2 矽為半導體，石英不導電。 說明 a. 只有分子物質才有分子式 ，鑽石、石墨及石英等之化學式皆為實驗式。 b. 矽結構與鑽石相同，但因Si 原子半徑較大，故矽之共價鍵較弱，其熔點、沸點比C 低。 3. 離子鍵與離子化合物 (1) 離子鍵： 1 陰、陽離子間之庫侖靜電力，充斥在整個晶格中! 無方向性 2 以 NaCl 為例： 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類10 3 鍵強弱： U Q1Q2 r (2) 離子化合物： 1 必有離子鍵，大多由金

21、屬非金屬所組成。 2 質硬而脆，無延性與展性。 3 高熔點、高沸點! 常溫為固態 4 溶於水或熔融態可導電! 電解質 5 化學式（實驗式）： 陽離子陰離子 1：1A 、NH 4 、Ag、Cu（亞銅） 1：7A 、ClO4、ClO 3 、ClO2、 ClO 、NO3、NO2、MnO 4 、 OH 、CH3COO 2：2A2 、Pb2、Sn2（亞錫） 、 Cu2 、Zn2、Fe2（亞鐵） 、 Hg2 、Hg22（亞汞） 2：O2 、S2、CO32、SO42、 SO32 、CrO42、Cr2O72、 MnO42 、 C2O42 3：Al 3、Fe3、Au3、Sc3 3：PO4 3 說明 a. 化學鍵

22、及分子間作用力其本質皆為電磁力，但離子鍵較共價鍵而言，更接近單純 庫侖靜電力。 b. 書寫離子化合物化學式時，陽離子在前、陰離子在後，電性中和。 例 題 4 根據上表，寫出下列物質之化學式： (1)硝酸鐵(2)氯化鋅(3)亞硫酸鈣 答：(1) Fe(NO3)3；(2) ZnCl2；(3) CaSO3 4. 金屬鍵與金屬： (1) 金屬鍵： 1 存在：同種或異種（合金）原子之間。 2 金屬之價電子易游離，故可自由活動於原子間隙中，而金屬陽離子與這些自由電子 之間的作用力即為金屬鍵。 1 電子海：自由電子之活動空間（原子間隙）。 2 自由電子價電子 3 圖示： 3 金屬鍵存在於整個金屬晶格中! 無

23、方向性 (2) 金屬性質： 1 具延性與展性、金屬光澤，易導電、熱。 2 溫度愈高、導電度愈低。 3 大多呈現銀白色。 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類11 說明 a. 一般而言，物質熔點高低：共價網狀固體離子晶體金屬分子物質。 b. 金屬熔點差異很大，例如：汞（39 C） 、鎢（ 3410 C） 。 教學小百科P2-13 含氮、硼的共價網狀固體 共價網狀固體大都存在於4A 族的碳、矽元素或其化合物中，但亦有部分3A 族與 5A 族元素，例如：硼或氮亦會參與形成共價網狀物質。共價網狀物質如果形成如鑽石般三度空 間立體網狀，則其硬度也會非常大。以下介紹一些含有硼與氮的堅硬網狀固

24、體。 元素狀態的硼有外觀呈現棕色粉末狀的非結晶型硼（如圖(一)） ，和外觀為銀黑色的結晶 型硼（如圖 (二)） ，其中的結晶型硼，因具有立體網狀共價鍵，故其硬度甚高，莫氏硬度超過 9。 圖 (一)非結晶型硼圖(二)結晶型硼 結晶型硼有數種不同晶型，圖(三)、(四)為常見的兩種晶型：-斜方硼與-斜方硼。由 圖(三)、(四)可看出此兩種同素異形體，皆具有正二十面體B12的單元，彼此鍵結形成立體 網狀。 圖(三 )-斜方硼圖(二)-斜方硼 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類12 另一種共價網狀固體是碳化硼，其化學式通常表示為B4C，結構中亦具有B12之單元， 中間則以三個C，或兩個C

