第 1 頁
Practical Problems
實作測驗
"用化學與世界產生鍵結"
第 49 屆國際化學奧林匹亞
佛統府・泰國
第 2 頁
第 3 頁
注 意 事 項
□ 頁數：本實驗試卷暨答案卷共有 38 頁（含封面、元素週期表與答案卷）、總 共三個題目－Task 1A、Task 1B 與 Task 2。
□ 試題閱讀：在實驗開始前，學生可有 15 分鐘閱讀試卷，正式的英文試卷僅 供澄清中文翻譯使用。 □ 作答時間：五小時內完成所有實驗，請注意某些步驟會花上 20～30 分鐘。 □ 開始/結束：在宣布「開始（Start）」之後才可作答，宣布「停止（Stop）」 時須立刻停止作答。 結束前三十分鐘，會提醒大家。 在宣布停止後一分鐘仍未停止者，將取消實作成績。 在宣布停止後，請將你的回答試卷放入試卷袋中，並且在實驗座位上等 待，試場人員會進行收取考卷與樣品，同時檢查你的實驗座位。 □ 安全：請遵守 IChO 的安全規定，在實驗室中請全程穿戴安全眼鏡，自行配 光的安全眼鏡需經試場人員同意後使用，操作化學品時，可以使用手套。 如果違反 IChO 的安全規定，你只能有一次警告的機會，如果警告後 仍然違反安全規定，會被要求離開實驗室，實作分數零分。 實驗室內不可飲食。 安全規定：絕對禁止用嘴吸量。 如果有任何安全相關問題請立即詢問試場人員，如果你需要暫離實驗 室去上洗手間或吃零食，請告知試場人員。 □ 實驗空間：你只能在所提供給你的位置進行實驗，使用共用的空間或設備後 請保持清潔。 □ 更換或補充額外藥品：除非另外標明，一般不提供更換或補充額外化學藥品 與器材，你可以要求一次更換或補充額外化學藥品與器材而不扣分，超過一 次之後，每一項額外項目各扣總分 40 分中的 1 分。 □ 廢棄物：所有的化學藥品與器材應留在你的實驗座位上，廢棄化學藥品必須 放入指定的廢棄瓶（waste bottle）。 □ 答案卷：所有答案需正確填入答案卷中試當的位置以利計分，只有以筆書寫 的答案會記分。 請於每一頁右上寫入學生編號。 只能使用大會提供的筆。 沒有寫在正確的答案格內將不予計分，你可以利用試卷背面計算。 只能使用大會提供的計算機進行計算。 □ 考試期間保持良好狀態：在實驗室外備有飲水與零食。
第 4 頁 □ 你將與另一位學生共用一台 UV 光譜儀：在一開始的前兩小時只要儀器有 空，你可以任意使用，如果另一位學生在使用中，你必須等他用完。你不可 佔用光譜儀超過一個小時，如果佔用超時，你會被要求暫停，讓另一位可以 用。另一位學生不用時，你可以再回來使用儀器，安排好你的實驗順序，避 免浪費時間等待。 時間 0900～1000 1000～1100 1100～1200 1200～1300 1300～1400 順序 自由使用 自由使用 左側使用者 右側使用者 自由使用 左側使用者：為光譜儀左側的學生優先使用。 右側使用者：為光譜儀右側的學生優先使用。
你可以自由安排實驗進行的順序
。
第 5 頁
實作測驗
實作 Task 1A
第 6 頁
藥品與設備（Task 1A）
I. 藥品（標籤為以下粗體字的部分）
危害標示a
儀器校正液（Instrument check solution），80 mL 塑膠瓶
2.00 10-4 M 甲基橙指示劑（Methyl orange indicator solution），30 mL 廣口玻璃瓶
H301
1.00 10-3 M 溴瑞香草酚藍指示劑（Bromothymol
blue indicator solution），30 mL 廣口玻璃瓶
H226
甲基紅指示劑（Methyl red indicator solution），10 mL 廣口玻璃瓶 H225-H319-H371 1M 鹽酸（HCl），30 mL 塑膠瓶 H290-H314-H335 1 M 氫氧化鈉（NaOH），30 mL 塑膠瓶 H290-H314 緩衝溶液 solution A，110 mL 塑膠瓶 未知溶液 X（Unknown solution X），50 mL 塑膠瓶 未知溶液 Y（Unknown solution Y），50 mL 塑膠瓶 未知溶液 Z（Unknown solution Z），50 mL 塑膠瓶 a參考第37 頁健康危害說明。 II. 實驗設備與器材 共用設備 數量 光譜儀（UV-Visible spectrophotometer） 2 人共用一台 個人器材 數量 25 mL 燒杯 2 25.00 mL 容量瓶 9 2.00 mL 吸量管 2 10.0 mL 量筒 3 玻璃滴管 6 橘色玻璃滴管橡皮頭 6 三向安全吸球 1
