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高考申論題 112年 [環境檢驗] 分析化學

第 一 題

📖 題組:
將 CaF2 放入 0.01 M 的 NaF 溶液中,請回答下列問題: (一)忽略活性因素,CaF2 的溶解度值為多少?(10 分) (二)考慮活性因素,Ca 的活性係數 0.676,F 的活性係數 0.9,CaF2 的溶解度值為多少?(10 分) (CaF2 的 Ksp = 3.4 × 10^-11)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

忽略活性因素,CaF2 的溶解度值為多少?(10 分)

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本題核心在於評估「同離子效應」(Common-ion effect)對微溶鹽溶解度的影響。考生應先寫出溶解平衡式與溶度積常數(Ksp)表示式,利用初始存在的氟離子濃度進行合理的近似計算,最後務必驗證近似假設是否成立並注意有效數字。

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【解題關鍵】利用溶度積常數(Ksp)與同離子效應原理,並透過合理的數學近似(2S ≪ 0.01)簡化高次方程計算。 【解答】 計算:

小題 (二)

考慮活性因素,Ca 的活性係數 0.676,F 的活性係數 0.9,CaF2 的溶解度值為多少?(10 分)

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考量真實溶液的非理想性時,熱力學溶度積常數公式必須引入活性(Activity)取代濃度,即 Ksp = (γ_Ca[Ca²⁺])(γ_F[F⁻])²。解題時需結合「同離子效應」簡化氟離子濃度,再代入題目給定的活性係數與 Ksp 進行精確計算。

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【解題關鍵】熱力學溶度積公式:$K_{sp} = a_{Ca^{2+}} \cdot (a_{F^-})^2 = (\gamma_{Ca^{2+}}[Ca^{2+}]) \cdot (\gamma_{F^-}[F^-])^2$,並結合常見的同離子效應近似原理。 【解答】 計算:

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