高考申論題
109年
[環境檢驗] 分析化學
第 一 題
📖 題組：
某食品廠擬藉由重量分析法來了解所購買之豆類原料中磷營養素的含量，方法如下：將0.5891 g的樣品研磨成粉末，加入100.0 mL二次水攪拌2小時後，過濾取得濾液；於濾液中添加沉澱劑MgSO4與氨水形成Mg(NH4)PO4白色沉澱。以真空抽氣方式過濾並收集沉澱物，經過洗滌乾燥，置入高溫爐中燃燒得到0.1243 g Mg2P2O7。請回答下列問題：
某食品廠擬藉由重量分析法來了解所購買之豆類原料中磷營養素的含量，方法如下：將0.5891 g的樣品研磨成粉末，加入100.0 mL二次水攪拌2小時後，過濾取得濾液；於濾液中添加沉澱劑MgSO4與氨水形成Mg(NH4)PO4白色沉澱。以真空抽氣方式過濾並收集沉澱物，經過洗滌乾燥，置入高溫爐中燃燒得到0.1243 g Mg2P2O7。請回答下列問題：
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
計算該樣品中磷的重量百分比濃度，以P2O5表示至小數點第一位。已知Mg(NH4)PO4、Mg2P2O7、P2O5的分子質量分別為137.31、222.55、141.94 g/mol。（8分）
思路引導 VIP
本題為典型的重量分析法（Gravimetric Analysis）計算題。解題關鍵在於求出『重量分析因子（Gravimetric Factor, GF）』，先確認最終秤重物（Mg2P2O7）與目標物（P2O5）之間磷（P）原子的計量平衡關係，再將重量轉換後除以樣品總重求得百分比。
小題 (二)
請畫出真空過濾（vacuum filtration）的裝置圖。（8分）
思路引導 VIP
看到真空過濾裝置圖考題，應立即聯想到標準分析實驗室的三大核心單元：過濾單元（布氏漏斗/古氏坩堝）、收集單元（具側管之抽氣瓶與橡皮墊圈）、抽氣與安全單元（厚壁橡膠管、防逆流安全瓶與真空源）。作答時除繪製各部件相對位置外，務必清晰標示中英文專有名詞，考量本題後續需高溫灰化，特別標註「無灰濾紙或古氏瓷坩堝」與「安全瓶」防逆流裝置，是獲取滿分的關鍵。
小題 (三)
說明在形成沉澱物的實驗過程中，可以增進沉澱物顆粒成長的三個方法。（9分）
思路引導 VIP
本題測驗重量分析法中沉澱顆粒大小的控制原理。解題關鍵在於帶入 Von Weimarn 相對過飽和度 (RSS) 理論，說明如何透過降低瞬間濃度 (Q) 或提高平衡溶解度 (S) 來減少成核速率，進而促進沉澱物顆粒的成長。