Transcript 基礎化學B-3

第三章
原子結構：
原子核
原子
質子<“+”> =>
1
1
P
1
中子< × > => 0 n
具有
質量
0
電子<“-”> => 1 e => 佔有體積
粒子發現順序
• 電子：湯木生 => 陰極射線實驗
• 質子：拉塞福 => α粒子撞擊氮原子核
• 中子：查?克 => α粒子撞擊鈹原子核
[補充]
一般把基本粒子分成三類：
(1)輕子 (lepton) ：質量比較重，如電子。
(2)夸克 (quark) ：共有六種，分別叫做上、下、
奇、魁、底、頂。
(3)波色子 (boson) ：例如，能傳遞電磁力的光子，
以及能在原子核內傳遞強作用力使質子、中子聚
合在一起的膠子(gluon)都屬波色子。
m
+
+
+
元素符號表示法：
質量數=質子數+中子數
Z
A
X
元素符號
原子序=電子數=質子數
例：
23
11
電子
質子
中子
Na
11
11
12
23
11
Na
10
11
12
+
16
8
O
8
8
8
16
O
10
8
8
8
2
原子軌域
電子出現機率的區域，就叫做軌域（orbital），
密度愈大的區域代表電子出現機率愈大。
1.按量子力學模型，在主層軌域(K、L、M、N…)
內尚有副層軌域s、p、d、f四種。
s
、
p
、
d
、
f
(1個方向) (3個方向) (5個方向) (7個方向)
(6e-)
(10e-)
(14e-)
(2e-)
(球型)
(啞鈴型)
(花瓣型) (複雜型)
電子組態填法：
主層
n: 1
2
3
4
5
6
7
(K)
(L)
(M)
(N)
(O)
(P)
(Q)
例如：
副層
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
2p
3p
4p
5p
6p
7p
n=4
n=3
n=2
n=1
3d
4d
5d
6d
7d
2
2
6
2
2
6
Na ：1s 2s 2p 3s
11
23
23
11
Na：1s 2s 2p
+
4f
5f
6f
7f
1
低能階
高能階
2e8e18e32e
-
價電子
價軌域
第
一二三四
層
價電子
原子最外層軌域中的電子可以決定該元素的化
學性質，而這種最外層的電子，稱之為價電子。當
價電子相同時，其化學性質相似。
物質的組成
當二個（含）以上相同或不相同的原子結合形
成分子時，原子之間一定有某種使原子相互結合的
作用存在，此種作用力，我們稱之為化學鍵。
離子鍵：金屬陽離子與非金屬陰離子因靜
分子內
電吸引力(庫侖力)而形成的鍵結
化學鍵
=> 金＋非 <離子化合物>
共價鍵：非金屬間因共用電子對而形成的
鍵結 => 非＋非 <分子化合物>
金屬鍵：金屬元素因電子海而形成的鍵結
=> 金＋金 or 金
氫鍵：H原子與電負度較大的元素(F、O、
分子間
N)所形成的吸引力
凡得瓦力：所有化合物間皆有此微弱的吸
引力
例：
鈉 氯
Na-Cl - - - Na-Cl
離子鍵
凡得瓦力
氧
O
H
H
氫
共價鍵
O
H
氫鍵
H
國際純化學與應用化學聯合會（IUPAC）決定，
以碳同位素中的12C 原子的原子量（atomic weight）
當做基準，定為12.0000。
a.m.u. (原子質量單位)
1 a.m.u.= 1.66 × 10-24克
分子量：各組成原子的質量和
Q
&
A
例：求下列各題之分子量
• H2O：1 × 2＋16 × 1 = 18
• C6H12O6：12 × 6＋1 × 12＋16 × 6 = 180
• Mg(OH)2：24 × 1＋(16 × 1＋1 × 1) × 2 = 58
• CuSO4·5H2O：63.5 × 1＋32 × 1＋16 × 4＋5 × 18
= 249.5
=> n=
Q
&
A
9g的水相當於若干莫耳？
n=
W
=
M
9
1
= (mol)
1  2  16  1 2
W
M
化學式
凡是用元素符號來表示物質組成的式子，都稱
為化學式（chemical formula），通常分為實驗式、
分子式、示性式、結構式等四種。
