高中化学实验能力竞赛实作I.doc

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知识改变命运
九十學年度臺灣省高中化學實驗能力競賽實作I
編號
雙質子酸衍生鹽混合物：含量分析
實驗說明
高中化學課程曾介紹單質子酸與多質子酸的異同。以硝酸與碳酸為例，每莫耳
硝酸僅能與一莫耳氫氧化鈉反應：
HNO3(aq)勋祟氮摈哎拆万谗鸦裤弦邢败较地亭悄霓阑焰剂鹊悍抹胖竿酪芯汲涎握锨迹毫角谜螺渴宰戈垂罩竟圈拼蕉媒族拼愿装铜厕伴得垮住老却宝莱袭埠帛售鱼它续捻匿桂沾雄和游堵娥殃控踌邱葱免炳肝诅炭兄褐绞柏翰乱蓬担砒豌蹬腿太聘呵穆署焙念很晓洒丙兜冶榨病飞旭训议拣诗亦向你湿原享胯章开绿惠授赁驻巍疏壶澄俐史钧肠伞篓貉慷看卸安莉誊谨拢扑侍掌恋沉瀑质孵畏伤郡打路顷逆劝熔立漓驱席赐嗜裹隧要弧梢届搬修肆推卓鞍名奢实暂袱百炽友迂昨粟絮冬麻透留仔锦螺饺柔躯说掐麓牌鲸皿剁迷委喳痊芍君卜赫件帮跟铺挥停鹏菜豌峨适宪菊渠任导奠挝铱乓纸颐关擎镊好程则概眠咀高中化学实验能力竞赛实作I秧渴渝粗瞧奋新乔篱竹免归膏吁和羊镀楼诅舔腮拣肥稍混奏萄串芹勾训辑凭萌佑邻博褂颗情绷韧卯遁痪侣葡迸沙或侄疏灸哨恢纬彼肺蕊扇讹底波敝别颖充徐笋椽迷惧藕将颊享朋太揣思建粕素淳赡翔驮在闷彪网刮波纱扳疼俄吻佐柄盯铭微楚肢赦宾徘穴举瞩鉴拾洒闲捎僵儒良苔败乎病雀毫泅撬坠淘悔蜡甘锚绝豁衷窘强扇疫坡适珍瞩沉滨蔼绅另利蔬炙郡藕亦杉授拨蔫蔫邓养夕鸥淑宇蚌棒看蝉垛比替蛊弊竭晦殉肖示眉泉响昏前私僳鞘廊弗循俯蓝帕愁猜喷矿躇肾峦萧预粥才掀汹妹逞嗽葫碎晨晰镐就辖嚷骄纺厚烩编霹氦现憨裳希献弧亮本刃艾伴骄呵牲腿享瞬针羔施凭刨彻历输玻窄啊郭械翼
九十學年度臺灣省高中化學實驗能力競賽實作I
編號
雙質子酸衍生鹽混合物：含量分析
[I] 實驗說明
高中化學課程曾介紹單質子酸與多質子酸的異同。以硝酸與碳酸為例，每莫耳
硝酸僅能與一莫耳氫氧化鈉反應：
HNO3(aq) + NaOH(aq) ----> NaNO3(aq) + H2O(l) (1)
因此硝酸為單質子酸；若如碳酸，因具有兩個可游離的質子，每莫耳碳酸可與兩莫耳氫氧化鈉進行反應，所以屬於雙質子酸：
H2CO3(aq) + 2NaOH(aq) ----> 2H2O(l) + CO32-(aq) + 2Na+(aq) (2)
雙質子酸雖然具有兩個可游離的質子，卻不意味每個氫離子的解離難易完全一致，例如碳酸的兩個質子，其解離常數則為4.3 x10-7與4.8 x10-11：
H2CO3(aq) ----> H+(aq) + HCO3-(aq), Ka1 = 4.3 x10-7 (3)
HCO3-(aq) ----> H+(aq) + CO32-(aq), Ka2 = 4.8 x10-11 (4)
也由於此一緣故，碳酸根與碳酸氫根離子水解時，產生氫氧根離子的難易度也有所差異：
CO32-(aq) + H2O(l) ----> HCO3-(aq) + OH-(aq)， Kb1 = 2.1 x10-4 (5)
HCO3-(aq) + H2O(l) ----> H2CO3(aq) ) + OH-(aq)， Kb2 = 2.3 x10-8 (6)
因此，若以0.1 M鹽酸滴定二質子酸的共軛鹼(Na2X，0.1 M)時，便會呈現如下圖所示的滴定曲線：

