分析化學 / 子課題
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 (Knowledge Groups)
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 · scoring points
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⁻。
分析化學 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 化學神器 App。
