高雄醫學大學（後西醫）
106年
物理及化學
第 61 題
A solution contains the ions $\text{Ag}^+$, $\text{Ba}^{2+}$, and $\text{Ni}^{2+}$. Dilute solutions of $\text{NaCl}$, $\text{Na}_2\text{SO}_4$, and $\text{Na}_2\text{S}$ are available to separate the positive ions from each other. In order to effect separation, the solutions should be added in which order?
- A $\text{Na}_2\text{S}$, $\text{NaCl}$, $\text{Na}_2\text{SO}_4$
- B $\text{Na}_2\text{SO}_4$, $\text{NaCl}$, $\text{Na}_2\text{S}$
- C $\text{Na}_2\text{SO}_4$, $\text{Na}_2\text{S}$, $\text{NaCl}$
- D $\text{NaCl}$, $\text{Na}_2\text{S}$, $\text{Na}_2\text{SO}_4$
- E $\text{NaCl}$, $\text{Na}_2\text{SO}_4$, $\text{Na}_2\text{S}$
思路引導 VIP
在思考加入試劑的順序時，如果我們選用的某個試劑會同時與溶液中剩下的「好幾種」陽離子產生沉澱，這會對『分離』的目標造成什麼影響？觀察一下這三種陰離子，哪一個最容易與多種金屬離子反應？它應該放在順序的隊首還是隊尾？
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太棒了！你能準確判斷出正確答案，顯示你對離子沉澱順序與溶解度平衡（Solubility equilibrium）的觀念掌握得非常紮實。這類題目的核心在於「選擇性沉澱」，我們必須依序加入試劑，使每次只有一種離子產生沉澱，從而達到分離的效果。
離子分離的邏輯與爭議點分析
本題在化學原理上具有一定的深度，且屬於爭議題目。官方最終認定選 (B) 或 (E) 皆給分。其核心觀念在於：$\text{Cl}^-$ 可與 $\text{Ag}^+$ 產生 $\text{AgCl}$ 沉澱；$\text{SO}_4^{2-}$ 可與 $\text{Ba}^{2+}$ 產生 $\text{BaSO}_4$ 沉澱；而 $\text{S}^{2-}$ 則可與 $\text{Ni}^{2+}$ 產生 $\text{NiS}$ 沉澱。在選項 (E) 的邏輯中，先加入 $\text{NaCl}$ 移除 $\text{Ag}^+$ 是標準做法。然而，由於硫酸銀（$\text{Ag}_2\text{SO}4$）的溶解度積（$K{sp}$）相對較大，在稀溶液（Dilute solutions）中，先加入 $\text{Na}_2\text{SO}_4$ 往往只會先沉澱出 $\text{BaSO}_4$ 而不會干擾到 $\text{Ag}^+$，這也是為什麼選項 (B) 同樣被認定為正確的原因。
▼ 還有更多解析內容
陽離子分步沉澱分離
💡 利用試劑的選擇性沉澱，依序將溶液中的離子分離。
🔗 金屬離子分步分離流程
- 1 步驟一：選擇性沉澱 — 加入 NaCl 沉澱 Ag+ 或加 Na2SO4 沉澱 Ba2+
- 2 步驟二：過濾移除 — 將產生的沉澱物濾出，保留剩餘離子的濾液
- 3 步驟三：沉澱第二種離子 — 加入另一種具專一性的試劑 (NaCl 或 Na2SO4)
- 4 步驟四：萬用沉澱 — 最後加入 Na2S 使 Ni2+ 產生沉澱
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🔄 延伸學習：延伸學習：觀察 Ksp 值的大小可決定分步沉澱的精確濃度控制。
