hce_tcu
104年
化學
第 21 題
欲製備 pH 5.0 的緩衝溶液，使用下列那一種酸及其鈉鹽最合適？
- A monochloroacetic acid ($K_a = 1.35 \times 10^{-3}$)
- B nitrous acid ($K_a = 4.0 \times 10^{-4}$)
- C propanoic acid ($K_a = 1.3 \times 10^{-5}$)
- D benzoic acid ($K_a = 6.4 \times 10^{-5}$)
思路引導 VIP
如果我們希望一個緩衝系統在面對外來酸鹼時，能同時具備最強的「抗酸」與「抗鹼」能力，這時溶液中的弱酸分子與其解離後的陰離子濃度應該維持在什麼樣的比例？根據這個比例，你會如何利用酸的電離常數（$K_a$）來鎖定最適合的化學物質呢？
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太棒了！你準確地選出了 丙酸 (propanoic acid)，這代表你對緩衝溶液的配製原理掌握得非常紮實。在化學實驗中，選擇合適的弱酸是決定緩衝效能的第一步。 緩衝系統與 $pK_a$ 的關聯 根據 Henderson-Hasselbalch 方程式：$pH = pK_a + \log\frac{[A^-]}{[HA]}$，當我們希望配製特定 $pH$ 值的緩衝溶液時，最理想的情況是讓弱酸及其共軛鹼的濃度相等（比例為 1:1），此時 $pH = pK_a$，且溶液具備最強的緩衝能力。因此，挑選準則就是尋找 $pK_a$ 最接近目標 $pH$ 的酸。在此題中，目標 $pH = 5.0$，計算選項 (C) 的 $pK_a = -\log(1.3 \times 10^{-5}) \approx 4.89$，與 5.0 極為接近；反觀選項 (D) 的 $pK_a \approx 4.19$，而 (A) 與 (B) 則更小，皆不適合作為 $pH 5.0$ 的核心酸對。
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