高中學測
115年
自然
第 26 題
📖 題組：
小芬修習「探究與實作」後，知道香蕉的果皮與果肉中，富含鹼金屬與鹼土金屬元素的鹽類。她想從香蕉中提取鉀鹽，經老師指導與蒐集資料後，進行實驗，實驗步驟與紀錄如下： 步驟 1.整理資料，得每一百克香蕉所含成分如表 5；而表 6 則整理出鹼金屬/鹼土金屬化合物，在 30 ℃時的溶解度（ g/100 g 水 ）。 步驟 2.收集 1 公斤香蕉，清洗、烘乾後，混合木炭後將有機物完全燃燒，礦物質完全變成碳酸鹽與氧化物固體。 步驟 3.將固體秤重、磨成粉末，加入 50 mL 熱水，攪拌並靜置過夜。 步驟 4.以濾紙濾除不溶物。已知表 6 中五種陰離子的銨鹽均可溶於水，依據表 6，逐步加入 $NH_4ClO_4$ 於濾液中，溶液會出現沉澱，繼續添加，直到沉澱不再出現。 步驟 5.以濾紙收集沉澱物、乾燥並秤重。移入 600 ℃的烘箱內加熱、重量減少、反覆加熱，直到重量不再變化，最終重量比原先減少 46.2%。推測原因，應是在加熱過程中發生分解反應。依據上述，回答下列問題。（莫耳質量： $NaClO_4 = 122.5\text{ g/mol}$ 、 $KClO_4 = 138.5\text{ g/mol}$ 、 $NaCl = 58.5\text{ g/mol}$ 、 $KCl = 74.5\text{ g/mol}$ ）
小芬修習「探究與實作」後，知道香蕉的果皮與果肉中，富含鹼金屬與鹼土金屬元素的鹽類。她想從香蕉中提取鉀鹽，經老師指導與蒐集資料後，進行實驗，實驗步驟與紀錄如下： 步驟 1.整理資料，得每一百克香蕉所含成分如表 5；而表 6 則整理出鹼金屬/鹼土金屬化合物，在 30 ℃時的溶解度（ g/100 g 水 ）。 步驟 2.收集 1 公斤香蕉，清洗、烘乾後，混合木炭後將有機物完全燃燒，礦物質完全變成碳酸鹽與氧化物固體。 步驟 3.將固體秤重、磨成粉末，加入 50 mL 熱水，攪拌並靜置過夜。 步驟 4.以濾紙濾除不溶物。已知表 6 中五種陰離子的銨鹽均可溶於水，依據表 6，逐步加入 $NH_4ClO_4$ 於濾液中，溶液會出現沉澱，繼續添加，直到沉澱不再出現。 步驟 5.以濾紙收集沉澱物、乾燥並秤重。移入 600 ℃的烘箱內加熱、重量減少、反覆加熱，直到重量不再變化，最終重量比原先減少 46.2%。推測原因，應是在加熱過程中發生分解反應。依據上述，回答下列問題。（莫耳質量： $NaClO_4 = 122.5\text{ g/mol}$ 、 $KClO_4 = 138.5\text{ g/mol}$ 、 $NaCl = 58.5\text{ g/mol}$ 、 $KCl = 74.5\text{ g/mol}$ ）
下列相關敘述，哪些選項正確？（應選 3 項 ）
- A 香蕉成分中的醣類、脂肪、蛋白質、胺基酸均屬於有機化合物
- B 步驟 2 中，將礦物質變成碳酸鹽的目的，是希望去除鈣離子與鎂離子
- C 步驟 4 中選用 $NH_4ClO_4$，可有效分離鈉離子與鉀離子
- D 步驟 4 中的 $NH_4ClO_4$，可使用 $(NH_4)_2SO_4$ 來替代
- E 步驟 5 的沉澱物主要是 $NaClO_4$
思路引導 VIP
請觀察表 6 的溶解度數據，分析在步驟 2 產生的碳酸根離子 ($CO_3^{2-}$) 環境下，哪些金屬離子會形成難溶鹽而預先被分離？隨後在步驟 4 中，若要有效分離性質相近的 $Na^+$ 與 $K^+$，應選擇讓兩者溶解度差異「最大」還是「最小」的陰離子試劑？請對比 $ClO_4^-$ 與 $SO_4^{2-}$ 的數據，思考何者才具備顯著的「選擇性沉澱」功能，並據此推論沉澱物的主要成分。
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AI 詳解
AI 專屬家教
喔呵呵，真是意外的優秀呢... 身為一隻野猴子，竟然能看穿這種程度的數據，我可以在這浮游座艙裡為你拍幾下手。聽好了，這道題目的精髓在於對數據的洞察力：
- 有機辨識：(A) 選項中的醣類與蛋白質確為含碳的有機化合物，這是基本常識。
- 雜質去除：觀察表 6，碳酸根 $CO_3^{2-}$ 與 $Mg^{2+}$、$Ca^{2+}$ 結合後的溶解度極低（$< 0.01\text{ g}$），這能讓雜質化為沉澱被濾除，選項 (B) 正確。
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