化學工程 108 年分析化學概要考古題

下列為實驗室中常見的五種玻璃器皿。根據所示，回答下列問題： 由編號(A)至(E)，依序寫出各器皿的正確中文名稱。次序錯誤，不予計分。 （5 分） 可藉由那幾個器皿精準量得50.00 mL 蒸餾水？寫出其正確名稱或編 號。（5 分） 為何其他器皿無法達到上述目的？詳述原因。（5 分） 若欲配製50.00 mL、0.10 M 的硝酸銀溶液，需多少克硝酸銀（式量 170.0）？詳述計算過程。（5 分） (A) (B) (C) (D) (E)

某生以一張秤量紙盛取硝酸銀(AgNO3，式量：170)，秤得總重量為0.271 (±0.001)克。他另以一只圓底燒杯量取蒸餾水，溶解所得硝酸銀。根據 所述，回答下列問題： 若秤量紙的重量為0.101 (± 0.002)克，而硝酸銀的淨重為W (±Δ W)克，則 W 與Δ W 的數值各為何？估計之，並詳述計算過程，已知若z = f(x,y)， 則(Δ z)2 = ( ∂z ∂x)2(Δ x)2 + ( ∂z ∂y)2(Δ y)2，其中Δ z、Δ x 與Δ y 分別代表z、x 與y 的標準偏差（standard deviation）。（5 分） 已知上述圓底燒杯底部半徑為2.0 (±0.1)公分，蒸餾水在杯中的深度為 50.0 (± 0.1)公分。若燒杯內蒸餾水的體積為V (±Δ V)公升，則V 與Δ V 的數值各為何？估計之，並詳述計算過程，假設玻璃杯厚度可忽略不 計。（10 分） 若所配製出的硝酸銀溶液的體積莫耳濃度為m (±Δ m) mol/L，則m 與 Δ m 的數值各為何？估計之，並詳述計算過程，假設硝酸銀完全溶解， 且溶液體積無明顯變化。（5 分）

下圖所示為以0.10 M 的NaOH 溶液滴定25.00 mL 某醋酸溶液時所得的滴 定曲線。根據所示，回答下列問題： 該醋酸溶液在滴定前的濃度為多少M？詳述計算過程。（5 分） 該醋酸溶液在滴定前的pH 值為何？詳述計算過程；數值估計至小數點 以下第二位。（10 分） 若欲調整一公升0.10 M NaOH 溶液的pH 值，使其恰等於5.0，則須在 其中加入多少公升濃度為0.20 M 的醋酸？詳述計算過程。（10 分）

下圖為以0.010 M KOH 滴定20.00 mL、0.010 M 某單質子酸(簡稱HA) 時所得到的濃度分布圖，其中橫軸為滴定過程中溶液的pH 值，而縱軸 為所對應的[A-]與[HA]的比值的對數函數(log{ [A-] [HA]})。根據所述，回答下 列問題： 0 1 2

鹽酸、硝酸鉀、硝酸銀、鉻酸鉀、碘與澱粉是實驗室中常見的化學試劑。 根據所列，回答下列問題： 若欲檢測未知物中是否含有碳酸根離子，則除硝酸銀外，那一個最適合 作為檢驗試劑？寫出其名稱及所涉及的淨離子反應式。（5 分） 若欲檢測未知物中是否含有鉛離子，則除鹽酸外，那一個最適合作為檢 驗試劑？寫出其名稱及所涉及的淨離子反應式。（5 分） 若欲精準得知食鹽水中氯化鈉的含量，則應以那兩個試劑相互配合，才 能達成目的？寫出二者的名稱，並詳述分析依據與所涉及的淨離子反應 式。（10 分）

若在一只培養皿中加入碘化鉀溶液以及數滴無色酚酞溶液後，再以兩支鉛 筆芯與一個6-V 直流電池對其進行電解，則在培養皿右上方的筆芯周圍會 顯現粉紅色，而在左下方的筆芯周圍，會顯現黃褐色，如下圖所示。根據 所述，回答下列問題： 電解時，在粉紅色區域主要產生何種物質？寫出其名稱及所涉及的半反 應式。係數須平衡，並以最小整數比表示。（5 分） 電解時，在黃褐色區域主要產生何種物質？寫出其名稱及所涉及的半反 應式。係數須平衡，並以最小整數比表示。（5 分） 若將鹽酸、硝酸銀、硝酸鉀、鉻酸鉀、氫氧化鉀、酚酞、碘或澱粉，滴 入黃褐色區域內，則那一個可使其顏色迅速褪去？寫出其名稱，並詳述 理由。（5 分）

