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國二理化|2-2 溶液與濃度

不要先背公式,
先看懂你到底在算什麼。

從分數、百分比開始,把濃度真正需要的數學與理化觀念一路串起來:重量%、體積%、ppm、飽和、溶解度、溶解度曲線與生活中的濃度判讀。

「國中理化學不好,有時候數學老師跟國文老師多少都要負一點責任。」
01

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。

百分比=分母 100 的分數
624→14→25100=25%

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」

溶液=已溶解的溶質+溶劑
課堂版:分母錯了,後面按計算機按得再快也只是很有效率地算錯。
常用分數

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。

完全平方數

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。

立方數

1³~10³

1、8、27、64、125、216、343、512、729、1000,直接記住比每次重乘快得多。

先備數學不熟?先把常用分數、平方、立方背到反射動作。 分數・小數・百分比 60 秒練習
02

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。

溶質

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。

溶劑

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。

溶液

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」。

先問三句:誰被溶?誰負責溶?最後形成的均勻混合物叫什麼?

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。

加入食鹽:8 g 沉澱:3 g 真正溶解:5 g
溶質=5 g | 溶劑=10 g | 溶液=15 g

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。

這一關先過,再進濃度計算。 溶質/溶劑/溶液與量
03

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。

100 g 水
+30 g 溶質
加入:30 g沉澱:5 g真正溶解:25 g
先做第一件事:30-5=25 g。這個 25 g 才能叫作「已溶解的溶質」。

重量百分濃度的基本結構

重量百分濃度=溶質溶液×100%
=溶質溶劑+已溶解的溶質×100%

套回這一題

25100+25×100%=20%

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。

常見錯法:把「加入的 30 g」直接當溶質,或把未溶沉澱也一起塞進溶液總重。
看懂「加入」和「真正溶解」的差別後,馬上練習。 濃度算式判讀
04

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。

重量%
g / 100 g
看質量比例
體積%
mL / 100 mL
看體積比例
ppm / ppb
10⁻⁶ / 10⁻⁹
很稀時換更細的尺
重量百分濃度
重量百分濃度=溶質重量溶液重量×100%
=溶質重量溶質重量+溶劑重量×100%

例如 20 g 糖完全溶於 180 g 水:

2020+180×100%=10%

快速試算

體積百分濃度
體積百分濃度=溶質體積溶液體積×100%

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

密度=質量體積
所以 質量=密度 × 體積

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。

步驟 1|先由體積%找體積 酒精=40 mL
水=60 mL
步驟 2|用密度換成質量 酒精=0.8 × 40=32 g
水=1.0 × 60=60 g
步驟 3|再算重量%
3232+60×100%
≈ 34.8%
注意:這是國中用的簡化模型。真實乙醇與水混合時體積不一定完全相加,所以精確換算要使用實際溶液密度資料。

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。

體積=質量密度

重量% ↔ 體積%(簡化模型)

ppm:百萬分之一
1 ppm=1 mg1 kg
=11,000,000=10⁻⁶

因為 1 kg=1,000,000 mg,所以 1 mg 對 1 kg 正好就是百萬分之一。

1%10⁻²
0.1%10⁻³
0.01%10⁻⁴
0.001%10⁻⁵
1 ppm10⁻⁶
ppb:十億分之一
1 ppb=1 μg1 kg
=11,000,000,000=10⁻⁹

所以 ppm 還不夠小時,就可以再往下用 ppb。

1 ppm=1000 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:

1 mg/L ≈ 1 mg/kg = 1 ppm

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
ppm1 mg/1 kg微量成分、水污、空污
ppb1 μg/1 kg比 ppm 更低的微量濃度
三種濃度表示法分開練,先把每一把尺用熟。
重量% ppm 基礎 ppm 生活應用
05

