2004年第一屆清華盃全國高級中學化學科能力競賽決賽試題

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2004 年第一屆全國高級中學化學科能力競賽

實驗決賽

※實驗 2、3、6 所需之阿斯匹靈請自行合成，不另提供。 1. 請合成阿斯匹靈，並用乙醇再結晶純化你所合成的阿斯匹靈。於下午一點 前將 0.5 克純化後的阿斯匹靈放置於樣品瓶中交給助教，並由助教協助測 定熔點。 2. 用氫氧化鈉溶液（註）滴定室溫之阿斯匹靈水溶液，求室溫時之滴定曲線 圖並求出阿斯匹靈的游離常數 Ka。 註：將提供氫氧化鈉溶液(約 10 M)、KHP(固體)、鹽酸溶液(約 12 M)，請自行配置所需濃度之溶液，並測定其濃度。 3. 測定 25℃、35℃、45℃及 55℃時，阿斯匹靈在水溶液中之溶解度，求 25℃ 時之分子莫耳溶解熱。(將提供 4 台共用之恒溫槽、熱水及冰水。) 4. 測定阿斯匹靈與澱粉的混合物中阿斯匹靈的重量百分比。 5. 請分離含有萘 (naphthalene, C₁₀H8) 、對硝基苯胺 (4-nitroaniline, p-NO2(C6H4)NH2)及阿斯匹靈的混合溶液（溶劑為乙酸乙酯），並求出各成分之重量百分比。將分離出之三個化合物分開放置於三個樣品瓶中，連同答案卷交給助教。所需藥品：NaOH(約 6 M, 3 M)、HCl(約 3 M, 12 M)。如需其他濃度請自行製備。 6. 用自行合成的阿斯匹靈(溶於乙醇)與 0.5g 銅化合物(溶於水，水不宜過多。) 合成 copper(II) aspirinate。請於下午三點前將合成之全部 copper(II) aspirinate 放置於樣品瓶中交給助教。

7. 測定 copper(II) aspirinate 與澱粉混合物中 copper(II) aspirinate 的重量百分比。 OH COOH H3C O H₃C O O H₃PO₄ CH3 OH O + + 柳酸 O COOH O CH₃ 醋酸酐阿斯匹靈醋酸

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Hint 1：合成阿斯匹靈步驟： 1 加柳酸於錐形瓶中，並以量筒量取醋酸酐，置入錐形瓶內，再加入 85% H3PO4（醋酸酐與磷酸具腐蝕性，實驗時請小心，萬一手或衣服觸及，立刻以肥皂水清洗）。 2 溫度控制在 75℃上下，保持此溫度一段時間後，謹慎加入蒸餾水以分解過量的醋酸酐。 3 將錐形瓶置入冰水浴中(ice bath)，以加速結晶及增加產量。 Hint 2：當氫氧化鈉溶液逐步加入阿斯匹靈水溶液時，pH 值逐漸升高，以所加入的氫氧化鈉溶液體積為橫座標，pH 值為縱座標所繪製的圖，稱為滴定曲線圖。 Hint 3：1配製過飽和的阿斯匹靈水溶液。 2不同溫度下溶解，須恒溫1~2 小時。 3阿斯匹靈在鹼性下，才完全溶解;而且溫度及滴定技巧對結果影響很大。 4Van’t Hoff 方程式: C T R Kc= −∆Η × 1 + 303 . 2 log 式中，R 為氣體常數 (R=8.314 J/mol-k)，

Kc

為溶解度，△H 為分子莫爾溶解熱，T 為絕對溫度。 Hint 4： Hint 5： R NH₂ R NH₃+ R NH₂ R NH -R COOH R COO -H+ OH -OH -O COOH O CH3 O CH3 O O O O H₃C O O O Cu2+ Cu2+ +

