體積莫耳濃度課件

分析[第五版]

化學(xué)ExploringChemical

Analysis

[5E]原著

DanielC.Harris譯者

林維炤?李淵博歐亞書局歐亞書局CH

2化學(xué)測(cè)量2-1

SI單位與字首2-2

不同單位之間的轉(zhuǎn)換2-3

化學(xué)上所使用的濃度2-4

配製溶液2-5

平衡常數(shù)CH2化學(xué)測(cè)量2-1SI單位與字首P.132-1

SI單位與字首測(cè)量上所使用的SI單位（SIunit）是由法文SystèmeInternationald’Unitès衍生而來。表2-1列出了SI單位中的基本單位（fundamentalunit）。長(zhǎng)度、質(zhì)量與時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)單位分別是公尺（m）、公斤（kg）與秒（s）。溫度以凱氏溫標(biāo)（K）表示，而物質(zhì)的量與電流的單位則分別是莫耳（mol）與安培（A）。表2-2列出了由基本單位所衍生定義的其他單位。對(duì)於一個(gè)極大或極小的數(shù)值，使用字首來表達(dá)將會(huì)非常方便，表2-3列出了這些字首的名稱與縮寫。P.132-1SI單位與字首測(cè)量上所使用的SI單位（圖2-1

在表2-1中的基本物理量中，只有公斤是人為定義的物理量，而不是由具「可再現(xiàn)」的物理量定義。在法國的公斤國際標(biāo)準(zhǔn)件，是由Pt-Ir合金在1885年所製造。曾分別在1890、1948、1992年打開保護(hù)罩製備複件。該標(biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量可能會(huì)因?yàn)閴毫蚰ゲ练磻?yīng)而改變，因此，有一個(gè)研究正嘗試以別種不會(huì)隨著時(shí)間改變的量測(cè)方式定義質(zhì)量。P.13圖1-1圖2-1在表2-1中的基本物理量中，只有公斤是人為定P.14表2-1P.14表2-1表2-2P.14表2-2P.14表2-3P.15表2-3P.15在本章首頁的(c)部分中第一個(gè)脈衝電量是0.27pC（10－12C），1庫侖（C）的電量相當(dāng)於6.24×1018

個(gè)電子，請(qǐng)問在第一個(gè)脈衝中有多少電子？

範(fàn)例1P.15利用電極計(jì)算神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)的分子數(shù)解在本章首頁的(c)部分中第一個(gè)脈衝電量是0.27pC2-2

不同單位之間的轉(zhuǎn)換雖然SI單位是國際間通用的測(cè)量系統(tǒng)，不過還是有其他的單位表示法，表2-4列出了這些單位間的轉(zhuǎn)換因子。舉例來說，（cal）與大卡（Cal；相當(dāng)於1000卡或1kcal）是常用的非SI能量單位。表2-4說明了1cal相當(dāng)於4.184J（焦耳）。P.16-171卡（cal）是加熱1克水由14.5?C上升到15.5?C所需要的熱量。2-2不同單位之間的轉(zhuǎn)換雖然SI單位是國際間通用的測(cè)量表2-4P.17表2-4P.17試以每小時(shí)每公斤消耗多少千焦耳的方式，表達(dá)一個(gè)步行者每小時(shí)的能量消耗率（每100磅每小時(shí)需46＋45＝91大卡）。範(fàn)例2P.17-18單位轉(zhuǎn)換解試以每小時(shí)每公斤消耗多少千焦耳的方式，表達(dá)一個(gè)步行者每小時(shí)的一瓦特相當(dāng)於每秒1焦耳的能量消耗。範(fàn)例2中，一個(gè)步行者每公斤體重每小時(shí)消耗8.4千焦耳的能量。(a)此人每公斤體重消耗多少瓦特？

(b)如果此人體重50kg，則會(huì)消耗多少瓦特？範(fàn)例3P.18功率解一瓦特相當(dāng)於每秒1焦耳的能量消耗。範(fàn)例2中，一個(gè)步行2-3化學(xué)上所使用的濃度體積與重量莫耳濃度當(dāng)原子、分子或是離子含有一個(gè)亞佛加厥常數(shù)（6.022×1023mol－1）時(shí)稱為一莫耳（mole）。一公升（liter；L）的定義則是一個(gè)邊長(zhǎng)10cm

