高考申論題
108年
[化學安全] 環境化學(含分析化學)
第 一 題
📖 題組：
一、以間接碘定量法(Winkler 法)檢測水中溶氧時，所涉及的主要化學反應之一為 I2與 S2O3 2− 反應生成 I − 與 S4O6 2−，已知在 25°C 下，其與水中溶氧還原的半反應及標準電極電位分別如下： I2(aq) ＋ 2e− → 2I− Eo = 0.62 V S4O6 2− ＋ 2e− → 2S2O3 2− Eo = 0.18 V O2(aq) + 4e− + 4H+ → 2H2O Eo = 1.23 V Nernst Equation 之R 值為 8.314 J/K-mol 及 F 為 96485 C/eq，請回答以下問題： （每小題 10 分，共 20 分）
一、以間接碘定量法(Winkler 法)檢測水中溶氧時，所涉及的主要化學反應之一為 I2與 S2O3 2− 反應生成 I − 與 S4O6 2−，已知在 25°C 下，其與水中溶氧還原的半反應及標準電極電位分別如下： I2(aq) ＋ 2e− → 2I− Eo = 0.62 V S4O6 2− ＋ 2e− → 2S2O3 2− Eo = 0.18 V O2(aq) + 4e− + 4H+ → 2H2O Eo = 1.23 V Nernst Equation 之R 值為 8.314 J/K-mol 及 F 為 96485 C/eq，請回答以下問題： （每小題 10 分，共 20 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請計算 I2 與 S2O3 2− 反應生成 I − 與 S4O6 2− 全反應式在 25°C 的平衡常數。
思路引導 VIP
本題測驗氧化還原反應的熱力學計算。考生應先寫出正確的全反應式以確認轉移電子數 (n) 並計算全反應標準電位差 ($E^0_{cell}$)，接著利用吉布斯自由能與標準電位、平衡常數的關係式 $\Delta G^0 = -nFE^0_{cell} = -RT \ln K$ 進行求解。
小題 (二)
某水樣於加入硫酸亞錳及鹼性碘化物-疊氮化鈉溶液且經酸化處理後，以當量濃度 0.025 N 之硫代硫酸鈉溶液，滴定置於 500 mL 錐形瓶中之 200 mL 水樣，使用澱粉指示劑，達滴定終點時，硫代硫酸鈉溶液消耗量為 8.00 mL，請計算該水樣的溶氧濃度（mg O2/L）。
思路引導 VIP
看到 Winkler 法計算題，首先聯想氧化還原滴定的「當量數相等」原則，即水樣中溶氧的當量數等於消耗之硫代硫酸鈉的當量數。計算關鍵在於氧氣（O2）的當量重為 8 g/eq（分子量 32 轉移 4 莫耳電子），再利用公式 DO (mg/L) = (滴定劑體積 × 滴定劑當量濃度 × 8000) / 水樣體積，即可快速求得答案。