Copper(II) Copper(II) Aspirinate Aspirin

50o_C

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Hint 6： Hint 7：

酸鹼指示劑變色範圍

指示劑顏色變化中文英文甲基橙 Methyl orange pH<3.1 紅 pH>4.4 黃甲基紅 Methyl red pH<4.2 紅 pH>6.3 黃酚酞 Phenolphthalein pH<8.3 無 pH>10.0 紅

金屬指示劑變色範圍

指示劑顏色變化中文英文 PAN Pyridylazonaphthol pH=4~5 紅―黃 hint 8: pH meter 的使用步驟: 1.使用前,需用去離子水清洗電極再插入要測的樣品中 2.最後關機前也使用需用去離子水清洗電極 3.再將電極插回原蓋子中保存 4.關掉 power ps:裝電極的蓋中溶液請勿倒掉,若已倒掉則請跟監考老師領取 NO₂ H₂N 4-nitroaniline COOK COOH KHP Naphthalene N N CH₂CH₂CO₂ -CH₂CH₂CO₂ -O O -O O -M2+ 2 -M2+與 EDTA ( FW=372.24 ) 配位 配位數 4 之 Mn+_{與 EDTA(FW=372.24)配位}

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實驗藥品目錄

藥品名稱 每組用量容器 備註 check copper(II) aspirinate 與澱粉的混合物 3g 20mL 樣本瓶題目 2 阿司匹靈與澱粉的混合物 1.2 g 20mL 樣本瓶題目 3 萘、對硝基苯胺 （p-NO2(C6H4)NH2）及阿司匹靈的混合溶液 40 mL 100mL 血清瓶題目 4 混合溶液為 EA 溶液 ( 乙酸乙酯) HCl 70 mL 100mL 血清瓶 H3PO4 10 mL 20mL 樣本瓶 NaOH (約 6M) 75 mL PE 瓶 NaOH (約 10M) 50 mL PE 瓶醋酸酐 30 mL 100mL 血清瓶 EA(乙酸乙酯) 30 mL 100mL 血清瓶乙醇 250 mL 500mL 玻璃瓶酚酞 5mL 試管於試管架上甲基紅 5mL 試管於試管架上甲基橙 5mL 試管於試管架上 PAN 5mL 試管於試管架上硫酸銅 3 g 20mL 樣本瓶 pH=5 buffer 10mL 20mL 樣本瓶 KHP 5 g 20mL 樣本瓶苯二甲酸氫鉀柳酸 10 g 20mL 樣本瓶 EDTA 3 g 20mL 樣本瓶澱粉 3 g 20mL 樣本瓶醋酸銅 (精稱)0.5g 20mL 樣本瓶

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高中實驗競賽器材清單

器材名稱容量數量備註定量瓶 250、100 mL 2 各2個燒杯 400、250、100、50 mL 4 各4個定量吸管 25 mL 2 定量吸管 _{10 mL} ₁ 滴定管 _{50 mL} ₂ 滴定管 25 mL 1 量筒 100、10 mL 1 各1個錐形瓶 _{125 mL} ₄ 錐形瓶 250 mL 2 分液漏斗 125 mL 1 抽濾裝置 250 mL 1組抽濾瓶與白磁漏斗空的樣品瓶 20 mL 5 裝需交回的產物濾紙 55 mm 、110 mm 1 各1盒玻棒 ₂ 漏斗 1 滴管 15 洗滌瓶 2 安全吸球 2 刮勺 ₃ 錶玻璃 2 磁石 2 試管(含蓋) 7 試管 8 12*160 mm 試管刷 2 試管架 1 100℃溫度計 2 鐵盆 1 聶子 1 研缽(含杵) 1 石蕊試紙 5 紅、藍色各5張加熱版 2 加熱裝置石棉心網*1、泥三角*2、點火槍*1、鐵架*1 坩鍋組坩鍋(含蓋)*2、坩鍋夾*2

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儀器 pH meter(已校正) 、恆溫槽*1