DSE 化學 · Topic XV

分析化學

Analytical Chemistry

儀器分析（IR, MS, 比色法）及化學試驗是核心，紅外光譜官能基判斷及質譜碎片分析是必考題。

儀器分析方法

Instrumental Analytical Methods

紅外光譜、質譜及比色法的基本原理與圖譜分析

核心考點

1. 比色法與吸光度規律

考評提示：校準曲線繪製步驟、吸光度與濃度成正比

比色法 (Colorimetry)：基於吸光度 (A) 與濃度成正比的規律。步驟：① 配製一系列標準溶液 ② 量度各吸光度 ③ 繪製校準曲線（A vs 濃度）④ 由未知樣品的 A 讀出濃度。

常見題型

描述焰色試驗的步驟及常見金屬離子的焰色結果

步驟：將洗淨（浸稀 HCl 並以本生燈燒至無色）的鉑絲或鎳鉻絲蘸取少量樣本，置於本生燈非發光（藍色）火焰中觀察焰色。
結果：Na⁺ 金黃色；K⁺ 丁香紫（可透過鈷藍玻璃濾去 Na⁺ 的黃色）；Ca²⁺ 磚紅色；Cu²⁺ 藍綠色。
原理：樣本中的金屬物種在火焰中通常形成原子；原子的電子受激發後回到較低能階，放出特定顏色的光。
觀察陷阱：使用非發光火焰，避免本生燈的黃色掩蓋焰色；金屬絲清洗不徹底可帶入鈉，使樣本出現額外的黃色。

檢測陽離子：描述 Al³⁺、NH₄⁺、Fe²⁺、Fe³⁺ 及 Cu²⁺ 的化學試驗

Al³⁺：加 NaOH(aq)，先產生白色膠狀沉澱 Al(OH)₃，過量 NaOH 後沉澱溶解（因生成 AlO₂⁻/Al(OH)₄⁻）。
NH₄⁺：加 NaOH(aq) 並加熱，釋出有刺激性氣味的氨氣；以濕潤紅色石蕊試紙接近試管口，變藍。
Fe²⁺ vs Fe³⁺：加 NaOH(aq)，Fe²⁺ 生成綠色沉澱 Fe(OH)₂（在空氣中漸變為棕色 Fe(OH)₃）；Fe³⁺ 生成紅棕色沉澱 Fe(OH)₃。
Cu²⁺：加 NaOH(aq)，生成藍色沉澱 Cu(OH)₂；加過量 NH₃(aq) 則溶解生成深藍色 [Cu(NH₃)₄]²⁺ 複合離子。

檢測陰離子：Cl⁻、Br⁻、I⁻、CO₃²⁻ 及 SO₃²⁻ 的試驗

鹵素離子：加稀 HNO₃ 再加 AgNO₃(aq)——Cl⁻ 白色 AgCl、Br⁻ 淡黃色 AgBr、I⁻ 黃色 AgI；進一步以 NH₃(aq) 測試：AgCl 溶於稀 NH₃；AgBr 須濃 NH₃ 方溶；AgI 不溶。
CO₃²⁻：加稀 HCl，產生無色無味氣泡；氣體通入石灰水 Ca(OH)₂，使石灰水變渾濁（生成 CaCO₃），證明為 CO₂。
SO₃²⁻：加稀 HCl 產生有刺激性氣味的 SO₂ 氣體；以酸性 KMnO₄ 溶液檢測，紫色褪為無色（SO₂ 為還原劑，將 MnO₄⁻ 還原為 Mn²⁺）。
觀察記錄：必須詳細描述沉澱顏色與上層液；切勿使用稀 H₂SO₄ 取代 HNO₃ 以免引入 SO₄²⁻ 干擾。

鑑定碳化合物官能基：使用 2,4-DNP 及托倫斯試劑

測 C=O：加 2,4-二硝基苯肼 (2,4-DNP / Brady 試劑)，醛及酮均生成橙黃色結晶性沉澱；陰性表示無 C=O。
區分醛 vs 酮：加托倫斯試劑 Tollens’[Ag(NH₃)₂]⁺ 並水浴加熱——醛使試劑被還原，產生銀鏡（鏡面效應）；酮無反應。
進一步：以費林試劑 Fehling’s（藍色 Cu²⁺ 複合液）——醛（脂肪族）使藍色變紅色沉澱 (Cu₂O)；酮及芳香醛無反應。
測 −OH：加金屬鈉（Na）產生 H₂ 氣泡；測 C=C：加 Br₂/CCl₄，褪色快（常溫無催化劑）；測 −COOH：加 Na₂CO₃ 產生 CO₂ 氣泡。

