【新裝版】3小時讀通基礎化學

什麼是鹼金屬與鹼土金屬？
─－成為強鹼的元素
鋰（Li）以下的第 1族元素都是鹼金屬，特徵為單體密度小、柔軟、熔點低，反應性活潑，會與水起激烈反應而產生氫，並生成氫氧化物，而且此氫氧化物具強鹼性。
鈉容易氧化，固體的鈉放入水中會起激烈反應。而鉀放入水中則會產生紫色的火焰。因此，為了不讓鹼金屬與空氣中的氧氣或水蒸氣接觸，通常會保存在石油中。
鈣（Ca）以下的第 2族元素都是鹼土金屬，單體與水反應會產生氫氧化物，每個氫氧化物都具強鹼性。

●鹼金屬與鹼土金屬化合物
．氫氧化鈉（NaOH）
氫氧化鈉是白色固體，置於空氣中會吸收水蒸氣而溶於水，此現象稱為潮解。氫氧化鈉極易溶於水，具強鹼性。在工業上會藉由電解氯化鈉水溶液來製造氫氧化鈉，因此氫氧化鈉又稱為苛性蘇打（腐蝕皮膚 =苛性，蘇打 =鈉）。
．碳酸氫鈉（NaHCO3）
碳酸氫鈉溶於水會呈弱鹼性，無論是添加酸或加熱，都會產生二氧化碳，因此可當作發酵粉使用。
．碳酸鈣（CaCO3）
碳酸鈣是石灰岩與大理石的主要成分，不溶於水，且會與稀鹽酸反應產生二氧化碳。
．氧化鈣（CaO）
氧化鈣與水反應會產生大量的熱，生成氫氧化鈣（消石灰，Ca(OH)2），過程中產生的熱可用來加熱便當或罐裝酒。
．氫氧化鈣（Ca(OH)2）
氫氧化鈣溶於水，水溶液即會呈強鹼性；而將二氧化碳吹入氫氧化鈣的飽和水溶液（石灰水），就會形成碳酸鈣沉澱。將二氧化碳吹入石灰水，石灰水會變得混濁，而且產生的碳酸鈣在二氧化碳過多的情況，會形成碳酸氫鈣（Ca(HCO3)2）而溶解，這就是石灰岩地帶形成鐘乳石洞的原理。

什麼是鹵素？
－－電負度高，會毒害人體
第 17族的鹵素單體，反應性活潑，會與多種元素的單體直接反應而形成鹵化物。此時，鹵素單體會成為氧化劑，原子序越小，氧化力越強。此外，每個鹵素單體都有毒，會對人體造成傷害。
氯氣是具有刺激性臭味的黃綠色氣體，在第一次世界大戰被當作毒氣。氯氣不只大量用於自來水與污水的殺菌漂白，還廣泛用作鹽酸、漂白粉等無機氯化物、有機氯化物（農藥、醫藥、聚氯乙烯等）的製造原料。
氯氣溶於水即為氯水，氯水的一部分與水反應會生成次氯酸（HClO）。

●鹵化物
．氯化氫
氯化氫氣體的水溶液即為鹽酸，市售的濃鹽酸大約含有 35%的氯化氫。
．氯化鈉
這是食鹽的主要成分。電解食鹽水溶液，陽極會產生氯氣，陰極會產生氫氣，水溶液中只剩下氫氧化鈉。
．次氯酸
雖然次氯酸（HClO）是較弱的酸，但具有較強的氧化作用，所以可用於消毒液與漂白劑。氯與鹼反應會形成次氯酸鹽，次氯酸鹽也具有較強的氧化力，可用於漂白和殺菌。