25、、一個 B 構成單元間之共價網狀連結，如圖(五)所示。碳化硼 外觀為灰黑色固體（如圖 (六)） ，其硬度超過9，是僅次於鑽石和氮化硼的最堅硬物質。 圖(七)平面狀氮化硼圖(八)立體狀氮化硼 氮化硼之化學式為BN，與石墨、鑽石互為等電子（isoelectronic）物質，其最穩定的結 構為平面網狀之石墨狀結構，質軟如同石墨，亦可作為潤滑劑。另一種為三度空間立體網狀 之鑽石型結構，硬度極高，僅次於鑽石。 圖(七)平面狀氮化硼圖(八)立體狀氮化硼 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類13 內容說明與補充P2-15 2-3 溶液的種類與特性 內容說明與補充 1. 溶液形成的焓變化：由熱力

26、學角度分析，溶液的形成可分為三個步驟，如下圖。 (1) 打破溶質使其成為小微粒。 (2) 克服溶劑分子間的作用力，使溶劑分子拉開。 (3) 使溶質微粒與溶劑間產生交互作用力，形成溶液。 步驟 1 、 2 為吸熱反應，步驟3則多為放熱反應。故三個步驟之總反應熱可表示 如下： ?Hsoln?H1?H2?H3 ?Hsoln為溶液形成的焓變化，其值可能為正（吸熱）易可能為負（放熱）。以氯化鈉溶解 於水中為例，步驟1牽涉到 NaCl(s) 離子鍵的打斷，故?H1吸熱；步驟 2 則牽涉到水分 子間氫鍵的打斷，故?H2亦為正值；步驟 3 則牽涉到強大的離子水分子間的作用力， ?H3為負值。以反應式表示如下：

27、 步驟 1 ： （氯化鈉晶格能） NaCl(s) Na (g)Cl(g)，?H 1786 kJ mol 1 步驟 2 3 ： （水合能） Na (g)Cl(g) Na(aq)Cl(aq) ?H2?H3783 kJ mol 1 故 ?Hsoln786 kJ mol 1783 kJ mol13 kJ mol1 此反應之?Hsoln為吸熱，但數值很小。 2. 溶液形成的自由能變化： 繼續以上述氯化鈉形成水溶液為例。溶液形成時之自由能變化為：?G?HT?S 根據前述，氯化鈉溶液形成時?Hsoln為正值，而由實驗可得，當形成1.0 M 之 NaCl(aq) 時為自發反應，即?G 應為負值，意即上式中之?

28、S 為正值。為何?S 會是正值呢？步 驟 1 、步驟 2 皆牽涉到鍵的破壞使分子間距拉大，故?S1、?S2確實為正值，而?S3則 為分子數目增加 ，亦為正值 ，所以 ?S 為正值，乘以 T 後可彌補?H 之正效應，造成 ?G 小於零，因此為自發。 板書示例與說明 1. 溶液的分類： (1) 溶液溶質（量少者）溶劑（量多者） (2) 分類： 1 依狀態分： 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類14 1 氣態溶液：溶劑為氣體者。例如：空氣、天然氣。 2 液態溶液：溶劑為液體者。例如：食鹽水、碘酒。 3 固態溶液：溶劑為固體者。例如：黃銅、不鏽鋼。 2 依水溶液的導電度分： 1 電解質

29、溶液：水溶液可導電者，溶質為酸、鹼、鹽。 2 非電解質溶液：水溶液無導電性，溶質為除了酸、氨（胺）以外的分子物質。 例如： C2H5OH(aq)、C6H12O6(aq)。 3 依溶質顆粒大小分： 1 真溶液：溶質顆粒大小與溶劑相當，直徑小於10 9 m。 2 膠體溶液： a. 溶質顆粒直徑介於10 9 10 6 m。 分散系（溶液）分散質（溶質）分散媒（溶劑） b. 效應：廷得耳效應（分散質可散射光線，在光線照射下形成光通路）、布朗 運動（透過顯微鏡觀測分散質粒子會呈現之字形的不規則運動）、分散質帶 電（通常金屬氫氧化物會帶正電，金屬硫化物則帶負電）。 說明 a. 一般而言，若溶液的其中一個成

