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地特三等申論題 114年 [環境檢驗] 分析化學

第 一 題

📖 題組:
EDTA 為使用最廣泛的螯合劑,在 pH=5 時,使用 0.04 M EDTA 滴定 25.0 mL 0.08 M Cu(NO3)2 的溶液。(Kf = 1018.78; αY4−=2.9×10−7) 請回答下列問題:(每小題 5 分,共 20 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

當 20 及 40 mL 滴定劑滴入時,pCu2+值分別為何?

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這是 EDTA 絡合滴定題。第一步必作準備工作:求出當量點體積(V_eq)及條件形成常數(K_f')。Cu初莫耳數 = 25*0.08 = 2.0 mmol;EDTA濃度 0.04M。V_eq = 2.0 / 0.04 = 50 mL。K_f' = K_f * α_Y4-。此題要求 20mL 與 40mL 處的 pCu,這兩點均在當量點(50mL)之前。此時 Cu2+ 過量,直接計算未反應的 Cu2+ 濃度即可,絡合物解離產生的微量 Cu2+ 可忽略。公式:[Cu2+] = (初始莫耳數 - 滴加莫耳數) / 總體積。最後取 -log。

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【考點分析】 本題測驗 EDTA 錯合物滴定中,當量點前(Pre-equivalence point)金屬離子濃度的計算。核心概念在於當金屬離子過量時,直接以未反應的金屬離子毫莫耳數除以總體積即可。 【理論/法規依據】

小題 (二)

當 49 及 50 mL 滴定劑滴入時,pCu2+值分別為何?

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49 mL 非常接近當量點(但仍在當量點前),作法與上一題相同(用剩餘量計算)。50 mL 剛好是當量點,此處是考題精華所在。當量點時,所有金屬與 EDTA 幾乎全轉為絡合物 CuY,此時的微量游離 [Cu2+] 必須由條件形成常數 K_f' 逆向解離平衡來計算。先求條件常數 K_f' = α * K_f。接著設 [Cu2+] = [EDTA] = x,[CuY] = 總莫耳數/總體積。代入 K_f' = [CuY] / (x*x) 解出 x,再取 -log。

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【考點分析】 測驗滴定終點附近及「當量點(Equivalence point)」的金屬離子濃度計算。當量點時必須考量條件形成常數(Conditional Formation Constant, $K_f'$)的解離平衡。 【理論/法規依據】

小題 (三)

當 51 及 55 mL 滴定劑滴入時,pCu2+值分別為何?

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51 mL 與 55 mL 均已越過當量點(50mL),屬於「滴定劑(EDTA)過量區」。這時體系中絕大部分金屬都已變成絡合物 CuY,且有過量未反應的 EDTA (Y')。此時可視 [CuY] 為常數(用初始莫耳數/總體積),[Y'] = 過量的莫耳數/總體積。然後再利用 K_f' = [CuY] / ([Cu2+][Y']) 反推極微量的 [Cu2+]。取 -log 即為答案。

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【考點分析】 測驗當量點後(Post-equivalence point)之計算。當 EDTA 過量時,金屬離子濃度受到過量配位子及條件形成常數的強烈壓制(共同離子效應)。 【理論/法規依據】

小題 (四)

請畫出 pCu2+值對滴定劑體積之圖形。

思路引導 VIP

這題是將前面(一)到(三)計算的成果視覺化。Y軸為 pCu,X軸為 EDTA 體積。起始點(0mL) pCu為 -log(0.08) = 1.1。隨著滴定進行,pCu 緩慢上升(20mL:1.57, 40mL:2.21, 49mL:3.27)。在當量點(50mL)時急遽躍升至 6.91。過當量點後進入另一平緩區(51mL:10.54, 55mL:11.24)。畫出一個標準的 S 型突躍滴定曲線即可。

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【考點分析】 測驗考生對於錯合滴定曲線整體輪廓的掌握度,需要標出當量點突躍(Jump)的位置與範圍。 【理論/法規依據】

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