民國115年 普通考試 環境檢驗 分析化學概要
第2題
緩衝溶液在環境分析與化工製程中扮演維持pH 值穩定的重要角色。 假設有一弱酸HA（其酸解離常數Ka = 1.0 × 10-5）。若將50 mL 的 0.10 M…
題目
緩衝溶液在環境分析與化工製程中扮演維持pH 值穩定的重要角色。 假設有一弱酸HA（其酸解離常數Ka = 1.0 × 10-5）。若將50 mL 的 0.10 M HA 水溶液與50 mL 的0.10 M NaA（弱酸鹽）水溶液均勻混 合，請計算此混合溶液的pH 值。（5 分） 在進行酸鹼滴定時，選擇適當的指示劑是減少滴定誤差的關鍵。請說 明選擇酸鹼指示劑的一般性原則為何？（10 分） 在實務操作上，為何通常會避免使用「弱鹼」來滴定「弱酸」（或是用 弱酸滴定弱鹼）？請從滴定曲線的特徵加以解釋。（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、pH 計算：混合後總體積 100 mL，HA 與 A⁻ 之莫耳數均為 0.10×0.050＝5.0×10⁻³ mol，濃度同為 0.050 M，即 [HA]＝[A⁻]。代入 Henderson–Hasselbalch 式：pH＝pKa＋log([A⁻]/[HA])＝5.00＋log1＝5.00；此時緩衝能力（buffer capacity）最大。
- 二、指示劑選擇原則（一）：指示劑的變色範圍（pH transition range，約 pKa(HIn)±1）應落在滴定曲線的陡峭段（垂直區）內，並儘量涵蓋當量點（equivalence point）的 pH，使終點（end point）與當量點之差距最小。
- 三、指示劑選擇原則（二）：變色須敏銳、由無色變有色或兩色對比明顯而易於目視判讀；指示劑用量宜少（2～3 滴），以免指示劑本身消耗滴定劑或改變溶液 pH；並須考慮溫度、溶劑、離子強度與 CO₂ 之影響。
- 四、指示劑選擇原則（三）：強酸滴定強鹼當量點 pH＝7，可用酚酞（phenolphthalein）或甲基橙；強鹼滴定弱酸時當量點呈鹼性，宜用酚酞；強酸滴定弱鹼時當量點呈酸性，宜用甲基橙（methyl orange）或甲基紅。
- 五、避免弱鹼滴定弱酸之原因：弱酸與弱鹼反應不完全、平衡常數小，滴定曲線在當量點附近無明顯陡峭段，pH 變化平緩，終點難以辨認；且當量點 pH 隨 Ka、Kb 與濃度而變，無通用指示劑可循，終點誤差大，故實務上多以強鹼（NaOH）滴定弱酸。
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。