一、實驗式（Empirical Formula）
表示物質組成的最簡單化學式。它只能表示物質
之組成原子的種類和原子數的比例。
實驗式的求法 => 計算每一個元素的莫耳數比
Q
&
A
已知葡萄糖是由C，H，O原子化合而成，
每60g的葡萄糖中含碳24g，氫4g，氧32g，
試求葡萄糖的實驗式？
（C＝12.01，H＝1.008，O＝16.00）
解：
24
32
4
C：H：O ＝
：
：
12. 01 1. 008
16. 00
＝ 1.99：3.96：2 ＝ 1：2：1
葡萄糖的實驗式為CH20
二、分子式（Molecular Formula）
表示分子中原子種類、數目以及分子量的化學式。
分子式的求法
?先求實驗式
?求式量
分子量
?求n =
；n為正整數
式量
?分子式 = (實驗式)n
Q
&
A
維生素C這種化合物中含C 40.91%，H
4.59%，O 54.50%，測得分子量為176，則
維生素C之分子式為何？
（C＝12.01，H＝1.008，O＝16.00）
解：
40. 91
54. 5
4. 59
C：H：O＝
：
：
＝ 3：4：3
12. 01 1. 008
16. 00
所以實驗式為C3H4O3，
實驗式量＝12.01 × 3＋1.008 × 4＋16 × 3 ＝ 88.062
176＝（88）n
n＝2
所以分子式＝(C3H4O3)2＝C6H8O6
三、結構式（Structural Formula）
把分子中原子與原子實際的排列結合情形列出
來的化學式以“—”、“?”、“≡”連接各原子。
O
H
O = C = O
N≡N
二氧化碳
氮
H
水
四、示性式（Rational Formula）
將分子中具有特性的官能基表示出來，以顯示該
分子特性的化學式，示性式常用來表示有機化合物。
相關資料
有機化合物中常見的官能基
：CH3COOH
：CH3COCH3
：C2H5OH
：CH3OCH3
：HCHO
：CH3COOCH3
：CH3NH2
物質性質
1. 溶液
溶液 = 溶質＋溶劑
溶質
溶劑
同一相
量少
量多
不同相
相改變
相不變
(1)溶液分類
固態溶液
s → s :合金
l → s :鋅汞劑
g → s :空氣清新機
液態溶液
s → l :食鹽水
l → l :酒精溶液
g → s :汽水
氣態溶液
s → g :乾冰昇華
l → g :水蒸氣
g → g :空氣
溶液計算
(1)體積百分率濃度 (vol%)
溶質體積 (ml or l)
vol% = 溶液體積 (ml or l) × 100%
(單位：%)
例：欲配製5%消毒水溶液1l，則消毒水和水各多少ml?
設消毒水X ml，水1000-X ml
X
5% =
× 100%
1000
消毒水= X = 50(ml)，水= 1000-50 = 950(ml)
(2)重量百分率濃度 (wt%)
溶質重 (g or kg)
wt% =
× 100%
溶液重 (g or kg)
例：20克食鹽溶於100g水中，求wt% = ?
20
wt% =
× 100% ≒ 16.7%
100  20
(單位：%)
(3)體積莫耳濃度 (CM)
溶質莫耳數
CM =
溶液體積 (公升)
n
CM =
l
例：49g硫酸溶於水成500ml溶液，求CM = ?
49
n
CM =
= 98 = 1 (M)
500
l
1000
(單位：M)
(4)重量莫耳濃度 (Cm)
Cm =
溶質莫耳數
溶液重(公斤)
n
Cm =
kg
例：49g硫酸溶於500g水中，求Cm = ?
49
Cm = n = 98 = 1 (m)
500
kg
1000
(單位：m)
(5)當量濃度 (CN)
CN = CM × 價數
(單位：N)
例：49g硫酸溶於水成100mL溶液，求CN = ?
CN = C M
49
98
× 價數 =
× 2 = 10 (N)
100
1000
(6)莫耳分率 (x)
x質
n
=
n n
質
質
x劑
劑
n
=
n n
劑
質
x質＋x劑 = 1
劑
例：49g C6H12O6溶於180g水中，求C6H12O6的莫耳分率?
