114 地方特考四等 化學工程類科 分析化學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查容量器具的刻度用途，以及用吸量管量取一定體積、再用量瓶定容的稀釋操作。

量瓶（容量瓶）用來配製固定總體積的溶液；刻度吸量管用來量取並移取指定體積的液體。稀釋時溶質莫耳數不變，使用公式 $C_1V_1=C_2V_2$。

解題方法與器具圖示

(一) 量瓶（容量瓶）

 瓶塞
 ▽
 ┌─┐
 │ │ ← 瓶頸上的單一環形刻線
 │─│ 液面凹液面最低點對準刻線
 │ │
 / \
 / \
 | | ← 瓶身膨大
 \_____/

量瓶瓶身膨大、瓶頸狹長，瓶頸上只有一條定容刻線，代表液體達到該刻線時，量瓶內的總體積為標示容量。定容時應使凹液面最低點與刻線相切，並以視線水平觀察。量瓶用於配製溶液，不用來量取或移出指定體積。

(二) 刻度吸量管（分度吸量管）

 上端
 │
 ─┤
 │ ← 多條等間距刻度
 ─┤
 │
 ─┤
 │
 │
 ▼ ← 尖端

刻度吸量管為細長管狀，管身有多條等間距刻度，可量取不同體積。使用時以吸球或吸量管填充器吸液，調整液面至所需刻度，再將液體移入容器。讀取液面時讓視線與液面等高，並以凹液面最低點對準刻度。

吸量管通常依其標示方式校正為移出指定體積；液體自然流出後，依器具規定等待排液。除非管身標示為需吹出的類型，否則不要將尖端殘液吹出。

(三) 配製與計算

核心觀念

本題考查以線性檢量線進行定量分析，以及由重複測量結果計算平均值與樣本標準差。圖中的回歸式為

$y=2.1x+102.6$

其中 $x$ 是 $\mathrm{Cu^{2+}}$ 濃度，$y$ 是導電度。由圖示標準液濃度範圍 $100$～$500\ \mathrm{mg/L}$，以及導電度範圍 $200$～$1200\ \mathrm{\mu S/cm}$，可判定座標軸及其單位。

解題方法

（一）座標軸標籤

標準液濃度是自變數，放在 $x$ 軸；測得的導電度是應變數，放在 $y$ 軸。因此：

• $x$ 軸：$\mathrm{Cu^{2+}}$ 濃度（$\mathrm{mg/L}$）
• $y$ 軸：導電度（$\mathrm{\mu S/cm}$）

（二）檢量線與預測導電度

檢量線方程式為

$y=2.1x+102.6$

代入 $x=250\ \mathrm{mg/L}$：

$y=2.1(250)+102.6=627.6\ \mathrm{\mu S/cm}$

所以，$250\ \mathrm{mg/L}$ 的 $\mathrm{Cu^{2+}}$ 標準液，預測導電度為 $627.6\ \mathrm{\mu S/cm}$。

（三）樣品平均濃度與標準差

先將檢量線反解，把各次導電度換算為濃度：

$x=\frac{y-102.6}{2.1}$

平均導電度為

利用檢量線換算平均濃度：

核心觀念

有機化合物完全燃燒時，原有的碳全部轉成二氧化碳，原有的氫全部轉成水。因此可由生成物的質量，反推樣品中的碳、氫質量；樣品只含碳、氫、氧，氧的質量則由總質量扣除碳、氫質量求得。元素莫耳比的計算使用各元素的原子量：

其中 $n$ 為莫耳數、$m$ 為質量、$M$ 為原子量或分子量。

解題方法

（一）計算樣品中的碳、氫、氧質量

二氧化碳中碳的質量分率為 $\frac{12}{44}$，故樣品中的碳質量為：

水中氫的質量分率為 $\frac{2}{18}$，故樣品中的氫質量為：

樣品僅含 $\mathrm C$、$\mathrm H$、$\mathrm O$，因此氧的質量為樣品總質量扣除碳、氫質量：

核心觀念

本題考查草酸鈉的莫耳質量、質量與莫耳數的換算，以及利用氧化還原反應的化學計量係數求當量點濃度。當量點時，反應物依平衡離子方程式所示的莫耳比完全反應。

解題方法

（一）計算草酸鈉的分子量

草酸鈉的化學式為 $\mathrm{Na_2C_2O_4}$，其分子量為各元素原子量乘以原子個數後相加：

題目中的「氧為 $16\%$」依上下文應為排版誤植，按氧的原子量 $16$ 計算。

（二）計算草酸根的莫耳數

每莫耳 $\mathrm{Na_2C_2O_4}$ 含有一莫耳 $\mathrm{C_2O_4^{2-}}$。先由草酸鈉質量求其莫耳數：

因此，草酸根的莫耳數為：

（三）計算所需的高錳酸根莫耳數

由反應式：

核心觀念

本題考查強酸與強鹼的滴定曲線判讀、酸鹼中和化學計量，以及由初始濃度計算 pH。

鹽酸與氫氧化鈉的反應莫耳比為 $1:1$。在當量點，兩者的莫耳數相等：

強酸 $\mathrm{HCl}$ 在水中完全解離，因此初始 pH 可由 $[\mathrm{H^+}]=[\mathrm{HCl}]$ 計算：

解題方法

（一）判斷縱軸與測量對象

圖二的滴定曲線縱軸應標示 pH。滴定過程中，圖上記錄的是錐形瓶內溶液隨加入滴定液而改變的 pH；滴定管提供滴定液，並非圖中 pH 的測量對象。

（二）判斷錐形瓶的初始溶液

曲線起始 pH 小於 $1$，溶液呈強酸性；隨加入滴定液，pH 上升，並在約 $15\ \mathrm{mL}$ 處通過 pH $7$ 的當量點。因此錐形瓶一開始裝的是 鹽酸水溶液，滴定管中裝的是氫氧化鈉水溶液。

（三）寫出中和反應

（四）計算錐形瓶內溶液的初始濃度

由圖二讀出當量點時加入氫氧化鈉約 $15\ \mathrm{mL}$。當量點時，鹽酸與氫氧化鈉莫耳數相等：