民國115年 普通考試 化學工程 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HA與A⁻的莫耳數相等（各5.0 mmol），總體積100 mL，濃度均為0.050 M。依Henderson–Hasselbalch式：pH＝pKa＋log([A⁻]/[HA])＝5.00＋log(1.00)＝5.00。故混合液pH為5.00，此時緩衝容量最大。
- 二、緩衝原理與容量：弱酸HA與其共軛鹼A⁻共存，外加少量強酸由A⁻吸收、少量強鹼則由HA釋出H⁺中和，故pH變化甚微。緩衝容量在pH＝pKa±1範圍內最佳，超出此範圍則急遽下降；本題pH恰等於pKa，屬最理想配比。
- 三、指示劑選擇原則：(1)指示劑變色範圍（transition range，約pKa±1）須落在滴定曲線的陡峭跳躍區內，並涵蓋當量點pH；(2)指示劑本身pKa宜接近當量點pH；(3)變色敏銳、易於目視辨別；(4)用量少（2～3滴）以免消耗滴定劑；(5)須考慮CO₂、溫度、離子強度及溶液本身顏色的干擾。
- 四、弱鹼滴定弱酸的困難：以弱酸（如醋酸）與弱鹼（如氨水）相互滴定時，當量點附近生成的鹽會水解並具緩衝作用，滴定曲線的垂直跳躍段極短，ΔpH僅約1～2單位，無明顯突躍，終點難以目視判定，指示劑變色模糊，滴定誤差可達數個百分比。
- 五、改善建議：此類體系宜改用電位滴定（pH玻璃電極）判定終點，或以電導度法、光度法輔助；亦可改以強酸或強鹼為滴定劑，或採非水滴定、兩相滴定等技巧。若必須使用指示劑，應選變色範圍極窄者，並以空白滴定校正。
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。