45
nC H O
11
180
x C6H12O6 =
=
=
45 180
nC H O  nHO
41

180 18
6
6
12
12
6
6
2
(7)百萬分數 (ppm)
mg
ppm =
l ( 液)
1ppm = 10-6
mg
ppm =
kg(固)
例：某污水含重金屬0.02，則有多少ppm = ?
0. 02
2  10
=
10
10
-6
-2
-6
= 2 × 104 (ppm)
pH值
對於酸或鹼溶液，為了表示其強度，可用數字
加以量化，一般最常用的表示法為pH值。
pH = -log[H+] = log
1
[H]
pOH = -log[OH-]

在25°C
酸性溶液
鹼性溶液
中性溶液
pH＜7
pH＞7
pH＝7
pH＋pOH = 14
(在25°C時)
常見物質之約略pH值
物質名稱
pH 值
0.1M HCl
胃液
檸檬汁
食醋
柳橙汁
番茄汁
清酒
1.0
1.4
2.3
2.9
3.5
4.2
4.2
啤酒
咖啡
雨水
牛奶
純水
血液
海水
0.1M NaOH
4.7
5.0
6.2
6.4
7.0
7.4
8.5
13.0
•電解質與非電解質
在熔化狀態或水溶液時能夠導電的物質，叫做
電解質，而不能導電的物質叫做非電解質。
•電解質的導電
電解質熔化或配製成水溶液時，會產生帶正電
的陽離子（cation）和帶負電的陰離子（anion）
強、弱、非電解質之比較
解離前
解離後
強
NaCl
→
Na+＋Cl-
(完全解離)
弱
CH3COOH
→
CH3COO-＋H+
＋CH3COOH
(部份解離)
非
C2H5OH
→
C2H5OH
(不解離)
離子的沉澱反應
將不同的電解質溶液混合
在一起時，電性相反的陰離子
和陽離子結合在一起形成化合
物，如果這種化合物在水中的
溶解度很小，則會析出固體的
沉澱。
AgNO3(aq)＋NaCl(aq) → AgCl(s)＋NaNO3(aq)
酸鹼中和反應
阿瑞尼士學說
酸：在水溶液中可解離出H+
例：HCl(aq) → H+(aq)＋Cl-(aq)
鹼：在水溶液中可解離出OH例：NaOH(aq) → Na+(aq)＋OH-(aq)
[補充] 酸鹼命名
酸
含氧酸：□酸 => H2SO4 (硫酸)
g：□化氫
非含氧酸
=> HF
l：氫□酸
鹼：氫氧化□ => NaOH：氫氧化鈉
g：氟化氫
l：氫氟酸
[補充]
• 常見強酸：HClO4、HI、HBr、HCl、HNO3
、H2SO4、HClO3。
• 常見強鹼：LiOH、NaOH、KOH、RbOH、Ca(OH)2、
Sr(OH)2、Ba(OH)2。
相關資料
紫色高麗菜液的顏色與其所對應的pH值
溶液pH值 溶液的顏色
7
紫青
1～2
紅
8
青綠
3
粉紅
9～10
翠綠
4
粉紫
10～11
草綠
5
淡藍紫
11～13
黃綠
6
藍紫
13以上
深黃
•酸鹼中和反應
酸＋鹼→鹽＋水
(H+(aq)＋OH-(aq) → H2O(l))
例如： HCl(aq) ＋ NaOH(aq) → NaCl(aq)＋ H2O(l)
•氧化還原反應
例如物質的燃燒、鞭炮的爆炸、電解、電鍍、
電池的供電、自然界的光合作用和呼吸作用、金屬
的生銹、食物的消化、酒變酸、生命體的新陳代謝等。
氧化還原反應
狹義定義
氧化反應：反應時得到氧
=> 4Fe＋3O2 → 2Fe2O3
還原反應：反應時失去氧
=> 2Fe2O3＋3C → 4Fe＋3CO2
廣義定義
氧化反應：反應時失去電子
(陽極)
=> Na → Na+＋e還原反應：反應時得到電子
(陰極)
=> Cl2＋2e- → 2Cl-
※氧化還原反應同時並行存在
陰極保護
防止金屬被腐蝕的方法，較常見的有：
一、表面處理
1.金屬表面塗上一層油脂或油漆。
2.電鍍。
二、陰極保護
以犧牲電極保護鋼管