高考申論題
113年
[化學安全] 環境化學(含分析化學)
第 一 題
📖 題組：
重金屬離子常與水溶液中的陰離子形成錯合物，請回答以下關於錯合的相關問題： (一)金屬陽離子與陰離子的錯合反應是一種路易式酸鹼（Lewis acid-Lewis base）作用的反應，請問何者為鹼？何者為酸？（4 分） (二)請依序排列 HCO3-、NO3-與 NH3 對 Cu2+的錯合能力，並從各物種的 pKa 或 pKb 解釋你的答案。（9 分）（H2CO3 pKa=6.4, HCO3- pKa=10.3, HNO3 pKa=-1.4, NH3 pKb=4.75） (三)請問相較於原先的金屬離子，金屬錯合物的還原電位會提高還是降低？請說明你的原因。（6 分） (四)根據以下方程式與形成常數（formation constant, Kf），Cu(CN)42-還是 Cu(NH3)42+錯合物的還原電位比較高？請解釋你的答案。（6 分） Cu2++4CN-↔Cu(CN)42- Kf =1.0×10^25 Cu2++4NH3↔Cu(NH3)42+ Kf =5.0×10^13
重金屬離子常與水溶液中的陰離子形成錯合物，請回答以下關於錯合的相關問題： (一)金屬陽離子與陰離子的錯合反應是一種路易式酸鹼（Lewis acid-Lewis base）作用的反應，請問何者為鹼？何者為酸？（4 分） (二)請依序排列 HCO3-、NO3-與 NH3 對 Cu2+的錯合能力，並從各物種的 pKa 或 pKb 解釋你的答案。（9 分）（H2CO3 pKa=6.4, HCO3- pKa=10.3, HNO3 pKa=-1.4, NH3 pKb=4.75） (三)請問相較於原先的金屬離子，金屬錯合物的還原電位會提高還是降低？請說明你的原因。（6 分） (四)根據以下方程式與形成常數（formation constant, Kf），Cu(CN)42-還是 Cu(NH3)42+錯合物的還原電位比較高？請解釋你的答案。（6 分） Cu2++4CN-↔Cu(CN)42- Kf =1.0×10^25 Cu2++4NH3↔Cu(NH3)42+ Kf =5.0×10^13
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
金屬陽離子與陰離子的錯合反應是一種路易式酸鹼（Lewis acid-Lewis base）作用的反應，請問何者為鹼？何者為酸？（4 分）
思路引導 VIP
作答時先回想路易斯酸鹼（Lewis acid-base）的定義，即「電子對」的提供與接受關係。接著分析在錯合反應中，金屬陽離子（缺電子有空軌域）與陰離子（具孤對電子）的角色，即可準確對應何者為酸、何者為鹼。
小題 (二)
請依序排列 HCO3-、NO3-與 NH3 對 Cu2+的錯合能力，並從各物種的 pKa 或 pKb 解釋你的答案。（9 分）（H2CO3 pKa=6.4, HCO3- pKa=10.3, HNO3 pKa=-1.4, NH3 pKb=4.75）
思路引導 VIP
本題測驗「路易斯酸鹼理論」與「布-洛酸鹼強度」的關聯。解題關鍵是理解配基的錯合能力（提供電子對的能力）與其鹼性強度（接受質子的能力）呈正相關，因此將各物種統一轉換為 pKb 或其共軛酸的 pKa 進行鹼性強度比較即可得出答案。
小題 (三)
請問相較於原先的金屬離子，金屬錯合物的還原電位會提高還是降低？請說明你的原因。（6 分）
思路引導 VIP
這題考查熱力學與電化學的結合。首先聯想能斯特方程式（Nernst equation）或錯合物形成常數（Kf），思考金屬離子被配基包圍後穩定度提高，穩定度上升意味著越難被還原（接受電子），從而推導出還原電位降低的結論。
小題 (四)
根據以下方程式與形成常數（formation constant, Kf），Cu(CN)42-還是 Cu(NH3)42+錯合物的還原電位比較高？請解釋你的答案。（6 分）
Cu2++4CN-↔Cu(CN)42- Kf =1.0×10^25
Cu2++4NH3↔Cu(NH3)42+ Kf =5.0×10^13
思路引導 VIP
解題核心在於連結「錯合物形成常數 (Kf)」與「能斯特方程式 (Nernst equation)」。Kf 越大代表錯合物越穩定，游離態金屬離子濃度越低；游離態金屬離子濃度越低，根據能斯特方程式，其還原電位下降的幅度就越大。找出 Kf 較小者，即為還原電位較高者。