什麼是鋁？什麼是鋅？
－－代表輕金屬的鋁，電池陰極材料的鋅
鋁（Al）是輕而軟的金屬，可藉由熔化、電解礬土（氧化鋁Al2O3，來自鋁土礦）的方式製造，常用於鋁箔等家庭用品、鋁框等建築材料。鋁暴露在空氣中，表面會被氧化，而產生氧化鋁的緻密膜。此氧化物的膜會保護內部的鋁不再被氧化（不動態），陽極氧化鋁加工法就是以人工方式（放入酸性溶液，作為陽極來進行電解）增厚緻密膜。
杜拉鋁合金（duralumin，又稱硬鋁）是在鋁中添加 4%銅、少量的鎂與錳製成的。但後來開發出強度更優秀的超杜拉鋁等材料，取代了杜拉鋁，廣泛用於飛機的機體等方面。
鋅（Zn）的單體熔點低（420℃），為銀白色金屬，常用於乾電池的陰極。在稀鹽酸或稀硫酸中加鋅會產生氫氣。而鍍鋅的薄鐵板稱作鍍鋅板，鍍了一層比鐵更容易腐蝕的鋅，即可保護鐵，被廣泛用於屋頂修繕、水槽、牆面等。黃銅是鋅與銅的合金，色澤優美，易於鑄造、易加工，且延展性等機械性質優異，因此用途廣泛。鋁和鋅的單體、氧化物、氫氧化物皆可溶於酸性溶液，也可溶於鹼性溶液，這種性質稱為兩性。氫氧化鋁（Al(OH)3）可當作制酸劑（胃藥），明礬（AlK(SO4)2．12H2O）的鋁離子可用作媒染劑（作為染料與纖維的媒介，使染料固定附著在纖維上），也可為茄子醃漬物增色。

什麼是鹼金屬與鹼土金屬？
─－成為強鹼的元素
鋰（Li）以下的第 1族元素都是鹼金屬，特徵為單體密度小、柔軟、熔點低，反應性活潑，會與水起激烈反應而產生氫，並生成氫氧化物，而且此氫氧化物具強鹼性。
鈉容易氧化，固體的鈉放入水中會起激烈反應。而鉀放入水中則會產生紫色的火焰。因此，為了不讓鹼金屬與空氣中的氧氣或水蒸氣接觸，通常會保存在石油中。
鈣（Ca）以下的第 2族元素都是鹼土金屬，單體與水反應會產生氫氧化物，每個氫氧化物都具強鹼性。

●鹼金屬與鹼土金屬化合物
．氫氧化鈉（NaOH）
氫氧化鈉是白色固體，置...

我們在生活中會利用各式各樣的物質，例如金屬、陶瓷、尼龍製成的合成纖維、聚乙烯製成的塑膠等。這些物質讓我們的生活更加多彩、便利。

　　拜現今卓越的化學研究成果所賜，高性能電池、強化纖維、精密陶瓷（由純化的原料製造的高性能陶瓷）等新開發的物質和產品，接二連三地問市。

　　我們能擁有製造這些物質的高超技術，是因為化學知識的日新月異，研究了物質的結構、性質與反應。然而，一般人對國中理化、高中化學的印象，大多是「沒有好感」，究其原因，得到的答案通常都是「有好多計算，還要背好多東西」。造成如此結果的其中一個重要原因是：國中與高中時期所學的化學知識，並沒有實用的知識，也就是說，「學校的教學無法讓學生掌握物質世界的大致樣貌」。因此，本書為了盡量讓讀者輕鬆了解化學的基本知識與應用，輔以豐富的圖像解說。

　　本書的目標讀者群為一般民眾，包括需要在短時間內建立化學基礎，以吸收化學新知的製造業人員。當然，我也希望「不懂化學，或覺得化學很無聊」的高中生和大學生，能閱讀本書。本書具有三個與眾不同的特色：

　　特色1 從國中程度開始講解，並使用許多圖片輔助說明，幫助讀者輕鬆掌握化學的基礎。
　　特色2 針對想要在日常生活中，或工作上，從基礎開始學的人，大膽選出適合的內容。
　　特色3 以練習題的方式帶領讀者學習較難掌握的化學式與化學反應式。

　　本書的三位作者都有撰寫國中、高中教科書的經驗，不僅在大學教授基礎化學，指導未來想成為理科教師的學生，也負責了國高中生的實驗教學。其中，我與寺田教授都有在高中教化學的經驗。為了使本書具備前述的三個特色，確實達到淺顯易懂的效果，以讓讀者有趣地學習知識，我們三位作者嘔心瀝血地完成了本著作。如果成功達成以上目標，代表我們彼此交換意見時引發的熱烈爭論，應該是奏效了。最後，在此由衷感謝插畫家井上行廣先生畫出可愛又容易理解的插圖，以及科學書籍編輯部的石井顯一先生針對原稿的建議與編輯。