第 7 頁 滴管架 1 試管（13 100 mm） 6 試管架 1 塑膠光析管，光徑 = 1.00 cm 1 1 L 塑膠儲廢瓶（Waste bottle） 1 標籤紙（在封口袋中） 1
第 8 頁 Task 1A 13% a b c Total a1 a2 b1 b2 b3 c1 c2 Total 12 2 6 1 1 2 2 26 Score 佔總分 13% Task 1A：酸鹼指示劑與其 pH 量測應用 酸鹼指示劑通常是弱酸（或弱鹼），在酸的形式（HIn，顏色 1）或鹼的形 式（In－ ，顏色 2）具有不同顏色，在稀釋的水溶液中可進行下列反應： HIn H+ + In－ 當含有指示劑的水溶液 pH 值改變時，上述反應平衡會趨向反應物（HIn）或 產物（In－ ），致使溶液顏色因其物種濃度不同而改變。在強酸溶液中大部分指示 劑會呈現 HIn 形式（顏色 1），在強鹼溶液中大部分指示劑會呈現 In－ 形式（顏色 2），在中間的 pH 值時，溶液因 HIn 與 In－ 相對量的多寡而呈現顏色 1（在波長 1 吸光）與顏色 2（在波長 2 吸光）的混和。 藉由量測在兩個不同波長的吸收度，HIn 與 In－ 兩者的濃度可由下列式子算 出：
Aλ1total = Aλ1HIn + Aλ1In-
= λ1HIn b[HIn] + λ1In-b[In-]
Aλ2total = Aλ2 HIn + Aλ2
In-= λ2HIn b[HIn] + λ2In-b[In-]
其中，b 是光徑長，ε 是莫耳吸收率。 在某一 pH 值，溶液中 HIn 與 In－ 相對量與指示劑的酸解離常數（Ka）有 關，如下式： Ka =
[H
+][In
−]
[HIn]
因此，在某一 pH 值，指示劑的酸解離常數（Ka）可藉由溶液中 HIn 與 In－的相 對量算出。第 9 頁 實驗裝置 光譜儀使用說明 1. 根據下列圖片說明來量測欲選取波長的吸收度。 2. 擦乾裝有蒸餾水的光析管的外側，並放入樣品槽中。 3. 用蒸餾水樣品將吸收度歸零。 4. 取出光析管，將蒸餾水換成所欲量測的樣品溶液，在置入樣品槽前，可輕敲去 除溶液中的氣泡，並將光析管外側擦乾。 5. 記錄樣品的吸收度。 注意：每當改變波長時，需用蒸餾水將吸收度歸零。
Spectrophotometer No.（光譜儀編號）；Sample compartment（樣品槽）；Screen （螢幕）；Keypad（按鍵）
第 10 頁 步驟 1：按 1 按選 1 號鍵來選取光度計模式（Photometric） 注意：如果左圖未顯示於螢幕上，可按[return]鍵 步驟 2：按 1 按選 1 號鍵來選取光度計為單一波長模式 （Photometric） 步驟 3：設定波長 按選[GO TO WL]鍵來設定光波長 在鍵盤上輸入數字 注意：如果所要設定的波長為 432，請按 4 3 2 。 按下[ENTER]鍵 [GO TO WL] 4 3 2 [ENTER] 注意：如果 Abs 沒有顯示於螢幕上，請按[F1]鍵來 切換%T 與 Abs。 以蒸餾水清洗 以溶液裝滿約 3/4 光析 管，並以紙擦拭外側 步驟 4：讀取吸收度 將裝有蒸餾水的光析管放入樣品 槽，按下[AUTO ZERO]鍵。 將裝有樣品溶液的光析管放入樣 品槽，即可讀取吸收值。 重複步驟 3～4 來量測另一波長的吸收度
1
Press [1]
Press [1] icon on the touchscreen to select
Photometric mode
Note : If the main menu as shown in the left picture is not displayed on the screen, press [return] on the keypad.
