地特三等申論題
114年
[化學工程] 化學程序工業(包括質能均衡、分析化學、儀器分析)
第 一 題
📖 題組：
A廠商購買一批原料，只知原料中可能含有Na2CO3（分子量為106.0 g/mol）、NaHCO3（分子量為 84.0 g/mol）及 NaOH（分子量為 40.0 g/mol）。以雙指示劑滴定法分析，使用 0.10 M 的 HCl 溶液為滴定液。取試樣 1.0 g 溶於25 mL 水中，當滴定達到酚酞（phenolphthalein）終點時須 HCl 溶液 18 mL。另取試樣 1.0 g 溶於 25 mL 水中，當滴定達到溴甲酚綠（bromocresol green）終點時須 HCl 溶液 41 mL。（指示劑變色範圍：酚酞 pH 8.3-10.0，溴甲酚綠pH 3.8-5.4）
A廠商購買一批原料，只知原料中可能含有Na2CO3（分子量為106.0 g/mol）、NaHCO3（分子量為 84.0 g/mol）及 NaOH（分子量為 40.0 g/mol）。以雙指示劑滴定法分析，使用 0.10 M 的 HCl 溶液為滴定液。取試樣 1.0 g 溶於25 mL 水中，當滴定達到酚酞（phenolphthalein）終點時須 HCl 溶液 18 mL。另取試樣 1.0 g 溶於 25 mL 水中，當滴定達到溴甲酚綠（bromocresol green）終點時須 HCl 溶液 41 mL。（指示劑變色範圍：酚酞 pH 8.3-10.0，溴甲酚綠pH 3.8-5.4）
📝 此題為申論題，共 3 小題
小題 (一)
請說明此藥品中的組成為何？（6 分）
思路引導 VIP
本題為經典的「沃德法 (Wardar method) 雙指示劑混合鹼滴定」。第一步要搞懂兩個指示劑對應的反應：
- 酚酞終點 (pH~8.3)：消耗體積 $V_1 = 18$ mL。代表強鹼 NaOH 滴定完畢，且碳酸鈉 ($Na_2CO_3$) 剛好滴定一半變成碳酸氫鈉 ($NaHCO_3$)。
小題 (二)
請計算各成分的組成百分率為何？（10 分）
思路引導 VIP
延續(一)的判定，藥品為 $Na_2CO_3$ 與 $NaHCO_3$。
- 計算 $Na_2CO_3$：其半反應消耗的酸為 $V_P = 18$ mL。莫耳數 = $M_{HCl} \times V_P$。算出的莫耳數乘上分子量(106)即為 $Na_2CO_3$ 重量。
小題 (三)
以溴甲酚綠為指示劑，溶液從藍色變成黃色而達到滴定終點。在到達滴定終點前溶液呈現綠色時，須將溶液加熱至沸騰，待冷卻後再繼續滴定至滴定終點。當溶液加熱至沸騰後呈現藍色，請說明溶液呈現藍色的原因。（4 分）
思路引導 VIP
此題測驗分析化學實務中的「煮沸趕氣法」。碳酸鹽滴定過程中會產生二氧化碳($CO_2$)氣體。二氧化碳溶於水形成碳酸($H_2CO_3$)，會讓溶液呈現弱酸性，使指示劑提早變色(到達過渡色綠色，甚至黃色)，造成滴定終點提前的誤差。加熱沸騰的目的是趕走溶解的 $CO_2$。$CO_2$ 揮發後，溶液酸性減弱、pH值回升變回微鹼性，因此溴甲酚綠就變回了其鹼性型態的顏色（藍色），使得後續滴定能達到真正的化學當量點。