高考申論題
114年
[環境檢驗] 分析化學
第 一 題
📖 題組：
磷酸緩衝溶液含 0.10 M KH2PO4 以及 0.050 M Na2HPO4，H3PO4 之 Ka=7.11×10-3；H2PO4-之 Ka =6.32×10-8；HPO42-之 Ka=4.5×10-13。
磷酸緩衝溶液含 0.10 M KH2PO4 以及 0.050 M Na2HPO4，H3PO4 之 Ka=7.11×10-3；H2PO4-之 Ka =6.32×10-8；HPO42-之 Ka=4.5×10-13。
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
此緩衝溶液中存在各種離子或多質子酸，寫出此緩衝溶液中存在的四項酸鹼化學平衡式，其中那一項為主要化學平衡式？（6 分）
思路引導 VIP
面對多質子酸緩衝溶液題型，應首先盤點系統內所有可能的物種，並寫出對應的逐步解離與水的自解離方程式。接著，根據題目給定的初始高濃度物種（共軛酸鹼對），利用緩衝系統特性，即可精準鎖定決定系統 pH 值的主要平衡式。
小題 (二)
列出此緩衝溶液之正負電荷平衡式（charge balance equation）及磷酸離子總質量平衡式（mass balance equation）。列出可忽略之微量濃度並計算主要離子濃度。（8 分）
思路引導 VIP
面對複雜水溶液平衡題，首要步驟是列舉系統內所有物種，並依據『電中性原理』與『原子不滅定律』分別寫出電荷平衡式(CBE)與質量平衡式(MBE)。接著，利用緩衝溶液的特性（由共軛酸鹼對主導平衡），代入平衡常數求出近似 [H+]，藉由數量級比較刪去微量物種，以大幅簡化數學運算並求出主要離子濃度。
小題 (三)
依(二)所得濃度計算溶液的 pH 值。（3 分）
思路引導 VIP
看到緩衝溶液的 pH 計算題，應立即聯想到 Henderson-Hasselbalch 方程式。解題核心在於正確判斷溶液中的共軛酸鹼對（H2PO4- 與 HPO42-），並精準選用對應的解離常數（Ka2）。最後需注意計算過程中的對數運算與有效數字進位規則。
小題 (四)
在 0.10 L 的此緩衝溶液中加入 5.0 mL 的 0.20 M HCl 計算溶液的 pH 值。（8 分）
思路引導 VIP
本題為典型緩衝溶液加酸的計算。解題時應先求出緩衝對（H2PO4- 與 HPO42-）及所加強酸的初始莫耳數，判斷強酸與共軛鹼完全反應後的新莫耳數，最後代入韓德森-哈塞爾巴爾赫（Henderson-Hasselbalch）方程式計算最終 pH 值。需特別注意選擇正確的解離常數（Ka2）。