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。

10%=220×100%
倒一半後:10%=110×100%

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。

混合後濃度=總溶質總溶液×100%

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」。

前
10%= 220 ×100%
溶質 2 g|溶液 20 g
先算出溶質:2 g
⇒
後
220+30 ×100%
= 250 ×100%=4%
溶質 2 g|溶液 50 g
加水後,溶質仍是 2 g
真正要看的只有中間:分子 2 g 不變;分母由 20 g 變成 50 g。正確的東西放在正確的位置,最後的 4% 就會自己出來。
板書口訣:百分比擺左右,中間擺「溶質/溶液」;先找不變的量,再看另一個量怎麼變。

方法二|看結構,用反比加速

當溶質固定時:

濃度 ∝ 1溶液量

所以溶液量變成 N 倍,濃度就會變成原來的 1/N。

20 g → 50 g=2.5 倍
10% → 10% ÷ 2.5=4%
前提:只有在溶質量不變時才能直接用反比。加入溶質、析出、化學反應等情況,都要重新判斷。

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。

第一杯溶質=10% × 20=2 g
第二杯溶質=30% × 60=18 g
混合後濃度=2+1820+60×100%
=2080×100%=25%
先用直式分數把位置放對,再追求速度。
稀釋練習 濃縮練習 混合練習
06

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。

溶解量
現在真的溶了多少

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。

溶解度
在這個條件下的上限

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。

飽和
已經碰到上限

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。

課堂說法:「沉澱在杯底的那一坨,還沒有被溶解,所以不能拿來算溶液裡的溶質。」
最重要的區分:溶解量是「現在有多少」;溶解度是「最多能有多少」。一個是現況,一個是上限。
07

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

飽和

加水

飽和

再加水

恰飽和

繼續加水

未飽和
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
為什麼前兩段濃度不變?因為只要杯底還有固體、溶液仍維持飽和,多加的水會再溶掉一些固體,溶質和溶劑一起增加,飽和濃度維持不變。
反過來把水拿掉:未飽和時會先濃縮,濃度上升;到達飽和之後再繼續拿掉水,多出的溶質會析出,所以飽和濃度不再上升。這就是蒸發結晶的入口。

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

飽和

40°C

飽和

60°C

恰飽和

80°C

未飽和
變化20 → 40°C40 → 60°C60 → 80°C
溶解量↑↑不變
濃度↑↑不變
溶解度↑↑↑
這裡最容易混:60 → 80°C 時,雖然溶解度還在上升,但杯子裡已經沒有多餘固體可以再溶,所以「溶解量」與「濃度」都不變。
反過來降溫:80 → 60°C 時若還沒超過新的上限,溶解量可先不變;繼續降溫,一旦上限低於目前已溶解的量,就會開始析出結晶。這就是降溫結晶。
一句話總結:加水是「增加溶劑」;加熱是「提高一般固體的溶解度上限」。前者不改溶解度,後者就是在改溶解度。
注意:上面的加熱路線是「一般固體」的典型情況。氫氧化鈣與氣體等例外,下一節再另外處理。
08

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。

課堂版:一般固體:「加熱我溶更多。」氫氧化鈣、氣體:「我偏不要。」
09

溶解度曲線:看圖,不要只背口訣

一般固體變化較小氫氧化鈣/氣體型溫度 ↑溶解度
看完曲線後,直接做判讀練習出題練習
10

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。

1 kg
= 1000 g
= 10⁶ mg
1 mg / 1 kg = 1 ppm

真正要問的是

濃度攝取量體重暴露時間
課堂版:有些極低濃度情境,如果想靠一天猛吃吃到某個參考量,可能先遇到「根本吃不下那麼多」的問題。
正式版:TDI/ADI 是風險評估參考,不應直接當成「超過就會中毒」的急性疾病門檻。

數量級示範:先算「要吃多少」,再談風險

注意:這個互動是在做「數量級」示範。真正的健康風險不能把某個 TDI/ADI 或教學假設量直接當成急性中毒門檻。
把 ppm 放回生活情境,練習真正的數量級判讀開始練習
11

最後接回混合物分離:飽和不是終點,是結晶法的入口

粗鹽精製

溶解→過濾→蒸發/結晶

整章主線

混合物 → 溶液 → 濃度 → 飽和 → 結晶 → 分離
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學完這頁,直接進亂數題庫

看懂概念,再用題目確認。🎯 開始刷題