我們在生活中會利用各式各樣的物質，例如金屬、陶瓷、尼龍製成的合成纖維、聚乙烯製成的塑膠等。這些物質讓我們的生活更加多彩、便利。

　　拜現今卓越的化學研究成果所賜，高性能電池、強化纖維、精密陶瓷（由純化的原料製造的高性能陶瓷）等新開發的物質和產品，接二連三地問市。

　　我們能擁有製造這些物質的高超技術，是因為化學知識的日新月異，研究了物質的結構、性質與反應。然而，一般人對國中理化、高中化學的印象，大多是「沒有好感」，究其原因，得到的答案通常都是「有好多計算，還要背好多東西」。造成如此結果的其中...

第 1 章　什麼是物質？ ..................................................... 9
1-01 化學是一門怎樣的學問？ ............................................ 10
1-02 什麼是物質的密度、熔點和沸點？ ............................. 12
1-03 物質是由什麼構成的？ ............................................... 14
1-04 純物質與混合物的關係 ............................................... 16
1-05 單體與化合物的關係 ................................................... 18
1-06 金屬元素的特徵是什麼？ ............................................ 19
1-07 元素符號是什麼？ ...................................................... 21
練習1 原子、分子的模型與化學式 ........................................ 23
1-08 什麼是離子？ .............................................................. 24
練習2 離子名稱與離子性物質的化學式 ................................. 27
1-09 相較於無機物，有機物特有的物質是什麼？ ............... 28
1-10 什麼是物質三態？ ...................................................... 30
1-11 什麼是波以耳定律、查理定律？ ................................. 32
1-12 物理變化與化學變化有何不同？ ................................. 34
1-13 什麼是質量守恆定律？ ............................................... 36
1-14 什麼是化學反應式？ ................................................... 38
練習3 寫出化學反應式 .......................................................... 41
1-15 什麼是氧化？什麼是還原？ ........................................ 43
1-16 什麼是酸性？什麼是鹼性？ ........................................ 45
1-17 什麼是中和反應？ ...................................................... 47
專欄 為什麼不同的物質會有不同的熔點與沸點？ ............... 49
專欄 石油與原油有何不同？ ............................................... 50
專欄 何謂燃燒？ ................................................................. 51
專欄 為什麼要將石灰倒入日本吾妻川？ ............................. 52
練習1　解答 ............................................................................ 53
練習2　解答 ............................................................................ 54
練習3　解答 ............................................................................ 55

第 2 章　什麼是元素？ ................................................... 57
2-01 如何構成週期表？ ...................................................... 58
2-02 週期表裡藏了什麼訊息？ ............................................ 61
2-03 原子的內部結構如何？ ............................................... 66
2-04 什麼是電子組態？ ...................................................... 68
2-05 什麼是電負度？ .......................................................... 72
2-06 什麼是鹼性氧化物？ ................................................... 74
2-07 稀有氣體是哪些元素？ ............................................... 76
2-08 什麼是鹼金屬與鹼土金屬？ ........................................ 78
2-09 什麼是鹵素？ .............................................................. 80
2-10 什麼是鋁？什麼是鋅？ ............................................... 82
2-11 什麼是氧？什麼是硫？ ............................................... 84
2-12 什麼是氮？什麼是磷？ ............................................... 86
2-13 什麼是碳？什麼是矽？ ............................................... 89
2-14 什麼是鐵？什麼是銅？ ............................................... 92
2-15 什麼是銀？什麼是金？什麼是鉑？ ............................. 94
專欄 水銀的光和影？ .......................................................... 97

第 3 章　什麼是化學鍵結？ ........................................ 99
3-01 水是奇怪的物質？ .................................................... 100
3-02 為什麼水是H2O但氫是H2？ ...................................... 102
3-03 結構式怎麼寫？ ........................................................ 106
練習1　寫出結構式和分子式 ................................................. 108
3-04 實際的水分子是什麼形狀？ ...................................... 110
3-05 什麼是分子極性？ .................................................... 112
3-06 水分子的特殊性質是什麼？ ...................................... 114
3-07 離子結晶的鍵結力是什麼？ ...................................... 116
3-08 什麼是實驗式？ ........................................................ 118
練習2　寫出實驗式 ............................................................... 120
3-09 金屬原子的鍵結力是什麼？ ...................................... 121
練習1　解答 .......................................................................... 124
練習2　解答 .......................................................................... 126
專欄 負離子是什麼？ ........................................................ 128