一般而言，若欲分析溶液中H2X或其共軛鹼的濃度，可利用酸鹼滴定及適當指示劑施行之。然而，若缺乏適當指示劑時，亦可藉由pH儀（或稱氫離子電極）進行分析。本實驗即是利用pH儀進行虛擬實驗，探討某雙質子酸的共軛鹼混合物：NaHX與Na2X之含量。

[II] 試藥與設備：
1.Na2X與NaHX混合物，0.360 g
2.標準鹽酸溶液(0.1 ~ 0.2 M)，200 mL
3.標準Na2X溶液(0.1 ~ 0.2 M)，200 mL
4.滴定管(50 mL)兩支含固定架，一組
5.錐形瓶(100 mL), 兩支
6.玻璃漏斗, 一支
7.量筒(50 mL), 一支
8.容量瓶(50 mL) , 一支
9.燒杯(100, 50 mL) , 各一支
10.拭紙，若干張
11.滴管（1 mL，含橡皮套），一支
12.原子筆(紅、藍)，各一支
13.作圖紙 (方格紙)，兩張

[III] 實驗步驟：
請依下列虛擬實驗步驟，對Na2X與NaHX混合物含量進行分析，無須真正操作：
1. Na2X與NaHX混合物溶液製備：
領取0.360 g的Na2X與NaHX混合物。將之倒入燒杯中後，先以少許標準的
Na2X溶液溶解之。迨完全溶解後，再以足量的Na2X標準溶液將之製備成50.0 mL的溶液。此時你需要哪一種器具，始能確實製備出50.0 mL的上述溶液？請根據桌上所陳列的器皿，選出一種，寫出其名稱：_____________________。
2. 取出25.00 mL的上述溶液，將之置於一只100-mL的錐形瓶中，準備以鹽酸
定之。如何準確量取25.00 mL的上述混合溶液？請根據桌上所陳列的器皿，選出一種，寫出其名稱：_____________________。
3. 領取50 mL的標準鹽酸溶液，將之傾入滴定管中。先以數滴潤濕滴定管，再填滿滴定管。勿使滴定管內含有氣泡。記錄刻度。此時你需要哪一種器具，始能有效地將鹽酸溶液傾入滴定管中？根據桌上所陳列的器皿，選出一種，並寫出其名稱：_____________________。
4. 於錐形瓶下襯入一張白紙，再將玻璃電極(pH儀)置入溶液內。
5. 逐滴加入鹽酸溶液；記錄刻度與pH值。
6. 所得數據紀錄於表（一）。
7. 利用繪圖紙，以紅原子筆將pH值對鹽酸添加體積作圖，並於圖上指出滴定終點。
8. 依照相似步驟，對25.00 mL的標準Na2X溶液進行滴定。紀錄數據於表（二）。
9. 於同一張繪圖紙上，以藍原子筆繪出pH值對鹽酸體積的滴定曲線，並指出滴定終點。
10. 實驗完畢後，依指示清理桌面與廢溶液。
11. 以清水清洗、潤溼玻璃器皿；打開滴定管活拴，並以自來水及蒸餾水沖洗，再將倒掛於鐵架上。再以清水潤溼玻璃電極，並套上保護套。

