高考申論題
106年
[環境檢驗] 分析化學
第 一 題
📖 題組：
沉澱法可用於選擇性分離水溶液中的離子。試回答下列問題：
沉澱法可用於選擇性分離水溶液中的離子。試回答下列問題：
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
選擇性沉澱法的工作原理。（6 分）
思路引導 VIP
看到「選擇性沉澱法」，首先應聯想到熱力學平衡中的「溶度積常數（Ksp）」與「離子積（Q）」之關係。解題時需明確定義沉澱發生的條件（Q > Ksp），並透過兩種離子 Ksp 的差異，說明如何藉由控制沉澱劑濃度或溶液環境（如 pH 值），使一種離子完全沉澱而另一種仍保留在溶液中，最後補充「沉澱完全」的分析化學標準。
小題 (二)
含有 4.0×10-1 M 銀離子（Ag+）和 2.0×10-2 M 鉛離子（Pb2+）的水溶液中，加入足量的氯離子（Cl–），會生成氯化銀（AgCl）和氯化鉛（PbCl2）沉澱，氯化銀和氯化鉛的溶度積（Ksp）分別為 1.8×10-10和 1.7×10-5。各鹽類沉澱所需的氯離子濃度為多少？那一鹽類先沉澱出來？（7 分）
思路引導 VIP
考生遇此類分步沉澱題，應先寫出各沉澱物的溶度積（Ksp）平衡方程式。將已知的金屬離子濃度代入公式，分別求出剛好達到沉澱臨界點所需的沉澱劑（氯離子）濃度，所需濃度較低者即為最先達到過飽和而沉澱的物質。
小題 (三)
含有 0.2 M 銀離子（Ag+）和 0.1 M 鈣離子（Ca2+）的 10.0 mL 水溶液中，緩慢加入 2.0 M 的硫酸鈉（Na2SO4）溶液，生成硫酸銀（Ag2SO4）和硫酸鈣（CaSO4）沉澱，硫酸銀和硫酸鈣的溶度積（Ksp）分別為 1.5×10-5 和 2.4×10-5。各鹽類沉澱所需的硫酸根離子濃度為多少？那一鹽類先沉澱出來？（7 分）
思路引導 VIP
判斷分步沉澱（Fractional precipitation）的先後順序，核心在於計算各沉澱物達到溶度積（Ksp）時所需的沉澱劑濃度。利用各自的 Ksp 關係式代入初始金屬離子濃度，求出臨界 [SO4 2-]，所需濃度較低者代表其最先達到飽和，將優先沉澱出。
選擇性沉澱法原理
💡 利用離子間溶度積常數（Ksp）之差異，精確控制沉澱劑濃度以分離離子。
🔗 選擇性沉澱操作邏輯
- 1 比較 Ksp 與溶解度 — 判斷各離子與沉澱劑反應的先後順序
- 2 精準控制濃度 — 緩慢加入沉澱劑，使 Q1 > Ksp1 但 Q2 < Ksp2
- 3 第一離子析出 — 首位離子開始生成沉澱，溶液保持攪拌
- 4 定量分離判斷 — 首位離子殘留量 < 0.1% 且次位離子尚未沉澱
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🔄 延伸學習：延伸學習：利用 pH 控制硫化物沉澱的分離效果
