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moea_joint_essay 112年 [化學] 分析化學、儀器分析

第 二 題

📖 題組:
H3PO4為三質子酸,其在水中解離可分成下列3個階段,解離常數分別為Ka1、Ka2及Ka3。(3 題,每題 5 分,共 15 分) H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4- Ka1 = 1.1 × 10^-2 H2PO4- ⇌ H+ + HPO42- Ka2 = 7.5 × 10^-8 HPO42- ⇌ H+ + PO43- Ka3 = 4.8 × 10^-13 請計算下列溶液中氫離子濃度[H+]分別為多少體積莫耳濃度(M) (以科學記號 a×10^n表示,a 計算至小數點後第 2 位,以下四捨五入)?
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (二)

0.100 M 之 Na3PO4水溶液。

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磷酸鈉為弱鹼,第一段水解受 K_b1 控制。求得氫氧根濃度後再換算氫離子濃度。

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$\text{Na}_3\text{PO}_4$ 溶液呈鹼性,主要受第一級水解反應主導: $\text{PO}_4^{3-} + \text{H}2\text{O} \rightleftharpoons \text{HPO}4^{2-} + \text{OH}^-$ $K{b1} = \frac{K_w}{K{a3}} = \frac{1.0 \times 10^{-14}}{4.8 \times 10^{-13}} = 2.083 \times 10^{-2}$

小題 (一)

0.100 M 之 H3PO4水溶液。

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磷酸的第一解離常數相當大,不能省略解離度,必須用二次方程式精確計算。

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對於 0.100 M 的 $\text{H}_3\text{PO}4$,因 $K{a1}$ 較大,主導氫離子的產生,且無法忽略解離掉的量: $\text{H}_3\text{PO}_4 \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{H}_2\text{PO}_4^-$ 設解離量為 $x$,則 $[\text{H}^+] = x$、$[{\text{H}_2\text{PO}_4}^-] = x$、$[\text{H}_3\text{PO}_4] = 0.100 - x$。

小題 (三)

0.200M 之 H3PO4及 0.150M 之 KH2PO4混合水溶液。

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此為含有 H3PO4 與 H2PO4- 的緩衝溶液。因為 Ka1 較大,精算時不可直接帶入緩衝公式,應使用質量平衡展開二次方程式計算。

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此為 $\text{H}_3\text{PO}_4/\text{H}_2\text{PO}4^-$ 緩衝溶液。因 $K{a1}$ 較大不能忽略解離造成的濃度變化,設額外解離的量為 $x$(即 $[\text{H}^+] = x$): $[\text{H}_3\text{PO}_4] = 0.200 - x$ $[\text{H}_2\text{PO}_4^-] = 0.150 + x$

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