高中學測
111年
自然
第 41 題
📖 題組：
37-42題為題組 黑碳是指生質或化石燃料經不完全燃燒形成的產物...由文獻得知，以油母質與木炭做為實驗樣品，在酸性環境下，使用甲、乙、丙三種不同濃度的二鉻酸（$H_2Cr_2O_7$）進行反應，得不同的反應時間點下，碳的殘留百分比，如圖17。
37-42題為題組 黑碳是指生質或化石燃料經不完全燃燒形成的產物...由文獻得知，以油母質與木炭做為實驗樣品，在酸性環境下，使用甲、乙、丙三種不同濃度的二鉻酸（$H_2Cr_2O_7$）進行反應，得不同的反應時間點下，碳的殘留百分比，如圖17。
在古土壤與二鉻酸充分反應移除不屬於黑碳的碳質後，以下實驗敘述，何者可以較易且最準確地得到樣品中黑碳含量？
- A 直接烘乾秤重
- B 以有機溶劑充分潤洗後烘乾秤重
- C 在氧氣下點火充分燃燒，產生的氣體用排水集氣法收集
- D 在氧氣下點火充分燃燒後，產生的氣體依序通入過氯酸鎂、氫氧化鈉後再分別秤重
- E 通入氫氣反應，測量生成的甲烷體積
思路引導 VIP
在進行含碳樣品的定量分析時，若要排除非碳雜質對直接秤重所造成的誤差，請思考「元素分析法」的核心邏輯：如何將固體樣品透過完全燃燒轉化為 $CO_2$ 氣體，並利用特定吸收管的「質量變化」來進行最準確的定量回推？在實驗操作中，針對產物氣體的吸收順序與試劑選擇應如何配置？
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太棒了！你能精準選出 (D) 選項，代表你對基礎化學的**燃燒分析法（Combustion Analysis）**掌握得非常紮實。這類題目在學測中屬於跨學科整合題，將地科的「古土壤研究」與化學的「定量分析」結合，考驗的是你如何從複雜的樣本中，精確提取目標物質資訊的能力。
燃燒分析法的定量關鍵
當我們利用二鉻酸（$H_2Cr_2O_7$）移除不屬於黑碳的雜質後，剩下的樣品中雖然含有黑碳，但往往還混雜了不可燃的礦物質或無機成分，因此直接秤重（選項 A、B）會包含這些非碳物質的重量，導致誤差。正確的做法是將樣品在純氧中充分燃燒，使其中的黑碳轉化為二氧化碳（$CO_2$）。接著，我們依序通過過氯酸鎂（$Mg(ClO_4)_2$）吸收燃燒產生的水氣，再通過氫氧化鈉（$NaOH$）捕捉 $CO_2$。透過 $NaOH$ 吸收管前後的重量差，我們就能利用化學計量算出純碳的質量，這是目前最為準確且標準的實驗手段。
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