實作測驗題目卷
蒙特婁 星期二 七月十五日 1997
注意！ 在實驗室裡，你必須全時間戴安全眼鏡或你自己的眼鏡，並利用特別取液吸 管法裝填溶液，初次取下眼鏡或用嘴直接吸取溶液，監考官將會給你嚴重警告。 如果再次犯錯，將會扣你該實驗的總分 5 分，第三次犯錯，將認定你已經無法繼 續做實驗，及那些不能遵守實驗室安全守則將不能再參加實驗競試，整個實作將 以零分計算。 作答指導： • 在做每個實驗前，請先看完實驗的內容與答案卷。並注意時間的分配。 • • • 將你的姓名及個人編號寫在答案紙上的右上角。 • • • 監考員說 "START" 後才可開始。 • • • 你有 5 小時的解答及作答時間。在監考員喊 "STOP" 後，馬上停止，並交回你的 • • 答案卷。遲交超過 3 分鐘，將取消該題成績。 •• • 所有的結果均須在指定的位置作答，寫在其他的地方的資料不予計分，答案卷的 • • 背面不要寫任何字。如需額外的紙張書寫，可向監考員索取。 • • • 只能用大會所提供的筆作答，可使用大會的或自己的計算機。 • • • 除了冷卻用水外，其餘用水一律須使用蒸餾水。 • • • 廢棄的藥品須倒在適當的廢液瓶中。 • • • 注意 "有效數字" 必須正確。否則依規定扣分。 • • 你可由下選項直接選擇你要看的答案: 實作問題 1、實作問題 2、實作問題 3
實作問題 1
(16 分)
瓶裝水（BOTTLED WATER）中 Mg
2+和 Ca
2+濃度的測定
• 已知草酸鈣(calcium oxalate)的 Ksp 為 2.3 x 10-9 ， • • 草酸鎂(magnesium oxalate)的 Ksp 為 8.6 x 10-5 。 • • • 在一保持 pH 10 的溶液中，鎂指示劑（ Calmagite indicator）與 Mg2+ 結合 • • 時呈粉紅色，在沒有鎂離子時呈藍色。而鈣離子不與鎂指示劑結合。 • • • 即使有鎂指示劑存在，EDTA 也會與 Mg2+ 和 Ca2+ 結合。EDTA 和 Mg2+ 和 Ca2+ • • 的錯合比例都是 1:1。 • • • 原子量： MCa = 40.08 g mol-1；MMg = 24.31 g mol-1 可用的化合物： 500 mL「瓶裝水」樣品 (其上標示有：BOTTLED WATER) 緩衝溶液 (pH 10) (其上標示有：Buffer pH 10)鎂指示劑 (其上標示有：Calmagite) 飽和的草酸銨溶液 (在公用的滴定管中) EDTA 水溶液 (其上標示有： EDTA) Mg2+ 的標準液（註 ） (其上標示有： Mg2+ Standard) 蒸餾水 (其上標示有： DISTILLED WATER) （註）0.928 mg Mg2+ /mL 溶液 ， 0.0382 moles Mg2+ /L 實驗步驟： A. 鈣離子的沈澱： 利用 25.00 mL 的量液吸管（aliquot）吸取 25.00 mL「瓶裝水」於一 50 mL 的 錐形瓶中，並利用在你附近公用滴定管 精確量取約 0.50 mL 的飽和草酸銨溶液 （saturated ammonium oxalate solution），小心搖晃 三角瓶內的溶液，使其 均勻混合，才能保證反應完全。然後靜置 至少 45 分鐘，使沈澱完全。(其間可做 其他實驗，偶而來回搖晃混合均勻)。
B. EDTA 溶液的標定(Standardization)
精確量取 5.00 mL 稀釋過的鎂離子標準溶液，於其中加入蒸餾水 40 mL 後，再加 入 5.0 mL、 pH 10 的緩衝溶液，及適量（一些）的鎂指示劑，以 EDTA 溶液 滴定 此溶液至清澈藍色終點。 視需要，重複此步驟二至三次。 C. Mg2+ 和 Ca2+ 之滴定 ： 精確量取 5.00 mL 的「瓶裝水」，置於 125mL 的錐形瓶中，加入蒸餾水 40 mL 後， 再加入 5.0 mL、 pH 10 的 緩衝溶液，及適量（一些）的鎂指示劑，以 EDTA 溶液 滴定上面所配製的溶液，至一清澈的藍色終點為止。 視需要，重複此步驟二至三次。 D. Mg2+ 離子之滴定： 精確量取的 A 部份 所配製的不含 鈣離子的「瓶裝水」5.00 mL，置於 125mL 的錐 形瓶中，加入蒸餾水 40 mL 後，再加入 5.0 mL、 pH 10 的 緩衝溶液，及適量（ 一些）的鎂指示劑，以 EDTA 溶液滴定上面所配製的溶液，至一清澈的藍色終點為 止。 視需要，重複此步驟二至三次。 計算：
計算「瓶裝水」樣品內 Mg2+ 的濃度(以 mgL-1 表示)。 計算「瓶裝水」樣品內 Ca2+ 的濃度(以 mgL-1 表示)。
實作問題 2