描述薄層色層法 (TLC) 的操作步驟及 Rf 值的計算

操作：於薄層色譜板底端距邊 1 cm 處點上樣品與參考標準物；將底端浸於展開劑（不可淹沒樣點）。
展開：以展開劑上升，待達到適當高度（距頂部約 1 cm）時取出板；用鉛筆劃出溶劑前沿；如非有色樣品則以 UV 燈或碘蒸氣顯色。
Rf = 樣點由起點移動距離 / 溶劑前沿由起點移動距離；0 < Rf < 1，與樣品及展開劑對應。
應用：分析混合物成份、檢查反應完成度、鑑定未知化合物（對比參考 Rf）；若斑點 Rf 與參考物相同即初步鑑定。

利用紅外 (IR) 光譜鑑定有機化合物的官能基並識別七個常用吸收峯

原理：官能基中的鍵具特定振動頻率，吸收對應紅外光波數 (cm⁻¹)；譜圖由於指紋區不同可區別結構相近物質。
寬廣 O−H 吸收：醇 3200–3550 cm⁻¹（中等寬）；羧酸 2500–3300 cm⁻¹（非常寬，伴隨 1700 cm⁻¹ C=O）。
其他鍵：N−H 3300–3500（兩峯，伯胺）；C−H 2850–3100；C≡C ~2150；C=O 1680–1750（酮/醛/酸/酯）；C=C ~1620–1680；C−N 1000–1250。
解題策略：先找 C=O（~1700）判有無；再看 O−H 寬闊程度分醇/酸；用 C−H 上下鑑芳香 (3100+) 或脂肪 (2850–3000)。

檢測化學物種的存在

Detecting Chemical Species

焰色試驗、陽離子/陰離子/官能基的化學測試及觀察

核心考點

1. 焰色及陽離子試驗

考評提示：焰色顏色配對、NaOH 及 NH₃ 試驗的觀察及離子方程式

焰色試驗：以濃鹽酸潔淨之鉑絲蘸樣品後放入不發光火焰中—Ca²⁺ 磚紅色、Cu²⁺ 藍綠色、K⁺ 紫色 (淡紫)、Na⁺ 金黃色。
NH₄⁺：加過量 NaOH 並加熱，釋出 NH₃，使濕潤的紅色石蕊試紙變藍。方程式：NH₄⁺ + OH⁻ → NH₃↑ + H₂O。
Ca²⁺ / Mg²⁺ (加 NaOH 後)：Ca²⁺ 白色沉澱微溶；Mg²⁺ 白色沉澱不溶於過量 NaOH (可與 Al³⁺ 區別—後者可溶)。
Fe²⁺ / Fe³⁺：加 NaOH →Fe²⁺ 產生綠色沉澱 Fe(OH)₂，久置氧化變褐紅；Fe³⁺ 產生紅棕色沉澱 Fe(OH)₃。
Cu²⁺：加 NaOH → 淡藍色沉澱 Cu(OH)₂；加氨水並過量→沉澱溶解為深藍色 [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺。

2. 陰離子及官能基試驗

考評提示：鹵素離子 AgNO₃ 沉澱顏色、CO₃²⁻/SO₄²⁻ 試驗、-OH、-CHO、-COOH 官能基測試

鹵素：酸化後加 AgNO₃ → Cl⁻ 白色 AgCl (溶於稀 NH₃)、Br⁻ 奶油色 AgBr (僅溶於濃 NH₃)、I⁻ 黃色 AgI (不溶於 NH₃)。
CO₃²⁻：加稀 HCl→放出 CO₂ (氣泡)，氣體通入澄清石灰水使之變混濁。方程式：CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂↑ + H₂O。
SO₄²⁻：加稀 HCl 酸化後加 BaCl₂→產生不溶於酸的白色 BaSO₄ 沉澱 (與 SO₃²⁻ 區別，後者溶於酸)。
C=C 雙鍵：溴水 (紅棕) 褪色，或稀酸性 KMnO₄ (紫) 褪色變無色或棕色 MnO₂。
-OH：醇與鈉金屬反應放出 H₂；-CHO 醛與 Tollens' (銀氨) 試劑產生銀鏡；與 Fehling's 試劑生成磚紅色 Cu₂O。
>C=O (醛/酮)：與 2,4-二硝基苯肼 (2,4-DNP) 反應產生橙/黃色沉澱 (腙)；-COOH 與 NaHCO₃ 反應放出 CO₂ 氣泡。

