分析化學 / 子課題
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 (Knowledge Groups)
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 · scoring points
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（需透過鈷藍玻璃觀察以濾去 Na⁺ 的黃色）；Ca²⁺ 磚紅色；Cu²⁺ 藍綠色；Li⁺ 深紅；Ba²⁺ 蘋果綠。
- 原理：金屬離子受熱時，電子被激發至高能階，跌回基態時釋放特定波長的光子，因此不同金屬呈現特定顏色。
- 觀察陷阱：必須使用非發光火焰（藍色），否則焰色被明亮的黃色淹蓋；鉑絲清洗不徹底會引致假陽性 Na⁺ 結果。
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。
描述莫爾法 (Mohr’s titration) 測定氯離子含量的原理及步驟
- 原理：以 AgNO₃ 標準溶液作滴定劑，以 K₂CrO₄ 作指示劑（中性或微鹼性 pH 6.5–9，避免 CrO₄²⁻ 轉化為 Cr₂O₇²⁻ 或 Ag₂O 沉澱）。
- 反應：Cl⁻ + Ag⁺ → AgCl↓ 白色沉澱（Ksp 較小，先沉澱）。
- 終點：當 Cl⁻ 耗盡後，多滴入的 Ag⁺ 與 CrO₄²⁻ 反應：2Ag⁺ + CrO₄²⁻ → Ag₂CrO₄↓ 磚紅色沉澱 → 代表終點。
- 計算：Cl⁻ 物質的量 = n(Ag⁺) = c × V (AgNO₃)；可將結果換算為樣品中 Cl⁻ 濃度（mol dm⁻³ 或 mg dm⁻³）。
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)。
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。