30、分是水，則將水視為溶劑。例如：高粱酒中溶劑仍 視為水。 b. 合金的形成雖已牽涉到新鍵生成（金屬鍵）但仍視為混合物，因為其並不遵守定比 定律。 c. 廷得耳效應與分散質帶電的現象在膠體溶液與懸浮液中皆會出現，但布朗運動在懸 浮液中很不明顯。 2. 溶液的濃度： (1) 重量百分率濃度： 1 公式：w 溶質克數 溶液克數 100 2 單位：無（ 0.01，是數值，非單位） (2) 百萬分點： 1 公式：Cppm溶質克數 溶液克數 106 ppm溶質毫克數 溶液公斤數 ppm 溶質毫克數 溶液公升數 ppm （若為稀薄水溶液） 2 單位：無（ ppm10 6，是數值，非單位） 說明 a. 重量百分

31、率濃度與百萬分點是一種比值關係，所以沒有單位。 b. 將重量百分率濃度換成百萬分點，將數值乘以10000 即得，例如：110000 ppm； 反之，則除以10000。 例 題 1 將 10 克 NaCl 溶於 100 克水中，其重量百分率濃度為何？ 答：9.1 10 10010 1009.1 (3) 體積莫耳濃度： 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類15 1 公式：CM溶質的莫耳數（ mol） 溶液的體積（ L） 2 單位：molL 或 M 3 配置一定體積莫耳濃度之溶液需使用容量瓶。 說明 a. 因為溶質以莫耳數表示，故為一般實驗中最常使用的濃度表示方法。 b. 溶液以體積表

32、示，故理論上當溫度改變時，其濃度值會有些微變化。 例 題 2 將 3.42 克 C12H22O11溶於水中，配成 500 毫升之水溶液，其體積莫耳濃度為 若干？ 答：0.02 M 3.42 342 500 1000 0.02（M） 3. 溶解度： (1) 溶解沉澱平衡： 1 在一杯定量的水中持續加入食鹽，直至無法溶解，此時過量的食鹽會沉澱至杯底， 隨時間經過，沉澱量不再改變，處於平衡狀態。由微觀角度視之，此時溶解與沉澱 仍在持續發生，但溶解速率沉澱速率。 2 當達成上述平衡狀態時，溶液中所能溶解之溶質已達最大量，稱為飽和溶液。 (2) 飽和溶液之濃度即為該溫度下之溶解度。 1 溶解度表示法：所

33、有濃度表示法皆可用於表示溶解度，但較常用者為以下兩種。 1 體積莫耳濃度：若溶解度大於0.1 M 者為可溶，小於10 4 M 者為難溶，介於 其間者則為微溶。 2 每 100 克溶劑所溶溶質的克數。例如：30 C 時，KNO3溶解度為 45 g100 g 水。 2 氣體對水溶解度皆隨溫度升高而下降；固體對水溶解度大多隨溫度升高而增大。例 外：CaSO4、Ce2(SO4)3。 說明 a. 溶液中所溶解之溶質尚未達該溫度時之最大量者，稱為不飽和溶液；若超過該溫度 之最大量者，稱為過飽和溶液。 b. 大多數固體溶於水之過程為吸熱反應，故溫度愈高，溶解度愈大；氣體溶於水皆為 放熱反應，故溫度愈高，氣體

34、的溶解度愈低。 c. 上述可溶、難溶的區分並非嚴謹定義僅為大略劃分。 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類16 內容說明與補充P2-19 2-4 物質的狀態 內容說明與補充 1. 加熱曲線釋疑：純物質由固態開始受熱會出現如課本圖2-33 之加熱曲線，隨著加熱時間 增加，會見到物質之狀態變化：固態固、液平衡（熔點）液態液、氣平衡（沸點） 氣態。但此種典型狀態變化是定壓下加熱時的現象，亦即物質是盛裝在一個密閉容器， 容器上方為一輕活塞的裝置時才會出現如上的狀態變化，若在定容系統中加熱，並不會出 現圖 2-33 之情況。開放系統因氣體會逸出也不會出現此種曲線。 2. 關於超臨界流體之描