常見題型

描述焰色試驗的步驟及常見陽離子的焰色

步驟：以濃鹽酸清洗鉑絲 (或鎳鉻絲)，再蘸少量樣品放入本生燈不發光火焰。
觀察焰色：Ca²⁺ 磚紅色、Cu²⁺ 藍綠色、K⁺ 紫色 (淡紫)、Na⁺ 金黃色。
注意：K⁺ 紫色易被 Na⁺ 金黃色掩蓋，應透過鈷藍玻璃觀察，以過濾鈉的黃光。
限制：只能偵測少數陽離子，且某些混合樣品焰色複雜難辨。

描述鑑別 Fe²⁺ 及 Fe³⁺ 的化學試驗

加稀 NaOH：Fe²⁺ 產生綠色沉澱 Fe(OH)₂，靜置於空氣中逐漸變為紅棕色 (氧化為 Fe(OH)₃)。
Fe³⁺ 產生紅棕色沉澱 Fe(OH)₃，不會進一步變色。
或加 KSCN 溶液：Fe³⁺ 變血紅色 [Fe(SCN)]²⁺；Fe²⁺ 無色或極淺。
或加 K₃[Fe(CN)₆]：Fe²⁺ 產生深藍色 Turnbull's blue 沉澱；Fe³⁺ 不反應。

描述鑑別 Cl⁻、Br⁻、I⁻ 的化學試驗

樣品用稀 HNO₃ 酸化 (防止 CO₃²⁻ 等干擾)，再加 AgNO₃ 溶液。
觀察沉澱：Cl⁻→白色 AgCl；Br⁻→奶油色 AgBr；I⁻→黃色 AgI。
加入稀 NH₃(aq) 進一步區別：AgCl 溶解、AgBr 不溶 (但溶於濃 NH₃)、AgI 不溶於任何 NH₃。
方程式例子：Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl(s)。

描述鑑別 CO₃²⁻ 及 SO₃²⁻ 的化學試驗

CO₃²⁻：加稀 HCl→放出氣泡 (CO₂)，氣體通入石灰水使之變乳白色。
方程式：CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂↑ + H₂O；CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O。
SO₃²⁻：加稀 HCl 釋出刺激性 SO₂ 氣體；SO₂ 可使濕潤的酸性重鉻酸鉀試紙由橙變綠（Cr₂O₇²⁻→Cr³⁺），用以確認。
方程式：SO₃²⁻ + 2H⁺ → SO₂↑ + H₂O；SO₂ 與石灰水反應亦會使溶液變乳白，故需配合試紙或氣味等特徵區分。

描述以化學試驗鑑別 C=C 雙鍵

試驗一：加溴水 (紅棕色) 至樣品中—若含 C=C，則溴水迅速褪色變無色 (加成反應)。
方程式範例：CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂Br-CH₂Br。
試驗二：加稀酸性 KMnO₄ (紫色)—若含 C=C，紫色褪去，產生棕色 MnO₂ 或無色 Mn²⁺。
注意：醛、酚等亦可使 KMnO₄ 褪色，須結合其他測試確認。

區別醛 (-CHO) 與酮 (>C=O) 的化學試驗

共同：兩者均與 2,4-二硝基苯肼 (2,4-DNP) 反應產生橙/黃色沉澱 (腙)，證明有 >C=O。
區別 1：Tollens' 試劑 (銀氨溶液)—醛被氧化為羧酸並沉積銀鏡；酮不反應。
區別 2：Fehling's 試劑—醛使深藍溶液變磚紅色沉澱 (Cu₂O)；酮不反應 (芳香醛通常也不反應)。
條件：Tollens' 試驗須在鹼性、室溫或微溫；Fehling's 須加熱至沸。

描述鑑別醇 (-OH) 及羧酸 (-COOH) 的化學試驗

醇：加入少量鈉金屬→放出 H₂ 氣泡，並生成醇鈉；H₂ 可以燃著木條驗證 (發出「噗」聲)。
方程式：2 R-OH + 2 Na → 2 R-ONa + H₂。
羧酸：加入 NaHCO₃ (碳酸氫鈉)→放出 CO₂ 氣泡，氣體使石灰水變乳白色。
方程式：R-COOH + NaHCO₃ → R-COONa + H₂O + CO₂↑；醇及酚不會使 NaHCO₃ 發泡，故可區別。

