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普考申論題 115年 [化學工程] 分析化學概要

第 二 題

📖 題組:
緩衝溶液在環境分析與化工製程中扮演維持 pH 值穩定的重要角色。
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (二)

在進行酸鹼滴定時,選擇適當的指示劑是減少滴定誤差的關鍵。請說明選擇酸鹼指示劑的一般性原則為何?(10 分)

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本題詢問酸鹼指示劑的選擇原則。思考重點應放在「滴定曲線的特徵」以及「指示劑的變色範圍」。指示劑的目的是透過顏色變化標示當量點,因此其變色範圍(pKa ± 1)必須落在滴定曲線的 pH 突變區間(即當量點附近的陡峭段)內。解釋此原則能突顯對滴定誤差控制的理解。

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【考點分析】 考查酸鹼滴定中指示劑的選擇原理,核心在於如何使「滴定終點」盡可能貼近「當量點」,以最小化滴定誤差。 【理論/法規依據】

小題 (一)

假設有一弱酸 HA(其酸解離常數 Ka = 1.0 × 10^-5)。若將 50 mL 的 0.10 M HA 水溶液與 50 mL 的 0.10 M NaA(弱酸鹽)水溶液均勻混合,請計算此混合溶液的 pH 值。(5 分)

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本題為典型的緩衝溶液 pH 值計算。看到弱酸及其共軛鹼的混合,應立刻聯想到 Henderson-Hasselbalch (H-H) 方程式。計算過程中可先求出兩者的莫耳數,或是觀察到混合後體積加倍,兩者濃度相同且體積相同,所以混合後兩者比例為 1:1。帶入公式即可輕鬆得出 pH = pKa 的結論。

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【考點分析】 考查緩衝溶液的 pH 值計算,主要應用 Henderson-Hasselbalch 方程式處理弱酸及其共軛鹼混合體系。 【理論/法規依據】

小題 (三)

在實務操作上,為何通常會避免使用「弱鹼」來滴定「弱酸」(或是用弱酸滴定弱鹼)?請從滴定曲線的特徵加以解釋。(10 分)

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思考滴定曲線的形狀:當使用弱酸滴定弱鹼時,由於兩者皆為弱電解質,溶液在滴定過程中具有強烈的緩衝作用;而即使達到當量點,由於生成的是容易發生水解的弱酸弱鹼鹽,pH 的變化也極為平緩。這會導致「缺乏明顯的 pH 突變(跳躍)」,進而使任何指示劑都無法產生敏銳的變色,造成極大的誤差。

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【考點分析】 本題考查弱酸與弱鹼之間滴定反應的實務可行性,重點在於分析「弱-弱」滴定體系的滴定曲線特徵與指示劑終點辨識的困難度。 【理論/法規依據】

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