民國115年 高考三級 化學工程 化學程序工業（包括質能均衡、分析化學、儀器分析）
第4題
重量分析法可用於檢測氯離子含量，請問： 某樣品含有氯化鉀（KCl，分子量為74.55 g/mol），取1.51 g 的樣品配 製於酸性溶液中，加入0.64 g…
題目
重量分析法可用於檢測氯離子含量，請問： 某樣品含有氯化鉀（KCl，分子量為74.55 g/mol），取1.51 g 的樣品配 製於酸性溶液中，加入0.64 g 二氧化錳（MnO2，分子量為86.94 g/mol） 後進行下列反應： MnO2（s）+ 2 Cl － （aq）+ 4H+（aq）→ 2H2O（aq）+ Cl2（g）+ Mn2+（aq） 反應完全後，將過量的二氧化錳過濾、清洗及乾燥，秤得MnO2 的重 量為0.35 克。請計算樣品中KCl 的重量百分比。（12 分） 檢測水中氯離子含量時，加入AgNO3 溶液形成AgCl 沉澱，請說明有 那些具體方法可形成顆粒較大且易過濾的AgCl 晶體沉澱。（8 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、原理：在酸性溶液中，MnO2 將樣品中的氯離子氧化為氯氣，自身還原為 Mn2+，反應式為 MnO2(s) + 2Cl- + 4H+ → Mn2+ + Cl2(g) + 2H2O。此為過量試劑殘量法：加入已知且過量的 MnO2，反應後回收未反應之 MnO2，由差值求消耗量，再依 1 mol MnO2 對 2 mol Cl- 之計量比求氯含量。
- 二、計算：消耗 MnO2 = 0.64 - 0.35 = 0.29 g，莫耳數 = 0.29/86.94 = 3.336 × 10^-3 mol；對應 Cl- = 2 × 3.336 × 10^-3 = 6.671 × 10^-3 mol。KCl 與 Cl- 為 1:1，故 KCl 重 = 6.671 × 10^-3 × 74.55 = 0.497 g。重量百分比 = 0.497/1.51 × 100% = 32.9%。查核：0.64 g MnO2 為 7.36 mmol，需 Cl- 14.7 mmol，而 1.51 g 樣品即使全為 KCl 亦僅 20.2 mmol，MnO2 為限量試劑，必有剩餘，與題相符。
- 三、形成較大且易過濾 AgCl 晶體之具體方法：（1）將樣品溶液與 AgNO3 均先稀釋，降低相對過飽和度，使成核速率慢於晶體成長；（2）在持續攪拌下緩慢、逐滴加入沉澱劑，避免局部濃度過高；（3）於熱溶液中沉澱並加熱消化（digestion），利用 Ostwald 熟成使小晶粒溶解、大晶體成長；（4）在稀硝酸酸性介質中進行，防止 AgCl 膠體化（peptization）並促使凝聚；（5）沉澱後避光靜置陳化，再以稀硝酸傾析洗滌、過濾。
- 四、注意事項與限制：沉澱劑不宜大量過量，否則易生成可溶性錯合物或增加共沉澱；AgCl 見光分解為銀，全程須避光；洗滌液宜含少量電解質以減少膠溶；稱重前應於 130 至 150 度C 乾燥至恆重。本題計算假設 KCl 完全解離、MnO2 僅與 Cl- 反應且無其他還原性物質，若樣品含溴、碘或還原劑，將使結果偏高。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。