設計實驗以分離並鑑定含 Na⁺、Cu²⁺、Cl⁻、SO₄²⁻ 的混合物

先將樣品溶於水，取少量做焰色試驗—同時觀察 Na⁺ 金黃色及 Cu²⁺ 藍綠色以確認兩陽離子。
加入過量 NaOH：Cu²⁺ 形成淡藍色 Cu(OH)₂ 沉澱，過濾即可分離；濾液含 Na⁺ (不生沉澱)。
取濾液酸化後加 BaCl₂→白色 BaSO₄ 沉澱確認 SO₄²⁻。
另取樣品酸化後加 AgNO₃→白色 AgCl 沉澱 (溶於稀 NH₃) 確認 Cl⁻。

分離和提純的方法

Separation and Purification Methods

結晶、蒸餾、液液萃取、色層及熔沸點測定的原理和應用

核心考點

1. 結晶、蒸餾與萃取

考評提示：各方法的適用對象、步驟及關鍵觀察

結晶：適用於從溶液提純固態化合物。加熱溶劑至飽和，冷卻使溶質形成晶體，雜質則留在母液中。
簡單蒸餾：適用於沸點差 ≥ 25°C 的液體或從溶液回收溶劑；分餾柱裝置適用於沸點接近的液體。
分餾柱作用：玻璃珠或填料提供大表面積，氣體反覆冷凝—再蒸發，沿柱向上愈高的部份愈接近低沸點組份的純態。
液—液萃取：以分液漏斗使溶質在兩種互不相溶的溶劑 (如水與乙醚) 之間按分配係數分布，反覆萃取以提高回收率。
分液漏斗使用時須先排氣 (避免壓力累積)，兩層靜置清晰後放出下層，收集上層於容器中。

2. 色層法與純度測試

考評提示：Rf 值計算、紙/TLC/柱色層的原理、熔沸點用於純度檢驗

色層法原理：基於組份在固定相與流動相之間的分配係數不同—與固定相作用較弱者隨流動相移動較快。
Rf (保留因子) = 物質移動距離 / 溶劑前緣移動距離，0 < Rf ≤ 1；在固定溶劑及固定相條件下，Rf 可用於物質鑑定。
紙色層：纖維素吸附水為固定相；薄層色層 (TLC)：矽膠/氧化鋁塗層；柱色層：適用於大量樣品的分離。
純物質具尖銳、固定的熔點及沸點；含雜質時熔點降低且熔程變寬 (熔點下降 degree 與雜質量呈定性關係)。
應用：物質熔點與文獻值比較 (±1°C 內) 可確認身份及純度；混合熔點法可鑑定未知樣品是否與已知物相同。

常見題型

描述結晶法的步驟及操作注意事項

選擇合適的溶劑：熱時溶解目標物質多，冷時溶解少；雜質溶於冷溶劑中不析出。
加熱溶解至飽和：用熱水浴或回流加熱，避免溶劑大量揮發。
熱濾去不溶雜質 (可用預熱漏斗)；冷卻濾液使溶質緩慢結晶。
過濾收集晶體 (Buchner 抽氣過濾)，以少量冷溶劑洗滌並風乾。

比較簡單蒸餾與分餾的應用及裝置特點

簡單蒸餾：適用於沸點相差 ≥ 25°C 的液體或從溶液提取溶劑；裝置不含分餾柱。
分餾：適用於沸點接近 (如乙醇 78°C 與水 100°C) 的液體混合物；裝置加裝分餾柱。
分餾柱作用：氣體在填料表面反覆冷凝—再蒸發，使上升氣體逐漸富集低沸點組份。
注意：溫度計應置於蒸餾頭側管口 (讀取蒸氣溫度)；不能直接插入燒瓶液體內。

描述液液萃取的原理及操作步驟

原理：溶質在兩種互不相溶的溶劑中溶解的程度不同，搖勻後較多目標溶質進入較能溶解它的溶劑層。
操作例子：把水相混合物與乙醚加入分液漏斗，塞好後輕輕搖勻，使兩相接觸。
排氣：倒置漏斗並打開活塞，排出揮發性溶劑造成的壓力；操作時把出口指向安全方向。
分層：本例乙醚密度比水小，有機層在上、水層在下。須先確認哪層是所需溶劑層，再分開收集；換用其他溶劑時，不能照搬上下位置。
提高回收：可用數次少量新溶劑重複萃取，再合併含目標溶質的溶劑層。

