高考申論題
109年
[環境檢驗] 儀器分析
第 一 題
📖 題組：
考慮在25℃，1 M（莫耳濃度）HCl下，以0.100 M（莫耳濃度）Fe3+（鐵離子），滴定25.0 mL（毫升）的0.0500 M（莫耳濃度）Sn2+（亞錫離子），產生Fe2+（亞鐵離子）及Sn4+（錫離子），在此係使用白金（Pt）與飽和甘汞（saturated calomel）電極。 （註：飽和甘汞電極（SCE）在25℃下的標準還原電位為+0.241 V；Fe3+的標準還原電位為0.771 V，而Sn4+的標準還原電位為0.139 V）
考慮在25℃，1 M（莫耳濃度）HCl下，以0.100 M（莫耳濃度）Fe3+（鐵離子），滴定25.0 mL（毫升）的0.0500 M（莫耳濃度）Sn2+（亞錫離子），產生Fe2+（亞鐵離子）及Sn4+（錫離子），在此係使用白金（Pt）與飽和甘汞（saturated calomel）電極。 （註：飽和甘汞電極（SCE）在25℃下的標準還原電位為+0.241 V；Fe3+的標準還原電位為0.771 V，而Sn4+的標準還原電位為0.139 V）
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
寫出平衡的滴定反應式。（2分）
思路引導 VIP
考生看到此題應先釐清氧化劑（Fe³⁺）與還原劑（Sn²⁺）的氧化態變化。根據電子轉移守恆（Fe改變1價，Sn改變2價），利用最小公倍數平衡電子得失，即可寫出完整的淨離子方程式。
小題 (二)
寫出指示電極的兩個半反應式。（4分）
思路引導 VIP
看到此題應先釐清「指示電極」與「參考電極」的角色差異。白金（Pt）作為指示電極屬於惰性金屬，負責感測溶液中氧化還原對（redox couples）的電位狀態。因此，只需寫出溶液中參與滴定反應的兩個物種（鐵、錫）之標準還原半反應式即可。
小題 (三)
寫出電池電壓的兩個Nernst（能士特）方程式。（4分）
思路引導 VIP
本題測驗氧化還原滴定系統中電池電位（E_cell）的表示法。在滴定過程中，溶液內各氧化還原對之電位必保持平衡相等。分別以鐵系統與錫系統寫出指示電極（Pt）的Nernst方程式，再扣除參考電極（SCE）的電位，即可得到兩個表示電池電壓的方程式。
小題 (四)
計算添加下列6個鐵離子（Fe3+）體積下的電池電壓值E：1.0, 12.5, 24.0, 25.0, 26.0及30.0 mL，並繪出滴定曲線。（15分）
思路引導 VIP
遇到電位滴定題，第一步務必先寫出平衡反應方程式以求得當量點體積 (V_eq)。接著依據滴定進度分三階段計算指示電極電位 (E_ind)：當量點前用被滴定物系統、當量點用加權平均公式、當量點後用滴定劑系統，最後扣除參考電極電位 (E_SCE) 即為所求的電池電壓 (E_cell)。