（12 分）
有機定性分析
有六種有機化合物分裝於六個瓶子中，利用你手邊可用的 化學試藥# ，決定每個 瓶子中所含的是下列八種化合物*的那一種。 有些化合物具有強烈臭味，你要隨時注意蓋緊瓶蓋，以免實驗室太臭。將廢棄物 丟入標為"ORGANIC WASTE"的瓶子裡，用過的石蕊試紙也要丟入 廢棄物瓶中，並 隨時將廢棄物瓶蓋蓋上。可用的化學藥品#
石蕊試紙， 紅色及藍色
硝酸鈰銨水溶液 （標示為 CERIC AMMONIUM NITRATE） 鉻酸─硫酸水溶液 (標示為 CHROMIC-SULFURIC ACID) 2,4-二硝基苯 (2,4-dinitrophenylhydrazine)水溶液 (標示為 2,4-DNPH) 0. 2% 過錳酸鉀水溶液 (標示為 0.2% KMnO4) 丙酮 (標示為 ACETONE) 可能的八種化合物* 2-丁酮 (2-butanone) 1-癸烯 (1-decene) 2,3-二胺基-2,3-二甲基丁烷 (2,3-diamino-2,3-dimethylbutane) 己烷 (hexane) 3-甲基-1-丁醇 (3-methyl-1-butanol) 2-甲基-2-丁醇 (2-methyl-2-butanol) 壬(九)醛 (nonanal) 丙酸 (propanoic acid)
**有一些化合物為稀水溶液， 但並不會干擾實驗結果。
實作問題 3
（12 分）
取代基二氫-1,3-氧代氮代苯并環己烷
(dihydro-1,3-benzoxazine, C) 的合成
問題 氧代氮代苯并環己烷(Benzoxazines)家族早就被發現是具有生物活性的化合物， 其中之一為化合物 C，將由下列敘述的三個步驟合成。步驟一中所得的產物需全 部用於第二步，同樣的，步驟二的產物需全部用於第三步。你的成績將決定於最 終產物的產率及純度。 可用的化學藥品 裝有 2.5ML 的 1-胺基-4-甲基苯(0.22 克)的酒精溶液的 5 毫升反應樣品瓶 (標示為 i) 裝有 0.25 克的 2-氫氧基苯甲醛的樣品瓶 (標示為 ii) 裝有 0.1 克的硼氫化鈉的樣品瓶 (標示為 iii) 裝有 0.042 克的聚甲醛的樣品瓶 (標示為 iv) 裝有稀 KOH 的酒精溶液的試管,由 50 毫克的 KOH 溶於 10 毫升的酒精配成 (標示為 v) 裝有無水酒精的洗瓶 (標示為 ETHANOL)
每個實驗室均提供冰塊
原子量
MH = 1.008g mol-1 MC = 12.011g mol-1 MN = 14.007g mol-1
MO = 15.999 g mol-1 MNa= 22.990 g mol-1 MB = 10.811 g mol-1
實驗步驟 步驟一 1. 在標示為 i 的 5 毫升的反應樣品瓶的溶液中放入小的磁攪拌子(magnetic stirbar) 並以電磁攪拌器開始攪拌。 2. 將標示為 ii 的樣品瓶中的 2-氫氧基苯甲醛逐滴緩慢加入正在攪拌的溶液 i 的瓶中 ，不久之後，會產生黃色結晶，此即為中間產物 A。 3. 利用抽氣過濾法收集黃色固體產物 A，並以冰冷的乙醇沖洗。
步驟二 1. 在一個 5 毫升的反應樣品瓶中置入約 1.5 毫升的乙醇，並將步驟一中所得的中間產物 A 加入此反應瓶中。 2. 將此反應瓶以冰/水冷卻。在利用取藥匙快速攪拌下，將硼氫化鈉 (iii) 在約 5 分 鐘的時間以少量方式逐次加入，直至鮮黃色消失並生成白色沈澱時，反應即完全。 此反應會產生氣泡。注意實驗室所提供的硼氫化鈉比實際需要量要多。 3. 利用抽氣過濾法收集白色固體產物 B，並以冰冷的乙醇沖洗，並在空氣中乾燥約 5 分鐘。 步驟三 1. 在一個 5 毫升的反應樣品瓶中，將標示為 ( iv ) 的瓶中所有的聚苯甲醛溶於大約
2.5 毫升的氫氧化鉀乙醇溶液( v )，攪拌直至固體完全溶解。 2. 將步驟二中所有的產物 B 加入此樣品瓶中，溫和加熱迴流並攪拌約 15 分鐘，反應 混合物會變成澄清溶液。 3. 小心的將一部份的乙醇蒸掉，直到溶液濃縮剩餘約 1 毫升，停止加熱並冷至室溫。 此時所產生的結晶物質即為最後產物 C。 4. 利用抽氣過濾法收集產物 C ，並在空氣中乾燥之。 5. 此粗產物利用乙醇做再結晶，並乾燥約 15 分鐘。。 6. 先測定此最終產物的熔點*，再測定其質量。 7. 將所有的產物放在編號並標有"PRODUCT C"的樣品瓶中，並送交評分。 注意：熔點總是一個範圍。是由晶體開始熔解到全部的 晶體熔解的範圍。使用熔點測 定儀前，先令其冷卻至 50oC 左右即可。監考人員在考試後 會檢查你的產物的質量及熔 點。 *注意：不要等到實作的最後時間才測定你的熔點。