解釋紙色層法原理及計算 Rf 值

原理：纖維素吸附水作為固定相，選定溶劑作為流動相；組份與兩相作用強弱不同，移動速度不同。
操作：在濾紙底端畫基線，點上樣品與參考物斑點，將紙插入展開槽使溶劑緩慢上升。
計算：當溶劑前緣接近頂端時取出紙，標記前緣位置；Rf = 斑點中心移動距離 / 溶劑前緣移動距離。
舉例：某斑點移動 3.6 cm，溶劑前緣移動 8.0 cm → Rf = 3.6 / 8.0 = 0.45。

比較紙色層、薄層色層 (TLC) 及柱色層的異同

共同：均基於組份在固定相與流動相之間的分配差異分離。
固定相：紙色層為纖維素 + 水；TLC 為矽膠/氧化鋁塗層 (塗在玻璃/塑膠板上)；柱色層多為矽膠填裝於玻璃管中。
規模：紙色層/TLC 主要用於分析 (少量)；柱色層可製備性分離 (克量級)。
速度與解析：TLC 比紙色層快且分離度高；柱色層可用不同極性溶劑梯度洗提以提高解析。

解釋如何以熔點或沸點測定判斷物質純度

純物質具固定、尖銳的熔沸點 (熔程 < 1°C)；與文獻值相符即為純。
含雜質：熔點降低且熔程變寬 (例如熔程 > 2°C 暗示純度不足)；沸點可能升高並出現回流時溫度漂移。
混合熔點法：將未知樣品與已知純物質等量混合，若熔點未降低且熔程仍尖銳→兩者為同一物質。
局限：不適用於分解化合物或熔點附近易昇華的物質，須配合色層法或光譜確認。

設計方案以分離並提純含鹽 (NaCl)、砂和碘的混合物

步驟一：將混合物溶於水—NaCl 溶解，砂及 I₂ 不溶 (碘溶解度低)。
步驟二：過濾—濾液含 NaCl 溶液；殘渣含砂及 I₂。
步驟三：將殘渣加熱昇華—I₂ 昇華為紫色蒸氣，冷卻凝固收集為純 I₂；砂留下。
步驟四：將 NaCl 濾液蒸發結晶得純 NaCl。

評估選擇合適分離方法的考慮因素

物理性質：熔/沸點差距大→蒸餾；物質在水與有機溶劑間分配係數差異大→萃取。
樣品量：分析級少量→TLC 或紙色層；製備級大量→柱色層或蒸餾。
雜質種類：難揮發固態雜質→結晶；不同極性有色組份→色層。
經濟與安全：考慮溶劑成本及毒性 (盡量選擇無毒/可再循環溶劑)、能源消耗及回收率。

定量分析方法

Quantitative Analytical Methods

酸鹼、氧化還原、莫爾法、碘量滴定法及誤差分析

核心考點

1. 容量分析基礎

考評提示：滴定概念、當量點與終點、指示劑選擇

容量分析 (滴定)：以已知濃度 (標準溶液) 的試劑與未知樣品定量反應，由所用體積計算未知物含量。
當量點：化學計量比剛好相等的一刻；終點：指示劑變色的一刻；兩者差距稱為滴定誤差。
酸鹼指示劑的變色範圍應落在當量點附近的 pH 陡變區。強酸／強鹼常可用甲基橙或酚酞；強酸／弱鹼常用甲基橙，弱酸／強鹼常用酚酞。實際須按題給滴定曲線及變色範圍判斷，不能說任何指示劑都合適。
滴定計算基本式：n (未知) = n (標準) × 化學計量比；濃度 c = n / V；務必轉換至同一體積單位。