正立方體的體積。原子量（atomicmass）是指某元素含有相當(dāng)於亞佛加厥常數(shù)的原子時(shí)之質(zhì)量，單位為公克（g）。分子量（molecularmass）則是一個(gè)化合物中所有原子的原子量總和。P.19-20體積莫耳濃度（M）＝溶質(zhì)莫耳數(shù)／溶液體積2-3化學(xué)上所使用的濃度體積與重量莫耳濃度P.19-20體圖2-2圖2-2在北亞特蘭大與北太平洋不同深度的海洋裡所溶解的矽酸鹽與鋅離子濃度。由結(jié)果可以看出來：海洋是不均勻混合物。在200公尺或1000公尺深處所收集到的樣品中，兩者的濃度隨著深度不同而不同。海洋表層的生物會(huì)消耗這兩種物質(zhì)。P.19圖2-2圖2-2在北亞特蘭大與北太平洋不同深度的海洋裡所(a)典型的海水每分公升（＝dL＝0.1L）中含有2.7g的鹽（氯化鈉；NaCl）。請(qǐng)問海洋中NaCl的體積莫耳濃度為多少？

(b)MgCl2在海洋中的濃度為0.054M。請(qǐng)計(jì)算25mL的海水中含多少克的MgCl2？範(fàn)例4海洋中鹽的體積莫耳濃度P.20解(a)典型的海水每分公升（＝dL＝0.1L）中含有2.氯化鎂是一種強(qiáng)電解質(zhì)（strongelectrolyte），這意味其在水溶液中幾乎完全解離成離子。在水中只有部分解離的化合物稱為弱電解質(zhì)（weakelectrolyte），如下圖的醋酸（CH3CO2H）：強(qiáng)電解質(zhì)在溶液中幾乎完全解離成離子。P.20-21氯化鎂是一種強(qiáng)電解質(zhì)（strongelectrolyte）重量莫耳濃度（molality；m）是指每公斤溶劑（注意不是溶液）所溶解溶質(zhì)的莫耳數(shù)。容易混淆的縮寫：mol＝moles（莫耳數(shù)）M＝體積莫耳濃度＝溶質(zhì)莫耳數(shù)／公升（溶液）m＝重量莫耳濃度＝溶質(zhì)莫耳數(shù)／公斤（溶劑）P.21重量莫耳濃度（molality；m）是指每公斤溶劑（注意不是百分組成我們常常以重量百分率（weightpercent；wt%）來表示某物質(zhì)在溶液或是混合物中的百分比。另一個(gè)經(jīng)常使用來表示組成濃度的是體積百分率（volumepercent；vol%）。P.21百分組成P.21有一瓶市售鹽酸藥品，瓶身上標(biāo)示「37.0wt%HCl，密度＝1.188g/mL」。密度（density）是指物質(zhì)單位體積中的質(zhì)量。請(qǐng)求出此瓶鹽酸的體積莫耳濃度。範(fàn)例5將溶液的重量百分率轉(zhuǎn)換為體積莫耳濃度P.22解有一瓶市售鹽酸藥品，瓶身上標(biāo)示「37.0wt%HCl，密百萬分率與十億分率樣品中微量物質(zhì)的濃度可用百萬分率（partspermillion；ppm）與十億分率（partsperbillion；ppb）來表示。P.22百萬分率與十億分率P.22碳?xì)浠衔镏兄缓寂c氫兩種元素。植物製造碳?xì)浠衔镒鳛榧?xì)胞膜的成分之一。這些經(jīng)由生化合成途徑產(chǎn)生的碳?xì)浠衔镆院鏀?shù)碳數(shù)為主。圖2-3分別是在冬天與夏天從雨水中測(cè)定的碳?xì)浠衔餄舛取Ｏ奶鞎r(shí)，奇數(shù)碳的碳?xì)浠衔锎蠓黾?，我們假設(shè)這些增加的量是來自於植物；而冬天時(shí)，奇數(shù)與偶數(shù)碳的碳?xì)浠衔镉邢嗤内厔?shì)，我們假設(shè)都是由人類所製造。C29H60在夏天雨水中含量為34ppb。請(qǐng)求出此化合物的體積莫耳濃度〔以每公升中多少奈莫耳（nM）表示〕。範(fàn)例6將百萬分率濃度轉(zhuǎn)換為體積莫耳濃度P.23解碳?xì)浠衔镏兄缓寂c氫兩種元素。植物製造碳?xì)浠衔镒鳛榧?xì)胞膜圖2-3圖2-3

1989年在德國漢諾威夏天與冬天的雨水中所測(cè)得不同碳數(shù)的烷類（碳?xì)浠衔铮ㄊ綖镃nH2n+2）濃度，所使用的濃度單位為十億分率（ppb；相當(dāng)於每公升雨水中有多少μg的碳?xì)浠衔铮?。夏天的濃度比冬天高，而且含有奇?shù)碳原子的烷類化合物比含偶數(shù)碳原子的烷類高出許多。P.23圖2-3圖2-31989年在德國漢諾威夏天與冬天的雨圖2-4對(duì)於氣體來說，ppm一般是指體積而非質(zhì)量。圖2-4顯示我們?cè)诮?00年來燃燒石化燃料（煤、油和天然氣）與破壞森林的後果。圖2-4一千年以來空氣中二氧化碳濃度，數(shù)據(jù)分別來自南極洲冰層裏被捕捉的二氧化碳（方塊圖示）與直接在大氣層中測(cè)量所得。P.23-24圖2-4對(duì)於氣體來說，ppm一般是指體積而非質(zhì)量。圖2-2-4