35、述：當物質超過臨界點時所呈現的狀態稱為超臨界流體，它擁有氣體 的流動性與擴散性，但密度卻遠比氣體大。意即若一密閉瓶中之物質為超臨界流體態，則 其瓶重猶如盛裝液體，但晃動瓶身，卻不會發出液體晃動時的咕嚕聲。 3. 三相圖釋疑：目前高中課本所表示的物質相圖為一種簡易型相圖，縱坐標之壓力存有模糊 空間，當其對應於物質之熔點曲線時，此壓力代表外壓（外界壓力，通常為大氣壓力）， 不代表其蒸氣壓；但當對應於沸點曲線時，此壓力既為外壓亦為該物質之蒸氣壓。故較為 詳細之相圖需有三軸表示，通常為溫度、壓力和體積三軸。 板書示例與說明 1. 物質的三相： (1) 相變化： (2) 純物質加熱曲線： 說明 a. 固

36、、液態合稱凝態，液、氣態合稱流體。 b. 純物質加熱曲線，熱量計算：固、液態溫度上升段，qms?t （m 為質量，s 為比熱， 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類17 ?t 為溫度變化量）；熔點、沸點段， qm 熔化熱（汽化熱）。 例 題 1 將 10 克、10 C 的冰加熱成100 C 的水蒸氣，需吸熱多少卡？（冰之比熱 為 0.45 卡克 C，水之比熱為1 卡克 C，熔化熱為 80 卡克，汽化熱 為 540 卡克） 答：q10 0.45 1010 8010 1 10010 540 7245（卡） 2. 物質的相圖： (1) 正常物質的相圖，以CO2為例 (2) H2O 的相

37、圖： 3. 固、液、氣三相平衡共存時稱為三相點；溫度、壓力超過臨界點時，稱為超臨界流體，此 狀態擁有液體之密度，但又有氣體之流動性，故超臨界流體二氧化碳常應用於食品萃取， 無溶劑殘留疑慮。 說明 a. 三相點僅存在一個特定的點（溫度、壓力），與熔點、沸點具有無限多點不同，其意 義為三相平衡共存，故僅在密閉系統且達到三相點 （溫度、壓力）的情況下存在， 與北極環境中同時有冰、水及水蒸氣的概念完全不同。 b. 正常物質，例如： CO2，其熔點隨壓力增大而升高，但水之熔點隨壓力增大而降低。 c. 超臨界流體具有氣體的流動性、擴散性，又擁有液體高密度之特性，故若一密閉容 器中為超臨界流體或液體該如何區

38、別？搖晃容器若可感覺或聽到液體晃動，那容器 中即為液體；若重量與液體相當，但卻無液體晃動感，即為超臨界流體。 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類18 P2-22概念澄清 概念澄清 頁碼行數修正或問題討論結果 57 第一行溶液的分類中不應出現懸浮液， 懸浮液不可算是溶液 完全正確，但領綱中規定要如此 分類，領綱最大 59 式 2-1 公式中應在重量百分率濃度後加 上 並非單位，乃一數值，其值為 0.01，在公式中加入此以數值，將 使等號左右不等值 59 式 2-2 公式中應在百萬分點後加上ppm 理由同上， ppm 是數值而非單位 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分

39、類19 習題參考解答P2-27 課本習題參考解答 一、基本題 （課本第 74、75 頁） 答：5. (A) (A) 。(B) 。(C) 。 (D) 。(E) 。 6. (B)(C)(E) (A) 。 (B) ，皆為共價鍵。 (C) 。 (D) ，皆為共價鍵。 (E) Rb 為銣，僅有金屬鍵。 8. (D) (A) 。(B) 。(C) 。 (D) 。(E) 。 高中化學 (全)備課用書第 2 章物質的構造與分類20 9. (D) 設溶質分子量為x 溶液體積V600 1.2 500 毫升 0.5 升 2 0.5600 20 x x120 10. (D) 甲、乙為不飽和，但乙濃度高於甲；丙、丁超過溶解度，所以會有沉澱，但溶液為 飽和，故丙丁乙甲。 13. (D) 在圖 2-35 (A)橫軸為 0 C 處畫一垂直線，由縱軸10 atm 處沿此垂線往下，依序經 過液固氣。 14. (C) 液體質量減少5 克，代表有5 克液體汽化，其汽化熱為x 卡克 100 0.75 （7020）100 0.75 （8070）5x x60（卡克） 二、綜合題 答：16. (1) 37.5(2) 0.69 M (1) w 60 10060 10037.5 (2) CM 60 101 160 1.11 1 1000 0.69（M）