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高考申論題 105年 [環境檢驗] 分析化學

第 一 題

📖 題組:
50.00 mL 0.0480 M 草酸鈉 Na₂C₂O₄ 調整至酸性後,以過錳酸鉀 KMnO₄ 標定,39.25 mL 達滴定終點,反應生成 CO₂ 及 Mn²⁺。 (一) 寫出此氧化還原之淨反應方程式(係數須為最小整數)。(7 分) (二) 計算過錳酸鉀 KMnO₄ 莫耳濃度。(8 分) (三) 若於 0.100 M HCl,以標準氫電極為陽極(anode)測量滴定過程之電位,試計算加入 50.00 mL 滴定劑過錳酸鉀 KMnO₄ 之電位值。(CO₂ E°=-0.49 V,MnO₄⁻ E°= +1.51 V)(10 分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

寫出此氧化還原之淨反應方程式(係數須為最小整數)。(7 分)

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面對氧化還原方程式,應先拆解為氧化與還原兩個半反應。依序平衡原子(主元素、氧加水、氫加氫離子)與電荷(加電子),最後取電子數的最小公倍數將兩半反應合併,即得淨反應方程式。

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【解題思路】利用半反應法(離子-電子法),分別寫出草酸根的氧化半反應與過錳酸根的還原半反應,平衡電子數後合併。 【詳解】 已知條件:

小題 (二)

計算過錳酸鉀 KMnO₄ 莫耳濃度。(8 分)

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考生應首先根據第一子題推導出的反應莫耳數比 (MnO₄⁻ : C₂O₄²⁻ = 2 : 5),列出兩者的莫耳數等式。接著代入已知的草酸鈉體積與濃度計算其莫耳數,最後除以滴定消耗的過錳酸鉀體積即可求得其莫耳濃度,並注意最終結果需嚴格遵守有效數字的進位原則(本題應取3位有效數字)。

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【解題關鍵】利用氧化還原反應之莫耳數計量比例(KMnO₄ : Na₂C₂O₄ = 2 : 5)進行濃度推算。 【解答】 計算:

小題 (三)

若於 0.100 M HCl,以標準氫電極為陽極(anode)測量滴定過程之電位,試計算加入 50.00 mL 滴定劑過錳酸鉀 KMnO₄ 之電位值。(CO₂ E°=-0.49 V,MnO₄⁻ E°= +1.51 V)(10 分)

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看到氧化還原滴定的電位計算,首要步驟是判斷滴定狀態:「當量點前、當量點或當量點後」。本題加入 50.00 mL 滴定劑已超過當量點 (39.25 mL),因此系統電位完全由過量的滴定劑半電池 (MnO₄⁻/Mn²⁺) 主導。代入能斯特方程式 (Nernst equation) 計算時,須特別注意反應式中 H⁺ 濃度的 8 次方項,並明確標記陽極 (SHE) 電位為 0.00 V 以求得全電池電位。

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【解題思路】超過當量點之氧化還原滴定,其系統電位由過量之滴定劑半反應主導,需代入能斯特方程式 (Nernst equation) 計算,並扣除陽極電位求得電池電位。 【詳解】 已知:

📜 參考法條

E = E° - (0.0592/n) log ([C]^c[D]^d / [A]^a[B]^b)

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