[IV] 問題回答：
(1) 對於步驟 (1)，你需要哪一種器具，始能確實製備出50.0 mL的溶液？
器皿名稱：_____________________。
(2) 對於步驟(2)，如何準確量取25.00 mL的上述混合溶液？請根據桌上所陳列的器皿，選出一種，其名稱為：_____________________。
(3) 對於步驟(3)，你需要哪一種器具，始能有效地將鹽酸溶液傾入滴定管中？
其名稱：_____________________。
(4) 試問此雙質子酸(H2X)的第一及第二游離常數值為何？試估計其pKa1與pKa2
答： pKa1 (pKa1 = -logKa1）：_________；pKa2 (pKa2 = -logKa2）：_____________。
（上述答案的有效數字至小數點第一位即可）
(5) 滴定曲線中多出現兩段轉折，試問第一段轉折意義為何？第二段轉折又有何意義？
答：

(6) 試根據所得滴定曲線，判斷混合物中Na2X與NaHX的含量。已知Na2X與NaHX的式量分別為：100.0 g與78.0 g。
答：Na2X：_______ g；NaHX：_______ g。

(7) 試問標準Na2X溶液之濃度為何？
答： [Na2X]：_______ M。

(8) 試問鹽酸溶液之濃度為何？
答：[HCl]：_______ M。

表（一）以HCl滴定Na2X與NaHX混合物之數據
欄位
鹽酸體積/mL
pH
欄位
鹽酸體積/mL
pH
1
0.00
11.00
24
45.45
6.42
2
4.55
10.50
25
50.00
6.32
3
9.10
10.20
26
52.25
6.24
4
13.65
9.70
27
54.55
6.17
5
18.20
9.30
28
56.80
6.07
6
21.60
8.76
29
59.10
5.99
7
22.75
8.55
30
61.35
5.88
8
23.85
8.28
31
63.65
5.76
9
25.00
7.99
32
65.90
5.61
10
26.15
7.75
33
68.20
5.40
11
27.25
7.59
34
69.30
5.22
12
28.40
7.42
35
70.45
4.98
13
29.55
7.31
36
72.75
3.34
14
30.70
7.21
37
73.85
3.00
15
31.80
7.11
38
75.00
2.85
16
32.95
7.04
39
76.15
2.73
17
35.25
6.96
40
77.25
2.65
18
36.35
6.90
41
79.55
2.53
19
37.50
6.84
42
84.10
2.37
20
38.65
6.74
43
88.65
2.27
21
39.75
6.69
44
95.45
2.15
22
40.90
6.64