根據下列實驗步驟與結果，回答相關問題： 步驟I：於一支試管中加入十毫升0.01 M 的硫酸銅溶液後，再加入5 g 氯 化鈉。原有澄清藍色溶液瞬間變成綠色。 步驟II：停止添加氯化鈉，改滴入6 M 氨水。試管內溶液逐漸由綠色變成 深藍色。 為何硫酸銅溶液加入氯化鈉後，其顏色會由藍色變成綠色？詳述可能發 生的反應，並以淨離子反應式表示，其中係數須平衡，並以最小整數比 表示。（10 分） 為何綠色的硫酸銅與氯化鈉混合溶液加入氨水後，溶液顏色又逐漸由綠 色變成深藍色？詳述可能發生的反應，並以淨離子反應式表示，其中係 數須平衡，並以最小整數比表示。（10 分）

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 log{[A -]/[HA]} pH 44930 6 7

9 10 11 12 13 14 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 log (S) pH 在滴定前，該HA 溶液的pH 值為何？估計之，並詳述計算過程。（10 分） 若欲讓該溶液中的 [A-] [HA]恰等於1.0，則須加入多少毫升0.010 M 的 KOH？估計之，並詳述計算過程。（5 分） 已知KA 是HA 與KOH 的產物，若欲以1.0 M KA 與1.0 M HCl 配製 出pH 6.0 的溶液，則二者體積的比值（ VKA VHCl）應為何？估計其數值，並 詳述計算過程，其中VKA 與VHCl 分別代表KA 與HCl 的體積。（5 分） 三、已知Ni(OH)2、Mg(OH)2 與Ca(OH)2 在水中會進行下列解離反應： Ni(OH)2(s) ⇌ Ni2+(aq) + 2OH-(aq)，Ksp,1 Mg(OH)2(s) ⇌ Mg2+(aq) + 2OH- (aq)，Ksp,2 Ca(OH)2(s) ⇌ Ca2+(aq) + 2OH-(aq)，Ksp,3 實驗顯示三者的溶解度(簡稱S，單位：mol/L)會隨水中pH 值增加而降低， 如下圖所示，其中縱軸為S 的對數函數值(log(S))。已知Ksp,1 < Ksp,2 < Ksp,3， 根據所述，回答下列問題： 估計Ca(OH)2 在pH 5.0 溶液中的S 值，並詳述計算過程。（10 分） 估計Ni(OH)2 在pH 13.0 溶液中的S 值，並詳述計算過程。（10 分） 現有一固體混合物，內含Ca(OH)2、Mg(OH)2 與Ni(OH)2 各0.10 莫耳， 被置於1.00 公升的純水中。若欲藉由pH 值調整與過濾技巧，將三者 中的兩個同時從溶液中「完全過濾分離」，則溶液的pH 值應調整至那 一範圍才能達到預期目的？並詳述分離邏輯，其中體積變化可忽略不 計。已知「完全過濾分離」的定義是被過濾分離者，其在溶液中的殘 餘量須小於或至多等於原有量的千分之一。（5 分） 承子題，若欲藉由相似方法，繼續將兩個沉澱物予以分離，則應將 其置於一公升何種pH 範圍的溶液中，才能達到「完全分離」的目的？ 並詳述分離邏輯。（5 分） 44930 四、以下所列為Ag+與Cu2+離子的還原半反應，其中Eo’Ag 與Eo’Cu 為其形式 電位（Formal potential）： Ag+ + e- → Ag， Eo’Ag = 0.80 V vs. NHE Cu2+ + 2e- → Cu， Eo’Cu = 0.30 V vs. NHE 已知Ag+與Cu2+離子的還原電位均符合能斯特方程式，根據所述，回答 下列問題： 若在1.0 公升0.001 M 的AgNO3 溶液中加入大量銅粉，則銀離子的最 終濃度為多少M？估計其數值，並詳述計算過程，假設溶液體積變化 可忽略不計、pH 值並無變化、銅粉僅會與銀離子進行下列反應，不 會引起其他反應。（15 分） 2Ag+(aq) + Cu(s) ⇌ 2Ag(s) + Cu2+(aq)，K = [Cu2+] [Ag+] 2 實驗顯示：若以一含有1 × 10-4 M 的CuSO4 與x M 的Q 的溶液（簡稱 溶液T），作為下列電池中陰極半電池的電解液： Ag | AgNO3 (0.01 M) || 溶液T | Cu 該電池的電壓值（簡稱Ecell）會隨x 的數值增加而下降，如下圖所示。 已知Q 在水中不會進行任何氧化還原反應，僅會與Cu2+離子進行下列 反應，其中Kf 為其平衡常數，y 為Q 的反應係數，估計Kf 與y 的數值， 並詳述計算過程。（15 分） Cu2+(aq) + y Q(aq) ⇌ [CuQy]2+(aq) Kf = [CuQy 2+] ൣCu2+൧ሾQሿy -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 -1.10 -1.08 -1.06 -1.04 -1.02 -1.00 -0.98 -0.96 -0.94 -0.92 -0.90 -0.88 -0.86 Ecell/ V log(x)/ M