調查局三等申論題
110年
[化學鑑識組] 分析化學
第 一 題
📖 題組：
有些人對食物防腐劑 sulfite（SO3 2-）有過敏反應，這個防腐劑可用儀器分析或者是用氧化還原滴定測定：在 50 mL 的酒（wine），添加含有（0.8043 g KIO3 + 6.0 g KI）/100 mL 的 5 mL 溶液。以 1.0 mL 的 6.0 M H2SO4 酸化，將 IO3-定量地轉化為 I3-。I3-與 SO3 2-反應可生成 SO4 2-後，會在水溶液中產生過剩的 I3-。這些過剩的 I3-需要 12.86 mL 的 0.04818 M Na2S2O3以達到澱粉終點（starch end point）。
有些人對食物防腐劑 sulfite（SO3 2-）有過敏反應，這個防腐劑可用儀器分析或者是用氧化還原滴定測定：在 50 mL 的酒（wine），添加含有（0.8043 g KIO3 + 6.0 g KI）/100 mL 的 5 mL 溶液。以 1.0 mL 的 6.0 M H2SO4 酸化，將 IO3-定量地轉化為 I3-。I3-與 SO3 2-反應可生成 SO4 2-後，會在水溶液中產生過剩的 I3-。這些過剩的 I3-需要 12.86 mL 的 0.04818 M Na2S2O3以達到澱粉終點（starch end point）。
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
寫出當 H2SO4添加到含 KIO3 + KI 時，所發生的化學反應，並解釋為何 6.0 g KI 要添加至儲備溶液（stock solution）中。有必要精確地測量 6.0 g 嗎？有必要精確地測量 1 mL 的 H2SO4嗎？（5 分）
思路引導 VIP
本題測驗碘量法（Iodometry）的基礎原理與試劑角色判斷。首先需寫出碘酸根與碘離子在酸性環境下的歸中反應，並理解碘離子（I-）除了作為反應物，還能與碘（I2）形成三碘錯離子（I3-）以防揮發。最後，根據限量試劑（KIO3）與過量試劑（KI、H2SO4）的概念，即可判斷哪些試劑需要精確測量。
小題 (二)
寫出 I3- 與 sulfite（SO3 2-）間的平衡反應式。（5 分）
思路引導 VIP
這題考查氧化還原反應式的平衡。首先確認反應物（I3-、SO3^2-）與產物（I-、SO4^2-），並留意題目給定的酸性環境（加入 H2SO4）。利用半反應法分別寫出氧化和還原半反應，平衡電子後將其合併即可得出正確結果。
小題 (三)
試求算酒的 sulfite（SO3 2-）濃度。將答案以 mol/L 及 mg SO3 2-/L 為單位表示。（10 分）
思路引導 VIP
這是一道標準的逆滴定（back titration）碘定量法計算題。解題關鍵在於釐清氧化還原的化學計量關係：先計算由 KIO3 產生的初始 I3- 總莫耳數，再扣除與 Na2S2O3 反應的過剩 I3-，差值即為與 SO3 2- 反應的 I3- 莫耳數，最後換算為體積莫耳濃度與質量濃度。
小題 (四)
t 檢定。另一批酒以 iodimetric 法測量 3 次，發現含有 277.7 mg SO3 2-/L，其標準偏差為±2.2 mg/L。以分光光度分析法測量 3 次所得的結果為 273.2±2.1 mg/L。這些結果在 95%信賴水準下，有顯著差異嗎？（5 分）
思路引導 VIP
看到比較兩組測量數據的平均值是否一致，首先應想到使用「兩組獨立樣本平均值比較的 t 檢定」。解題步驟需先算出合併標準偏差 (S_pool)，再計算出實驗 t 值 (t_calc)，最後與給定自由度下的查表臨界 t 值進行比較。若計算值大於查表值，則有顯著差異，反之則無。
📜 參考法條
本題相關資訊：
1.原子量數據如下：H=1, C=12, O=16, S = 32, K= 39, I = 127 g/mol。
2. t 檢定相關資訊：
⑴聚合變異數= spooled = [（ s1^2（n1-1）+s2^2（n2-1））/（n1+n2-2）]^0.5
⑵比較平均值的 t 檢定公式： t = |x1,avg – x2,avg| / spooled [n1n2/（n1+n2）]^0.5
⑶t 值簡表如下：
自由度 95%信賴水準 99%信賴水準
4 2.776 4.604
5 2.571 4.032
6 2.447 3.707