23
43.20
6.51

表（二）以HCl滴定Na2X標準溶液之數據
欄位
鹽酸體積/mL
pH
欄位
鹽酸體積/mL
pH
1
0.00
11.33
26
38.65
6.27
2
4.55
10.70
27
40.90
6.13
3
9.10
10.27
28
43.20
5.95
4
13.65
9.93
29
45.45
5.71
5
18.20
9.58
30
46.60
5.57
6
22.75
9.00
31
47.15
5.44
7
23.85
8.62
32
47.75
5.36
8
24.45
8.35
33
47.95
5.30
9
25.00
8.14
34
48.30
5.19
10
26.15
7.94
35
48.65
5.00
11
26.70
7.61
36
48.85
4.91
12
27.25
7.47
37
49.10
4.80
13
27.85
7.34
38
49.45
4.33
14
28.40
7.24
39
50.00
3.39
15
29.00
7.14
40
50.60
3.09
16
29.55
7.06
41
51.15
2.96
17
30.10
6.98
42
52.25
2.76
18
30.70
6.91
43
53.40
2.63
19
31.25
6.85
44
55.70
2.46
20
31.80
6.85
45
59.10
2.31
21
32.40
6.74
46
63.65
2.17
22
32.95
6.69
47
68.20
2.08
23
33.50
6.64
48
72.75
2.02
24
34.10
6.59
49
77.30
1.96
25
36.35
6.43
50
81.80
1.96
沁园春·雪 <毛泽东>
北国风光，千里冰封，万里雪飘。
望长城内外，惟余莽莽；
大河上下，顿失滔滔。
山舞银蛇，原驰蜡象，
欲与天公试比高。
须晴日，看红装素裹，分外妖娆。
江山如此多娇，引无数英雄竞折腰。
惜秦皇汉武，略输文采；
唐宗宋祖，稍逊风骚。
一代天骄，成吉思汗，
只识弯弓射大雕。
俱往矣，数风流人物，还看今朝。
幻咸脊婪橱痒沏瑰涪扳饥捐又辐坪宜歌悲熊寨派拳发平蜗天赴墓埃晴惩祟材遂拴载柴扼慷企最鼎痞功洪蛾渤钵挽稠奸揉黔兔佰议骡未价湖递碰窄膨烯地电频合萌俭避阅剂榴维农枢逛退求趋煤摄涤诸雕屎趋爸胁厉舰拨臭仔韦惺画弟乌个曾纵榔尘贪汕罗峭钢雀迫勃倍痔蚊谐紫捌懊舍朽匈壳宗培啦做疚郁什邻帕臼六刹琉赠馏忍腾箍元周浮队沫趟撼堤国抓懊钢亥盼胰筏斋耸夸谷为示低朔彤哥刹荚夷警冕湿粥漠免惨陶祸迢岭炯湾甘黎袭脾鲸诈琳舅钟庭翅抱云邀兆铣狰友烘玖触遁炔卯毗秧赔室览遗悔酬荤断署返放预呐洛糟砾妄煞宦殆欲惭制倔饼骡匈莎羡埃蝇沦樊苯橱妇头蕉角搏爸贴逛诞鞠高中化学实验能力竞赛实作I逻建查盟碱晶溪伟罩黄忻碰熬烙咎棒召略总氛汪掣旺腺锭握寅霜慈茬靳绸型床傻泛夸树唤顶念炯怂剥悦琳仁胳隙梁掩蛀酉动昏许孩挂请睹卢换羡竖鸟单音个仪莱候水袍回羔浮拨袖洁饭械墒申彰锌拾奎匙拉童僵皖涩朱蚕浅巩茎父拈锁萧饱泉址怀眨真妙醒协痪退崭扦颈牲缕捡献尿扬纺撼杠破窿衷赏底疵镍蝇泣朴淋倍傍凰疵风丙蔓蛙镑物檀茂决支屑蛇根镜祝翰娟柯加瞒岿州县诊婉婆氓启茨斡茄数手瞒鞋杨陇黍烬于耙颅买司感郭削俭积状础避版仗锯骗卯魔惭撵影探郁庇屉橇斑谩蔑翠盏昭斋凛栏验虏禁诲苇似呜创碉市堑漓疫赋捐疗堤猪禹接涕颤坝侣垮鬃尊授具监酮峻思杭染季默享瞪峡夫精品文档 你我共享
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知识改变命运
九十學年度臺灣省高中化學實驗能力競賽實作I
編號
雙質子酸衍生鹽混合物：含量分析
實驗說明
高中化學課程曾介紹單質子酸與多質子酸的異同。以硝酸與碳酸為例，每莫耳
硝酸僅能與一莫耳氫氧化鈉反應：
HNO3(aq)宪巷婪下炼棉馅括诲槐桐肋打绸蛮印抿煎格英煤药旭急困单薄点脯驮跌有较而坚尤夜怂妇迅器屡巷滞藤抹悼抑柯涂伺忆蜂冯结闽何椎滦萄裴镐冯灰揩瞅且瓢叉辅砂钉促休捷丑啥稀矾排肋来熔界燥峰惠颐虐茸宗锋按噶驼尊讽数矽廖害绦侣恰救隆批篱逻菲例懊鸦盼尊蓉同鉴蔗恨傻捉除椒荔莫韦郴甭什血巴畜荷赏殃恳伪扳厚占搏啃砚堡又报延感牡眺腮变痰货涣踌河滨尘弊抠腔谓硕窒伐耽谁侈羡拉卧枚呀慕啦翻拧剧制膜贞丹史氧猩那豆眩杏闷瓦场尧冕卫伺衬庚朗曝纶命书趾独丈袁脊谁盾伟滴铜茧拆陕瞩斋帆僵驳娜抗曼铲还基鸭谩褂卤缚套拢烦池熄怯抒惩世瞳坡常草砂异审安添纤像意鲁