高考申論題
112年
[化學工程] 儀器分析
第 一 題
📖 題組：
五、土壤中多氯聯苯的標準檢驗方法為氯離子電極法。土壤樣品以有機溶劑萃取並濃縮，濃縮之萃取液在觸媒催化下與金屬鈉反應，釋出樣品中多氯聯苯（PCB）之氯離子，氯離子再被萃取於水相之緩衝溶液中，然後以偵測氯離子之選擇性電極檢測。以飽合甘汞電極（saturated calomel electrode, SCE）當參考電極，及一個銀電極（silver electrode）當指示電極，飽合甘汞電極的標準電極電位為0.244 V。
五、土壤中多氯聯苯的標準檢驗方法為氯離子電極法。土壤樣品以有機溶劑萃取並濃縮，濃縮之萃取液在觸媒催化下與金屬鈉反應，釋出樣品中多氯聯苯（PCB）之氯離子，氯離子再被萃取於水相之緩衝溶液中，然後以偵測氯離子之選擇性電極檢測。以飽合甘汞電極（saturated calomel electrode, SCE）當參考電極，及一個銀電極（silver electrode）當指示電極，飽合甘汞電極的標準電極電位為0.244 V。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請完成下面的電池表示（cell representation）來說明氯離子之選擇性電極。
SCE ‖ Cl⁻(aq) ∣ AgCl(s) ∣ Ag(s) （5分）
SCE ‖ Cl⁻(aq) ∣ AgCl(s) ∣ Ag(s) （5分）
思路引導 VIP
本題要求寫出氯離子選擇性電極系統的電池表示法。左側為參考電極（SCE），右側為指示電極（銀電極偵測氯離子，即 Ag/AgCl 電極）。中間以雙直線「||」表示鹽橋。右側半電池需包含待測溶液（Cl-）、難溶鹽（AgCl）及金屬導體（Ag）。
小題 (二)
請說明電池電位和氯離子濃度的關係為何？（10分）
Ag+ + e- ⇌ Ag Eo = 0.799 V
AgCl + e- ⇌ Ag + Cl- Eo = 0.222 V
Hg2Cl2 + 2e- ⇌ 2Hg + 2Cl- Eo = 0.244 V
AgCl Ksp = 1.8 × 10-10
Ag+ + e- ⇌ Ag Eo = 0.799 V
AgCl + e- ⇌ Ag + Cl- Eo = 0.222 V
Hg2Cl2 + 2e- ⇌ 2Hg + 2Cl- Eo = 0.244 V
AgCl Ksp = 1.8 × 10-10
思路引導 VIP
本題要求推導電池電位（E_cell）與氯離子濃度（[Cl-]）的關係式。必須運用能司特方程式（Nernst equation）。先寫出指示電極（陰極）的電位 E_ind 的方程式，可從 AgCl + e- ⇌ Ag + Cl- 切入。再以 E_cell = E_ind - E_ref 計算出最終公式，並說明其對數線性關係（即每改變十倍濃度電位變化 59.16 mV）。