先備數學:先收,再放
濃度算不出來,不一定是理化不會;很多時候是分數、百分比先卡住。
先約分把數字「收」乾淨,再擴分到分母 100。上課常用分母 2、4、5、8、10、20、25,建議直接背到看到就能換成小數與百分比。
先判斷「分母到底是誰」
分母 2、4、5、8、10、20、25
不是每次現場除。看到 1/8、3/20、7/25 這類數字,最好能直接反應成小數與百分比。
1²~25²
從 1、4、9、16 一路背到 625,後面平方根、公式、科學記號與理化計算都會反覆遇到。
1³~10³
1、8、27、64、125、216、343、512、729、1000,直接記住比每次重乘快得多。
先分清楚:誰是溶質、誰是溶劑、誰才叫溶液
這一關如果不會,後面的濃度、沉澱、稀釋、溶解度都會一起亂掉。
被溶解的物質
糖水中的糖、食鹽水中的食鹽、硝酸鉀水溶液中的硝酸鉀、碘酒中的碘。
負責溶解別人的物質
糖水、食鹽水、硝酸鉀水溶液中通常是水;碘酒中則以酒精作為溶劑來理解。
均勻混合後的整體
糖水、食鹽水、硝酸鉀水溶液、碘酒,都是形成均勻系統後的「溶液」。
還要會判斷「量」:加入多少,不等於溶質就有多少
例:8 g 食鹽加入 10 g 水,最後還有 3 g 食鹽沉澱。
杯底的 3 g 還沒溶進去,所以不算在溶液裡。
也要知道:混在一起,不一定叫溶液
例如沙拉油加水後分層,這不是均勻溶液。不能因為兩種物質放進同一杯,就硬把其中一個叫溶質、另一個叫溶劑。
接著才算濃度:加入 ≠ 溶解
先看真正進入溶液的溶質是多少,再把正確的量放進分子與分母。
+30 g 溶質
重量百分濃度的基本結構
套回這一題
杯底那 5 g 沒有溶進去,所以它既不能放進分子,也不能算進「溶液」的分母。
濃度的三把尺:重量%、體積%、ppm
先看你手上的資料是質量、體積,還是非常微量的比例,再選對表示法。
例如 20 g 糖完全溶於 180 g 水:
快速試算
酒類常用這一種表示法。若某酒為 40% vol,可以先理解為每 100 mL 酒液中含 40 mL 酒精。
體積%要換成重量%:中間一定要經過密度
學生最容易卡的地方,就是「體積」不能直接拿去算重量百分濃度,必須先用密度換成質量。
完整換算示範|40% vol 酒精水溶液
採國中簡化模型:取 100 mL 溶液,假設酒精 40 mL、水 60 mL;酒精密度 0.8 g/mL,水密度 1.0 g/mL。
水=60 mL
水=1.0 × 60=60 g
重量%反推體積%也是一樣
先假設一個方便的溶液總質量,例如 100 g,再由重量%找出酒精與水的質量;接著用「體積=質量 ÷ 密度」各自換成體積,最後才算體積百分濃度。
重量% ↔ 體積%(簡化模型)
因為 1 kg=1,000,000 mg,所以 1 mg 對 1 kg 正好就是百萬分之一。
所以 ppm 還不夠小時,就可以再往下用 ppb。
稀薄水溶液的近似
若溶液非常稀,而且密度接近水的 1 kg/L:
這是近似關係,要把「密度接近 1 kg/L」這個條件一起記住。
ppm 快速試算
| 表示法 | 直式概念 | 常見情境 |
|---|---|---|
| 重量% | 溶質重量/溶液重量 | 糖水、鹽水、藥品 |
| 體積% | 溶質體積/溶液體積 | 酒類、液體混合 |
| ppm | 1 mg/1 kg | 微量成分、水污、空污 |
| ppb | 1 μg/1 kg | 比 ppm 更低的微量濃度 |
分裝、稀釋、濃縮、混合:正確的東西放在正確的位置
把百分比放在最左或最右,中間固定看「溶質/溶液」;先把「前」和「後」排好,只要抓到哪一個量不變,答案就會自己跑出來。
分裝:濃度不變
均勻溶液只是倒成不同份,溶質與溶液一起按比例變小,因此兩者的比值不變。
稀釋/濃縮:溶質不變
只加水或只蒸發水時,真正要盯住的是分子:溶質量不變;分母的溶液量改變。
混合:先找每杯的溶質
把各杯的溶質先算出來,再把溶質總量放分子、溶液總量放分母。
方法一|前、後排在一起:只看中間怎麼變
例:10% 的鹽水 20 g,加水 30 g。百分比放左右,中間固定看「溶質/溶液」。
方法二|看結構,用反比加速
當溶質固定時:
所以溶液量變成 N 倍,濃度就會變成原來的 1/N。
混合題也用同一個位置觀念
例:10% 鹽水 20 g 與 30% 鹽水 60 g 混合。
飽和:不是想加多少就溶多少
先把「目前溶了多少」和「最多能溶多少」分開。這兩個不是同一件事。
只算真正進入溶液中的量。杯底還躺著的固體,沒有被溶解,不能算進溶液中的溶質。
它是一個「極限」概念。常表示成某溫度下,每 100 g 水最多能溶多少 g 溶質。
再加同一種溶質也溶不下去,就是飽和。若剛好達到上限、又沒有多餘固體,可以叫做「恰飽和」。
未飽和
目前溶解量還沒碰到上限,所以還可以再溶。
飽和/恰飽和
目前溶解量已經到達上限。若還有多餘固體,就會留在杯底。
加水 vs 加熱:兩個都可能「溶更多」,原因完全不同
上課時要分成兩條路看:加水時固定溫度;加熱時固定溶劑量。先找「固定的是誰」,後面才不會混掉。
路線 A|加水:固定溫度,所以溶解度不變
同一種物質、同一個溫度下,溶解度這個上限不會因為你多倒一些水就改變。你只是把「能容納溶質的水」變多。
水少、沉澱多
加水
再加水
繼續加水
| 變化 | 第 1 → 2 杯 | 第 2 → 3 杯 | 第 3 → 4 杯 |
|---|---|---|---|
| 溶解量 | ↑ | ↑ | 不變 |
| 濃度 | 不變 | 不變 | ↓ |
| 溶解度 | 不變 | 不變 | 不變 |
路線 B|加熱:固定溶劑量,改變的是溶解度上限
以下先看「一般固體」:溫度升高時,溶解度通常上升。水量不變,但同一杯水的「容量上限」變大。
20°C
40°C
60°C
80°C
| 變化 | 20 → 40°C | 40 → 60°C | 60 → 80°C |
|---|---|---|---|
| 溶解量 | ↑ | ↑ | 不變 |
| 濃度 | ↑ | ↑ | 不變 |
| 溶解度 | ↑ | ↑ | ↑ |
但是理化最喜歡出現不合作的傢伙
一般固體
很多固體的溶解度隨溫度升高而增加。
氫氧化鈣
常見反例:溫度升高,溶解度反而下降。
氣體
通常溫度越低、壓力越大,越容易溶在液體中。
溶解度曲線:看圖,不要只背口訣
PPM 的生活與食安尺度感:看到「檢出」先別尖叫
先學會這把很小的尺,再拿它去看咖啡因、水質、空污、三聚氰胺與萊克多巴胺。
ppm 不是「有毒專用單位」
它只是百萬分之一。