民國114年 地方三等 環境檢驗 分析化學
第2題
請回答下列有關酸鹼的問題： 請畫出以1.0 M HCl(aq)滴定50 mL, 1.0 M Na2CO3(aq)之滴定曲線圖。 （H2CO3 之pK1 =6,…
題目
請回答下列有關酸鹼的問題： 請畫出以1.0 M HCl(aq)滴定50 mL, 1.0 M Na2CO3(aq)之滴定曲線圖。 （H2CO3 之pK1 =6, pK2=10）（10 分） 請畫出三質子磷酸（H3PO4）之解離物種分率對pH 值的分布圖？（5 分） 試利用Henderson-Hasselbalch 方程式，Ka=10−5，[A−]/[HA]=10 時，pH 為何？（5 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、滴定架構：50 mL 1.0 M Na2CO3含50 mmol CO3²⁻，以1.0 M HCl滴定，第一當量點耗50 mL（CO3²⁻→HCO3⁻），第二當量點耗100 mL（HCO3⁻→H2CO3），故曲線呈兩段緩衝區、兩次躍遷的雙質子鹼典型形狀。
- 二、曲線繪製（請依描述繪圖）：橫軸V(HCl)取0～120 mL，縱軸pH取0～14。起點pH約12（1.0 M CO3²⁻，Kb1＝Kw/Ka2＝10⁻⁴，[OH⁻]≈10⁻² M）；25 mL處[CO3²⁻]＝[HCO3⁻]，pH＝pK2＝10；50 mL為兩性HCO3⁻，pH＝(pK1＋pK2)/2＝8，此處出現第一個較緩的躍遷。
- 三、續繪：75 mL處[HCO3⁻]＝[H2CO3]，pH＝pK1＝6；100 mL為第二當量點，溶液約0.33 M H2CO3，pH＝½(pK1－logC)≈3.2，pH由約6陡降至3，形成主要躍遷；超過100 mL後由過量強酸主宰，110 mL時[HCl]≈0.063 M，pH≈1.2，曲線趨於平緩。
- 四、磷酸物種分率圖：以pH為橫軸、分率α（0～1）為縱軸，繪α0(H3PO4)、α1(H2PO4⁻)、α2(HPO4²⁻)、α3(PO4³⁻)四條S形曲線。相鄰曲線交於pH＝pKa1＝2.15、pKa2＝7.20、pKa3＝12.35，交點處兩物種各占0.5；α1在pH≈4.7、α2在pH≈9.8達極大，低pH以H3PO4為主，高pH以PO4³⁻為主。
- 五、Henderson-Hasselbalch式：pH＝pKa＋log([A⁻]/[HA])＝5＋log10＝5＋1＝6.0。此式假設活度以濃度取代、酸鹼總量遠大於解離量；比值每增10倍，pH上升1單位。
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