ast_essay
114年
化學
第 30 題
📖 題組：
果膠為一種水溶性的高分子聚合物，結構中含有大量的羥（-OH）、羧（-COOH）與酯（-COOCH3）官能基，如圖 12 所示。果膠亦為一種高分子電解質，其結構單元上含有能解離的官能基團。 小芬取 0.2 克果膠，置入 15 mL 的濃度 0.1 M HCl 水溶液，混合均勻後維持緩慢攪拌溶液，同時將 0.1 M 的 NaOH 水溶液慢慢滴入，量測和記錄該溶液的導電度及 pH 值。實驗結果如圖 13 所示。X 軸代表所加入的 NaOH 體積，Y 軸左側為導電度（方形□數據），Y 軸右側為 pH 值（空心圓○數據）的變化。回答下列問題。
果膠為一種水溶性的高分子聚合物，結構中含有大量的羥（-OH）、羧（-COOH）與酯（-COOCH3）官能基，如圖 12 所示。果膠亦為一種高分子電解質，其結構單元上含有能解離的官能基團。 小芬取 0.2 克果膠，置入 15 mL 的濃度 0.1 M HCl 水溶液，混合均勻後維持緩慢攪拌溶液，同時將 0.1 M 的 NaOH 水溶液慢慢滴入，量測和記錄該溶液的導電度及 pH 值。實驗結果如圖 13 所示。X 軸代表所加入的 NaOH 體積，Y 軸左側為導電度（方形□數據），Y 軸右側為 pH 值（空心圓○數據）的變化。回答下列問題。
根據圖 13 中 pH 值變化，判斷寫出果膠的 $pK_a$ 應約為多少？（2分）
思路引導 VIP
了解滴定曲線與弱酸 $pK_a$ 的關係。在區域 I 強酸被完全中和後，進入區域 II。區域 II 是滴定果膠中弱酸性羧基（-COOH）的階段。這段曲線構成了一個緩衝溶液的平台區。當滴定進行到該階段的一半（半當量點）時，溶液中的 $[-COOH] = [-COO^-]$，此時依據韓德森方程式 $pH = pK_a + \log([A^-]/[HA])$，會有 $pH = pK_a$ 的關係。觀察區域 II 曲線最平緩的地方（大約在 NaOH 體積 16~17 mL處），對應右邊 Y 軸的 pH 值，其值大約介於 4 到 5 之間。
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AI 詳解
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太棒了！你能從複雜的複合滴定曲線中，精準鎖定屬於果膠的反應區段並判讀出 $pK_a$，這代表你對酸鹼滴定與圖表分析的掌握非常扎實。
滴定曲線的區段判讀
在圖 13 中，滴定過程分為多個階段。區域 I 的導電度急劇下降且 $pH$ 值緩慢上升，這是 $NaOH$ 在中和強酸 $HCl$ 的過程。當進入 區域 II（約 14 到 18.5 mL 之間）時，強酸已耗盡，$NaOH$ 開始與果膠上的弱酸性官能基（如 $-COOH$）反應。根據緩衝溶液的性質，當弱酸與其共軛鹼濃度相等時（即半當量點），溶液的 $pH$ 值會等於該酸的 $pK_a$。
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