地特三等申論題
111年
[環境檢驗] 分析化學
第 四 題
📖 題組：
乙二胺四乙酸（簡稱 EDTA）是一種四質子酸（簡記為H4Y），也是常用的金屬螯合劑，可在水中與多數金屬離子（簡稱Mn+）進行錯合反應： H4Y → H+ + H3Y- ， K1 = 1.0 10-2 H3Y- → H+ + H2Y2- ， K2 = 1.0 × 10-3 H2Y2-→ H+ + HY3- ， K3 = 1.0 × 10-6 HY3-→ H+ + Y4- ， K4 = 1.0 × 10-10 Mn+ + Y4- → MY(n-4)+ ，KMY = [MY(n-4)+] / ([Mn+][Y4-]) 某生以 0.010 M 的 EDTA 滴定 50.00 mL 相同濃度的各種金屬離子時，發現當 pM ≥ 6.0 時，指示劑會立即變色。根據所述，回答下列問題，已知所有金屬離子均不涉及其他反應。
乙二胺四乙酸（簡稱 EDTA）是一種四質子酸（簡記為H4Y），也是常用的金屬螯合劑，可在水中與多數金屬離子（簡稱Mn+）進行錯合反應： H4Y → H+ + H3Y- ， K1 = 1.0 10-2 H3Y- → H+ + H2Y2- ， K2 = 1.0 × 10-3 H2Y2-→ H+ + HY3- ， K3 = 1.0 × 10-6 HY3-→ H+ + Y4- ， K4 = 1.0 × 10-10 Mn+ + Y4- → MY(n-4)+ ，KMY = [MY(n-4)+] / ([Mn+][Y4-]) 某生以 0.010 M 的 EDTA 滴定 50.00 mL 相同濃度的各種金屬離子時，發現當 pM ≥ 6.0 時，指示劑會立即變色。根據所述，回答下列問題，已知所有金屬離子均不涉及其他反應。
承子題(三)，若滴定到達當量點時指示劑恰好變色，則該溶液的 pH 值須大於等於 x（即 pH ≥ x）。估計 x 的數值，準確至小數第一位。（10 分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
考生看到此題應先聯想 EDTA 滴定當量點的質量守恆與條件形成常數（K'MY）的關係。由恰好變色條件（pM=6.0）可得游離金屬離子濃度，進而算出 K'MY；再利用子題(三)中缺失的絕對形成常數（KMY），求出所需的解離分率（αY4-），最後由 EDTA 的四段酸解離常數反推出對應的 [H+] 與 pH 值。
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【解題思路】利用當量點時的物種質量守恆求出條件形成常數 $K'{MY}$，再結合子題(三)給定的金屬形成常數 $K{MY}$ 算出解離分率 $\alpha_{Y^{4-}}$，最後透過 EDTA 的酸解離常數反推所需之最低 pH 值。 【詳解】 已知：
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