2. 氧化還原、莫爾法及碘量滴定

考評提示：酸性 KMnO₄ 自身指示劑、按題給資料分析沉澱與碘滴定及誤差

在足夠酸性條件下，KMnO₄ 自身的深紫色在還原成 Mn²⁺ 後消失；滴定至剛出現持久淡粉紅色為終點，無需額外指示劑。
Na₂S₂O₃ / I₂ 滴定：以澱粉為指示劑，I₂ + 澱粉呈深藍；滴定接近終點才加澱粉 (避免吸附過多 I₂)。
題給沉澱滴定例：Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl(s)（白色）；若方法以鉻酸根作指示劑，少量過量 Ag⁺ 可形成持久紅棕色 Ag₂CrO₄，標示終點。所需反應及條件須由題目提供，不作本法專用細節的必背要求。
陌生容量分析須按題給反應、終點和干擾資料判斷適用條件。除了課程已包括的化學過程，不需研習專用 pH 範圍、指示劑配方或溶度積；不能把陌生方法的限制直接當 DSE 必背規則。
題給直接碘滴定例：抗壞血酸與 I₂ 按 1:1 反應，以澱粉辨認微量過量碘的持久顏色；有色果汁的實際變色及其他還原物干擾須按題給方法判斷。使用題給濃度、取樣體積和稀釋倍數計算，不要求背誦陌生方法的專用配方。
誤差可來自讀取液面的視差、管尖氣泡、漏液、超過終點或樣品質量不準。滴定量 = 終值 − 初值，初值不必為零。粗測用來定位終點；重複精測，按方法要求取一致的精測量平均，粗測不計入。

常見題型

描述酸鹼滴定的步驟並解釋指示劑的選擇

用移液管移取定量樣品至錐形瓶，加入少量合適指示劑；滴定管以標準溶液潤洗後裝液，排走尖端氣泡，讀取初值。初值不必為零。
滴定並攪拌；接近終點時逐滴緩慢加入，直到指示劑剛出現持久的顏色變化。
讀取終值至最接近 0.05 mL，以終值減初值求滴定量；重複精測，取至少兩次相差不超過 0.10 mL 的一致滴定量平均，粗測不計入。
選擇原理：指示劑的變色範圍應落在當量點附近的 pH 陡變區，令很少量的滴定劑便使顏色明顯改變，終點接近當量點。
常見配對：強酸/強鹼常可用酚酞或甲基橙；強酸/弱鹼常用甲基橙，弱酸/強鹼常用酚酞。實際選擇仍須按題給曲線及指示劑變色範圍判斷。

計算：25.00 mL 0.100 M HCl 與 NaOH 滴定，終點時用去 24.50 mL NaOH，求 NaOH 濃度

反應：HCl + NaOH → NaCl + H₂O (1:1)。
n(HCl) = 0.100 × 25.00/1000 = 2.50 × 10⁻³ mol。
n(NaOH) = n(HCl) = 2.50 × 10⁻³ mol (1:1)。
c(NaOH) = 2.50 × 10⁻³ / (24.50/1000) = 0.102 M (3 sig fig)。

解釋 KMnO₄ 氧化還原滴定無需額外指示劑的原因及步驟

KMnO₄ 深紫色；被還原後 (至 Mn²⁺) 變為幾乎無色，故自身作為指示劑。
酸化樣品 (用稀 H₂SO₄ 而非 HCl—避免 Cl⁻ 被氧化)；將樣品加至錐形瓶。
滴定管先以 KMnO₄ 溶液潤洗、裝液及排除尖端氣泡，記錄初值（不必對零）。滴定時加入的紫色逐漸褪去；接近終點時緩慢逐滴加入。
終點：加入一滴 KMnO₄ 後溶液呈現不消退的淡粉紅色 (持續 30 秒)。

根據題給資料評估氯離子滴定的終點及適用條件

應用範圍：莫爾法是運用題給化學資料作容量分析的例子；不需背誦專用的 pH 範圍、指示劑配方或溶度積。
題給反應與終點：Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl(s)（白色）；2Ag⁺ + CrO₄²⁻ → Ag₂CrO₄(s)（紅棕色）。按題給方法，Cl⁻ 先沉澱，之後少量過量的 Ag⁺ 使指示劑出現持久紅棕色，標示終點。
步驟：量取樣本，按題給條件加入指示劑；以 AgNO₃ 標準液滴定，記錄初值和終值，以求滴定量。
計算：用 Ag⁺ 與 Cl⁻ 的 1:1 反應比例，將 AgNO₃ 濃度乘使用體積（dm³），求 Cl⁻ 的物質的量，再除以樣本體積求濃度。
限制：若題給資料顯示其他物種也會消耗 Ag⁺，便不能把全部 AgNO₃ 用量歸於 Cl⁻；須按資料排除或扣除干擾。