配製溶液要配製所需的體積莫耳濃度溶液，須以天平秤得正確質(zhì)量的高純度溶質(zhì)，以適當(dāng)溶劑將溶質(zhì)溶解後倒入定量瓶（volumetricflask）中（圖2-5）。P.24圖2-5

特定體積的量瓶所盛裝的液體（在20?C）高度到達(dá)瓶頸上的標(biāo)線，即為該體積。2-4配製溶液要配製所需的體積莫耳濃度溶液，須以天平秤得正市售的硫酸銅一般含有五個(gè)結(jié)晶水（CuSO4．5H2O），也就是說在固體中每一莫耳的硫酸銅接著五莫耳的水。CuSO4．5H2O（=

CuSO9H10）的式量為249.69g/mol。如果要以250mL的定量瓶配製8.00mM的Cu2+溶液，請(qǐng)問需要溶解多少克的CuSO4．5H2O？範(fàn)例7配製適量體積莫耳濃度的溶液P.24-25解市售的硫酸銅一般含有五個(gè)結(jié)晶水（CuSO4．5H2O），也就市面上所販?zhǔn)鄣摹笣狻果}酸濃度～12.1M，如果今天要配製1.00L的0.100MHCl溶液，需要取多少毫升的濃鹽酸？範(fàn)例8製備0.1MHCl溶液P.25解市面上所販?zhǔn)鄣摹笣狻果}酸濃度～12.1M，如果今天要配製氨溶在水中所形成的溶液稱為「氫氧化銨水溶液」，因?yàn)榘迸c水會(huì)

市面上販?zhǔn)鄣臐鈿溲趸@水溶液濃度為28.0wt%NH3，而此溶液的密度為0.899g/mL。若要配製500mL0.250M的NH3

溶液，需要取多少體積的濃氫氧化銨水溶液？範(fàn)例9比較複雜的稀釋過程計(jì)算P.26解氨溶在水中所形成的溶液稱為「氫氧化銨水溶液」，因?yàn)榘迸c水會(huì)

一般飲用水含有1.6ppm的氟離子以預(yù)防蛀牙?，F(xiàn)有一個(gè)飲用水的圓形儲(chǔ)存槽直徑為450m，深度為10m。

(a)請(qǐng)問需加入多少體積的0.10MNaF，才會(huì)使水槽中的氟離子濃度變成1.6ppm？

(b)如果加入的是NaF固體，則需要加入多少克？範(fàn)例10製備百萬分率濃度之溶液P.27解一般飲用水含有1.6ppm的氟離子以預(yù)防蛀牙?，F(xiàn)有一個(gè)2-5

平衡常數(shù)對(duì)於一個(gè)由反應(yīng)物A與B生成C與D的可逆反應(yīng)我們可將平衡時(shí)的濃度關(guān)係寫成以下的平衡常數(shù)（equilibriumconstant），KP.282-5平衡常數(shù)對(duì)於一個(gè)由反應(yīng)物A與B生成C與試寫出以下反應(yīng)的平衡常數(shù)式

（在化學(xué)方程式中，s代表固體，aq

代表水溶液，q

代表氣體，l

代表液體。）範(fàn)例11寫出平衡常數(shù)P.29解試寫出以下反應(yīng)的平衡常數(shù)式

（在化學(xué)方程式中，s代表固平衡常數(shù)的處理

如果我們以逆反應(yīng)的方式來表達(dá)，新的平衡常數(shù)K'

會(huì)是原來平衡常數(shù)的倒數(shù)：

逆反應(yīng)的平衡常數(shù)：

P.29-30平衡常數(shù)的處理P.29-30如果我們要將兩個(gè)以上的平衡方程式相加成一個(gè)新的方程式，新的平衡常數(shù)是原來各方程式的平衡常數(shù)相乘。如下例，欲得到與HA及CH＋相關(guān)的平衡常數(shù)，可由以下兩個(gè)平衡方程式相加求得：相加後的平衡常數(shù)：P.30如果我們要將兩個(gè)以上的平衡方程式相加成一個(gè)新的方程式，新的平請(qǐng)從以下的平衡常數(shù)式得到以下反應(yīng)的平衡常數(shù)：範(fàn)例12平衡常數(shù)的結(jié)合P.30解請(qǐng)從以下的平衡常數(shù)式範(fàn)例12平衡常數(shù)的結(jié)合P.30解勒沙特列原理勒沙特列原理（LeChatelier'sPrinciple）