統測
115年
[化工群] 專業科目(2)
第 32 題
受全球經濟等因素的影響，黃金價格走強，仿製品也激增。銅鋅假金是指以黃銅(銅與鋅的合金 ) 製成、外觀極似黃金的仿製品。一銅鋅假金試樣僅由銅與鋅兩元素混合組成，取此假金 1.0 g 以適量鹽酸及添加適當的氧化劑，恰可以完全溶解此銅鋅假金試樣生成含氯化鋅( $\text{ZnCl}_2$ )及氯化銅($\text{CuCl}_2$ ) 的水溶液，並加熱去除過量的氧化劑，再加入純水稀釋水溶液至100mL(甲水溶液)，再繼續進行實驗，下列敘述何者正確？
(原子量：$\text{Cu}=63.5，\text{Zn}=65.4$) (在$25^{\circ}\text{C}$下，已知CuS的$\text{K}_{sp}=3.8\times 10^{-38}，\text{ZnS}$的 $\text{K}_{sp}=4.5\times 10^{-24}$ )
(原子量：$\text{Cu}=63.5，\text{Zn}=65.4$) (在$25^{\circ}\text{C}$下，已知CuS的$\text{K}_{sp}=3.8\times 10^{-38}，\text{ZnS}$的 $\text{K}_{sp}=4.5\times 10^{-24}$ )
- A 在$25^{\circ}\text{C}$下，取1.0mL甲水溶液置於一試管中，滴入2滴濃鹽酸及5滴5% $\text{CH}_3\text{CSNH}_2$，加熱5分鐘後離心，會得到沉澱，所得沉澱中含有CuS黑色固體
- B 若此假金中，銅與鋅的重量百分率濃度相同，則此假金中鋅原子的莫耳數較銅原子的莫耳數為多
- C 此假金經高溫在空氣中完全氧化後的產物仍能保持金色，產物進行硼砂珠試驗，在氧化焰中的顏色為無色
- D 在$25^{\circ}\text{C}$下，取1.0mL甲水溶液置於一試管中，加入1.0mL飽和$\text{NH}_4\text{Cl}_{(aq)}$，再逐滴滴入濃氨水直到水溶液呈鹼性，再滴入 5 滴 5 % $\text{CH}_3\text{CSNH}_2$，加熱 5 分鐘後離心，只會得到黃色固體沉澱
思路引導 VIP
當溶液中同時存在不同金屬離子時，若想利用硫化物沉澱將其分離，溶液的酸鹼性（$\text{pH}$ 值）會如何影響硫離子（$\text{S}^{2-}$）的濃度？而兩者溶度積（$K_{sp}$）的巨大差異又會帶來什麼現象？
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AI 詳解
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恭喜你準確選出正確答案！這題融合了陽離子定性分析與沉澱平衡，是統測中鑑別度極高的經典整合題。
硫化物沉澱與酸鹼性控制
試劑硫乙醯胺（thioacetamide, $\text{CH}3\text{CSNH}2$）水解可提供 $\text{S}^{2-}$。由於 $\text{CuS}$ 的溶度積極小（$K{sp}=3.8\times 10^{-38}$），在酸性環境（加濃鹽酸）下，極低的 $\text{S}^{2-}$ 濃度便足以讓 $\text{Cu}^{2+}$ 沉澱為黑色 $\text{CuS}$；而 $\text{ZnS}$（$K{sp}=4.5\times 10^{-24}$）則需在鹼性環境下才會沉澱，因此(A)完全正確。
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陽離子定性分析
💡 利用硫化物在不同酸鹼值下溶解度的差異來分離金屬離子。
| 比較維度 | 銅離子 (Cu²⁺) | VS | 鋅離子 (Zn²⁺) |
|---|---|---|---|
| 硫化物 Ksp | 極小 (約 10⁻³⁸) | — | 較大 (約 10⁻²⁴) |
| 酸性 + S²⁻ | 產生黑色 CuS 沉澱 | — | 不產生沉澱 |
| 鹼性 + S²⁻ | 產生黑色 CuS 沉澱 | — | 產生白色 ZnS 沉澱 |
| 硼砂珠(氧化焰) | 藍綠色 | — | 無色 |
💬銅離子在酸/鹼性皆可成硫化物沉澱，鋅離子僅在鹼性下沉澱。