按題給反應及方法，描述以標準碘溶液直接滴定果汁樣品中維生素 C 含量的實驗

按題給反應：抗壞血酸 + I₂ → 脫氫抗壞血酸 + 2HI，物質的量比例為 1:1；抗壞血酸被氧化，碘被還原。這是以碘溶液直接滴定，不與先釋放碘再用硫代硫酸鹽滴定的步驟混淆。
按題示方法處理新鮮果汁，記錄取樣體積及任何稀釋倍數；移取定量樣品至錐形瓶，以已知實際濃度的標準碘溶液滴定，依方法加入澱粉。濃度和取樣量使用題給數據，不把 0.005 M 當固定要求。
終點為微量過量 I₂ 與澱粉形成的持久顏色。無色或淺色樣品常呈藍黑色；有色果汁可呈其他變色，按題示方法、對照或粗測辨認，不能硬套所有果汁都藍黑。重複取得一致滴定量。
若題給方法及干擾資料支持碘只用於維生素 C：n(維生素 C) = n(I₂) = c(I₂) × V(I₂)（V 用 dm³）。以 M = 176 g mol⁻¹ 換算質量，再用樣品體積和稀釋倍數換算每 100 mL 含量。缺數據時只列方法，不補造結果。
若其他還原物也消耗碘，不能把全部滴定量直接歸於維生素 C；按題給干擾或修正方法評估。這是資料分析的應用，不把陌生方法的配方及專用條件新增為必背內容。

分析滴定實驗中的誤差來源及減誤方法

儀器：滴定管刻度誤差、凹液面讀取視差 (眼睛需平視液面)；容量瓶溫度未平衡至室溫。
操作：漏液或未排除管尖氣泡、指示劑太多致終點不清、超過終點 (過度滴加)。
樣品：標準液標定不準、潮解影響質量、樣品未充分溶解均勻。
減誤：至少兩次一致的精測量（例如相差不超過 0.10 mL，依方法要求）才取平均；排除粗測。適當校準及標定溶液，按滴定管刻度記錄讀數。

比較強酸/強鹼與弱酸/強鹼滴定的 pH 曲線及指示劑選擇

比較前提：在相同酸濃度下，弱酸的初始 pH 通常比強酸高；實際起始值及曲線形狀須按題給濃度和數據判斷。
強酸/強鹼（HCl + NaOH）：在約 25°C 的水溶液中，當量點為中性（pH 約 7），當量點附近有較陡的 pH 變化。
弱酸/強鹼（CH₃COOH + NaOH）：當量點通常偏鹼性，因生成的 CH₃COO⁻ 與水作用產生 OH⁻；pH 不固定為某一數值。
指示劑選擇：將指示劑變色範圍與題給曲線的陡變區比較。強酸/強鹼常可用甲基橙或酚酞；弱酸/強鹼常用酚酞。若甲基橙在當量點前便完成變色，就不適合用來判斷終點。

計算：20.00 mL 未知 Fe²⁺ 溶液用 0.0200 M KMnO₄ 滴定，用去 22.00 mL，求 [Fe²⁺]

反應：MnO₄⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O (比例 1:5)。
n(MnO₄⁻) = 0.0200 × 22.00/1000 = 4.40 × 10⁻⁴ mol。
n(Fe²⁺) = 5 × n(MnO₄⁻) = 5 × 4.40 × 10⁻⁴ = 2.20 × 10⁻³ mol。
[Fe²⁺] = 2.20 × 10⁻³ / (20.00/1000) = 0.110 M。

運用題給反應式及滴定數據測定氯離子含量

課程重點：運用題給反應、觀察及滴定數據作定量分析。莫爾法可作容量分析的例子，不需背誦本法的專用化學條件。
題給反應：Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl(s)（白色）；2Ag⁺ + CrO₄²⁻ → Ag₂CrO₄(s)（紅棕色）。
終點判斷：按題給方法，Ag⁺ 先使 Cl⁻ 沉澱；Cl⁻ 接近耗盡後，少量過量的 Ag⁺ 與指示劑形成持久紅棕色沉澱，作為終點。
操作：量取樣本，依題給條件加入指示劑；以 AgNO₃ 標準液滴定，記錄滴定管初值和終值，求出使用體積。
計算：按所給反應，Ag⁺ 與 Cl⁻ 的物質的量比例為 1:1；n(Cl⁻) = c(AgNO₃) × V(AgNO₃)，V 以 dm³ 計，再用樣本體積求 Cl⁻ 濃度。