第 4 章　什麼是「莫耳」？ ...................................... 129
4-01 莫耳(mol)是什麼？ ................................................... 130
4-02 1莫耳是多少的量？ .................................................. 132
4-03 指數是什麼？ ............................................................ 134
4-04 原子量是什麼？ ........................................................ 136
4-05 什麼是質量數、原子序？ .......................................... 138
4-06 如何決定原子量的標準？ .......................................... 140
4-07 物量(mol)和質量(g)是什麼關係？ ............................. 142
練習1 原子量與質量的換算 ................................................. 144
4-08 質量數的比和化學反應式有關係嗎？ ........................ 146
練習2 理解化學反應式、粒子數和莫耳的關係 .................... 148
4-09 亞佛加厥常數是怎麼決定的？ .................................. 150
4-10 為什麼相同體積所含的粒子數會相同？ .................... 152
4-11 什麼是莫耳的三種轉換？ .......................................... 154
練習3 理解莫耳(mol)、質量、體積和個數之間的關係 ........ 156
4-12 為什麼化學反應式的數量關係這麼難？ .................... 160
練習4 理解化學反應式的數量關係 ...................................... 162
練習1 解答 .......................................................................... 164
練習2 解答 .......................................................................... 165
練習3　解答 ...........................................................................165
練習4　答案 ...........................................................................169

第 5 章　什麼是有機化合物？ ..................................171
5-01 什麼是有機化合物？ ..................................................172
5-02 碳(C)與矽(Si)的差異是什麼？ ....................................174
5-03 什麼是烷類、烯類、炔類？ .......................................176
5-04 芳香族有香味嗎？ .....................................................178
5-05 從分子式看不出「異構物」是什麼嗎？ .....................180
5-06 為什麼苯是平面的？ ..................................................182
5-07 酒精和糖有什麼關係？ ..............................................184
5-08 酒精變幻無常？ .........................................................186
5-09 代表性的有機酸是什麼？ ...........................................188
5-10 合成清潔劑的成分是什麼？ .......................................190
5-11 脂肪、蛋白質的基本物質是什麼？ ............................192
5-12 聚氯乙烯和鐵氟龍等常見物質 ...................................194
5-13 不小心碰到手就會變黃色？ .......................................196
5-14 什麼是耦合反應？ .....................................................199
5-15 胺基酸是什麼？ .........................................................201
專欄 人體與毒氣有共通點嗎？ ...........................................203

第 6 章　什麼是高分子化合物？ ............................205
6-01 聚合物的「聚」是什麼意思？ ...................................206
6-02 寡糖是什麼樣的糖？ ..................................................208
6-03 如何製造高分子？ ① .................................................210
6-04 如何製造高分子？ ② .................................................212
6-05 羊為什麼能吃紙？ ① .................................................214
6-06 糖為什麼是甜的？ ② .................................................217
6-07 如何製造蛋白質？ .....................................................219
6-08 蛋白質如何作用？ .....................................................221
6-09 橡膠為什麼會伸長？ ..................................................224
6-10 塑膠袋為什麼可怕？ ..................................................226
6-11 尼龍是絲的仿冒品？ ..................................................228
6-12 為什麼寶特瓶可做成刷毛布料？ ................................230
6-13 有耐熱的塑膠嗎？ .....................................................232
6-14 水族館的巨大水槽是用什麼做的？ ............................234
專欄 備受矚目的生物可分解塑膠是什麼? ..........................236
專欄 塑膠的回收方法是什麼？ ...........................................238
索引 ............................................................................................241

第 1 章　什麼是物質？ ..................................................... 9
1-01 化學是一門怎樣的學問？ ............................................ 10
1-02 什麼是物質的密度、熔點和沸點？ ............................. 12
1-03 物質是由什麼構成的？ ............................................... 14
1-04 純物質與混合物的關係 ............................................... 16
1-05 單體與化合物的關係 ................................................... 18
1-06 金屬元素的特徵是什麼？ .............