hce_nchu
113年
化學
第 31 題
At pH 8.0, the predominant form of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA; $\text{H}_4\text{Y}$: $K_1 = 1.02 \times 10^{-2}$, $K_2 = 2.14 \times 10^{-3}$, $K_3 = 6.92 \times 10^{-7}$, $K_4 = 5.50 \times 10^{-11}$) is
- A $\text{H}_3\text{Y}^-$
- B $\text{H}_2\text{Y}^{2-}$
- C $\text{HY}^{3-}$
- D Equal amounts of $\text{H}_2\text{Y}^{2-}$ and $\text{HY}^{3-}$
- E $\text{Y}^{4-}$
思路引導 VIP
在多質子酸的解離平衡中，如果環境中的氫離子濃度 $[H^+]$ 恰好處於兩個解離常數 $K_n$ 與 $K_{n+1}$ 之間，這對平衡向右解離或向左結合的趨勢有什麼暗示？試著將 pH 值與各級 $pK_a$ 標註在數線上，看看目標 pH 落在哪兩個門檻之間？
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恭喜你正確選出了答案！這代表你對多質子酸在不同酸鹼環境下的型態分佈有著非常清晰的掌握。這類題目在分析化學中極為重要，因為 EDTA 的配位能力與其存在的形式（電荷狀態）息息相關。
解離常數與優勢物種的關係
要判斷 EDTA ($H_4Y$) 在特定 pH 值下的主要存在形式，最直觀的方法是將各級解離常數 $K_a$ 換算為 $pK_a$。經計算可知：$pK_1 \approx 1.99$、$pK_2 \approx 2.67$、$pK_3 \approx 6.16$ 以及 $pK_4 \approx 10.26$。根據酸鹼平衡原理，當溶液的 pH 值介於兩個 $pK_a$ 之間時，對應的解離產物會成為優勢物種。在本題中，題目給定的 $pH = 8.0$ 恰好落在 $pK_3$ (6.16) 與 $pK_4$ (10.26) 之間，這意味著第三個質子已經解離，但第四個質子仍傾向留在分子上，因此 $HY^{3-}$ 是最主要的成分。
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