分析化學對社會的貢獻

Analytical Chemistry Contributions to Society

食品/藥物分析、環境監測、鑑證化學及臨床診斷應用

核心考點

1. 食品、藥物與環境分析

考評提示：三聚氰胺、違禁添加劑、空氣及水質污染物的檢測原理

食品分析：2008 年三聚氰胺奶粉事件揭示須以高效液相色譜 (HPLC) 或質譜 (MS) 測定牛奶中三聚氰胺含量，保護嬰兒健康。
違法添加劑：如蘇丹紅 (致癌偶氮染料) 在辣椒粉中；利用色層法 + 質譜鑑定是否含有。
空氣污染監測：CO 用紅外光譜法；SO₂/NO₂ 用比色法或螢光法；戶內甲醛用 DNPH 衍生化後以 HPLC 測定。
水質：重金屬 (Pb, Hg, Cd) 以原子吸收光譜 (AAS) 測定，靈敏度達 μg/L；pH、溶氧、COD 為常規指標。
戴奧辛 (二噁英)：劇毒有機氯化合物；以高分辨率 GC-MS (色譜—質譜聯用) 測定 ppt 級含量，確保食品及環境安全。

2. 鑑證化學與臨床診斷

考評提示：指紋/DNA 分析、違禁藥物鑑定、血糖及膽固醇測定

鑑證化學：以碘蒸氣或寧海德林 (ninhydrin) 顯示指紋；DNA 分析採用聚合酶鏈反應 (PCR) 放大微量 DNA 再以電泳識別。
違禁藥物：氣相色譜—質譜 (GC-MS) 鑑定大麻、海洛因、甲基安非他命等；呼氣酒精測試器以電化學或 IR 原理測定駕駛者血液酒精含量。
臨床血糖：葡萄糖氧化酶作用於葡萄糖產生 H₂O₂，經比色法或電化學法定量；糖尿病患者自檢血糖儀原理。
血脂 (膽固醇、三酸甘油酯)：酶—比色法量度，用於預測心血管疾病風險；LDL/HDL 比值為重要指標。
鑑證 DNA 數據庫支持刑事調查—能由極少量生物樣品 (毛髮、血跡) 鎖定嫌疑人，但亦牽涉隱私與倫理議題。

常見題型

指出家用血糖儀作為分析化學儀器的用途

用途：測量一滴血液中葡萄糖的濃度，常用於糖尿病患者的日常自我監測。
結果表示：以 mmol/L（或 mg/dL）表示血糖水平。
意義：屬分析化學在日常生活及臨床監測中的應用例子。
註：按課程要求，學生不須深入了解儀器的具體化學原理或電化學／比色操作步驟。

指出呼氣酒精測試器作為分析化學儀器的用途

用途：測量呼氣中乙醇 (ethanol) 的含量，用於執法及酒後駕駛檢查。
結果表示：換算為血液酒精含量 (BAC)，香港法定駕駛上限為 50 mg/100 mL 血液。
意義：屬分析化學在公共安全（交通安全執法）中的應用例子。
註：按課程要求，學生不須深入了解儀器的具體化學原理或電化學／紅外檢測的操作步驟。

比較傳統化學試驗與現代儀器分析的優缺點

傳統化學試驗：儀器簡單、成本低、可隨地進行；但靈敏度及特異性有限，難以檢測痕量。
現代儀器 (HPLC、GC-MS、AAS、IR)：靈敏度達 ppb/ppt 級，可同時分離與鑑定複雜混合物；但儀器昂貴、需專業人員、樣品前處理繁複。
互補性：野外或初篩用化學試驗 (如試紙)；實驗室確認及定量用儀器分析。
選擇原則：根據檢測目的 (定性 vs 定量)、靈敏度需求、成本及時效綜合考慮。

討論分析化學在現代生活方式中的角色及相關倫理議題

貢獻：提供食品、藥物、環境、醫療等領域的可靠化學數據，支撐政策制定及個人健康決定。
日常例子：超市食品標示、藥物成分分析、空氣/水質監測報告、家用血糖/尿液試紙。
倫理：DNA 資料庫涉及隱私與自由；基因檢測的結果可能引致保險或就業歧視。
社會責任：化學家須誠實記錄並報告數據、拒絕造假；政府須建立標準及監管機制；公眾需理性看待科學數據。