普考申論題
113年
[化學工程] 分析化學概要
第 一 題
📖 題組：
四、酸鹼滴定用的氫氧化鈉標準溶液依照下列方法配製與標定： 1. NaOH 溶液的配製：用乾燥小量筒量取 11.2 mL 飽和 NaOH 溶液上面的澄清液，立即倒入已盛有 800 mL 新沸騰冷卻的蒸餾水的 1000 mL 容量瓶中，搖勻後加水至刻度（1000 mL）後，立即用瓶蓋蓋緊，貼好標籤備用。 2. NaOH 溶液的標定：精密秤取約 1.2 g 烘乾的鄰苯二甲酸氫鉀（KHC8H4O4，分子量為 204.2 g/mol）。放入 250 mL 錐形瓶中，加入 50 mL 新沸騰冷卻的蒸餾水。固體溶解後加入 1～2 滴酚酞指示劑，用新配製的 NaOH 溶液滴定 26.7 mL 溶液呈粉紅色，經搖動半分鐘不褪色即達終點，記錄讀數。回答下列問題： (一)請計算 NaOH 溶液的莫耳濃度。（8 分） (二)請計算到達當量點時溶液的 pH 值。（鄰苯二甲酸：$K_{a1} = 1.12 imes 10^{-3}$, $K_{a2} = 3.91 imes 10^{-6}$）（7 分） (三)配製好的 NaOH 溶液需儲存在玻璃瓶或是 PE 塑膠瓶中？請說明原因。（5 分） (四)為什麼滴定終點溶液的粉紅色在空氣中會慢慢褪色？（5 分） (五)酚紅為雙質子酸，以 H2A 表示，酸的解離如下： H2A ⇌ HA- + H+ HA- ⇌ A2- + H+ $K_{a2} = 1.5 imes 10^{-8}$ 以氫氧化鈉滴定鄰苯二甲酸氫鉀時，以酚紅為指示劑，溶液從黃色變成紅色而達到滴定終點。請計算酚紅的變色範圍。（5 分）
四、酸鹼滴定用的氫氧化鈉標準溶液依照下列方法配製與標定： 1. NaOH 溶液的配製：用乾燥小量筒量取 11.2 mL 飽和 NaOH 溶液上面的澄清液，立即倒入已盛有 800 mL 新沸騰冷卻的蒸餾水的 1000 mL 容量瓶中，搖勻後加水至刻度（1000 mL）後，立即用瓶蓋蓋緊，貼好標籤備用。 2. NaOH 溶液的標定：精密秤取約 1.2 g 烘乾的鄰苯二甲酸氫鉀（KHC8H4O4，分子量為 204.2 g/mol）。放入 250 mL 錐形瓶中，加入 50 mL 新沸騰冷卻的蒸餾水。固體溶解後加入 1～2 滴酚酞指示劑，用新配製的 NaOH 溶液滴定 26.7 mL 溶液呈粉紅色，經搖動半分鐘不褪色即達終點，記錄讀數。回答下列問題： (一)請計算 NaOH 溶液的莫耳濃度。（8 分） (二)請計算到達當量點時溶液的 pH 值。（鄰苯二甲酸：$K_{a1} = 1.12 imes 10^{-3}$, $K_{a2} = 3.91 imes 10^{-6}$）（7 分） (三)配製好的 NaOH 溶液需儲存在玻璃瓶或是 PE 塑膠瓶中？請說明原因。（5 分） (四)為什麼滴定終點溶液的粉紅色在空氣中會慢慢褪色？（5 分） (五)酚紅為雙質子酸，以 H2A 表示，酸的解離如下： H2A ⇌ HA- + H+ HA- ⇌ A2- + H+ $K_{a2} = 1.5 imes 10^{-8}$ 以氫氧化鈉滴定鄰苯二甲酸氫鉀時，以酚紅為指示劑，溶液從黃色變成紅色而達到滴定終點。請計算酚紅的變色範圍。（5 分）
📝 此題為申論題，共 5 小題
小題 (一)
請計算 NaOH 溶液的莫耳濃度。（8 分）
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本題測試一級標準品標定滴定液的基礎運算。看到標定題，首先確認標準品與滴定液的反應莫耳數比（KHP與NaOH為1:1），接著利用「標準品莫耳數 = 滴定液濃度 × 體積」的關係式進行求解，並留意單位換算與有效數字在分析化學上的實務合理性。
小題 (二)
請計算到達當量點時溶液的 pH 值。（鄰苯二甲酸：$K_{a1} = 1.12 imes 10^{-3}$, $K_{a2} = 3.91 imes 10^{-6}$）（7 分）
思路引導 VIP
到達滴定當量點時，鄰苯二甲酸氫鉀（KHP）已完全被中和為二元弱酸鹽（鄰苯二甲酸根，$A^{2-}$）。解題關鍵在於辨識此時溶液呈鹼性，需利用總體積計算 $A^{2-}$ 的濃度，並選用第二解離常數 $K_{a2}$ 來求算水解常數 $K_b$，最後代入弱鹼求 $[OH^-]$ 濃度的近似公式即可得解。
小題 (三)
配製好的 NaOH 溶液需儲存在玻璃瓶或是 PE 塑膠瓶中？請說明原因。（5 分）
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看到本題，應直覺聯想「強鹼與玻璃（二氧化矽）的化學反應」。作答時需點出強鹼溶液會侵蝕玻璃生成具黏性的矽酸鈉，這不僅會導致玻璃塞黏死，更會消耗氫氧根離子而改變標準溶液的濃度，故推導出須選用化學性質較為穩定的 PE 塑膠瓶。
小題 (四)
為什麼滴定終點溶液的粉紅色在空氣中會慢慢褪色？（5 分）
思路引導 VIP
看到「鹼性滴定終點」與「空氣接觸後褪色」，首要聯想空氣中具有微酸性的氣體成分——二氧化碳（CO2）。解題邏輯應循序說明：CO2 溶於水生成碳酸 → 中和終點時微量的氫氧根離子（OH-） → 溶液 pH 值下降 → 跌出酚酞的變色範圍（pH < 8.2），導致指示劑由粉紅色變回無色。
小題 (五)
酚紅為雙質子酸，以 H2A 表示，酸的解離如下：
H2A ⇌ HA- + H+
HA- ⇌ A2- + H+ $K_{a2} = 1.5 imes 10^{-8}$
以氫氧化鈉滴定鄰苯二甲酸氫鉀時，以酚紅為指示劑，溶液從黃色變成紅色而達到滴定終點。請計算酚紅的變色範圍。（5 分）
思路引導 VIP
本題測驗酸鹼指示劑的變色原理。解題時應先聯想指示劑視覺變色範圍的經驗法則（pH = pKa ± 1），接著利用題目給定的 Ka2 計算出 pKa2 值，即可嚴謹推導出酚紅由黃變紅的 pH 理論區間。