2
Press [1]
Press [1] on the touchscreen to select Photometric
single wavelength mode
3
Set the wavelength
Press [GOTO WL] on the keypad to set the
wavelength
Press number on the keypad
Note : For example, if the desired wavelength is 432 nm, press 4 3 2 on the keypad.
Press [ENTER] on the keypad
Note : If the Abs is not displayed on the screen, press [F1] on the
keypad to switch between %T & Abs.
Rinse with water 1 - 2 me Fill the solu on around ¾ of cuve e height & Wipe with paper
4
Get the Absorbance value
Place cuvette containing water in the sample compartment and press
[AUTO ZERO] on the keypad
Place cuvette containing sample solution in the sample compartment to measure the absorbance
Repeat Step 3-4 to measure the absorbance at another wavelength
1 Press [1]
Press [1] icon on the touchscreen to select Photometric mode
Note : If the main menu as shown in the left picture is not displayed on the screen, press [return] on the keypad.
2 Press [1]
Press [1] on the touchscreen to select Photometric
single wavelength mode
3 Set the wavelength
Press [GOTO WL] on the keypad to set the wavelength
Press number on the keypad
Note : For example, if the desired wavelength is 432 nm, press 4 3 2 on the keypad.
Press [ENTER] on the keypad
Note : If the Abs is not displayed on the screen, press [F1] on the
keypad to switch between %T & Abs.
Rinse with water 1 - 2 me Fill the solu on around ¾ of cuve e height & Wipe with paper
4 Get the Absorbance value
Place cuvette containing water in the sample compartment and press
[AUTO ZERO] on the keypad
Place cuvette containing sample solution in the sample compartment to measure the absorbance
Repeat Step 3-4 to measure the absorbance at another wavelength
第 11 頁 導引 在 0.1 M 鹽酸中指示劑皆為酸式（HIn）。 在 0.1 M 氫氧化鈉中指示劑皆為鹼式（In－ ）。 虛線格中的答案不計分 注意： 建議學生先用儀器校正液來檢查光譜儀在 430 與 620 nm 波長的吸收度。 光譜儀編號： 為本次實驗所用之儀器。 記錄儀器校正液的吸收度(A) A (at 430 nm) A (at 620 nm) 吸收度讀值 ________________ ________________ 建議區間 0.220 – 0.260 0.450 – 0.510 若讀值在建議區間內，可以進行後續實驗；若讀值在區間外，請詢問試場人員。 a 部分 酸鹼指示劑（甲基橙）在強酸與強鹼中的吸收度量測 1. 量取 1.50 mL 的 2.00 10-4 M 甲基橙指示劑放入 25.00 mL 容量瓶，加入 2.5 mL 的 1M HCl，再加入蒸餾水直達刻度線，量測並記錄在波長 470 與 520 nm 的吸收度。 2. 量取 2.00 mL 的 2.00 10-4 M 甲基橙指示劑放入 25.00 mL 容量瓶，加入 2.5 mL 的 1M NaOH，再加入蒸餾水直達刻度線，量測並記錄在波長 470 與 520 nm 的吸收度。 3. 計算甲基橙之酸式與鹼式在波長 470 與 520 nm 的莫耳吸光率。
第 12 頁 a1)記錄甲基橙在酸性與鹼性溶液之吸收度(A) （你無需填滿整張表） 甲基橙之酸式 A (at 470 nm) A (at 520 nm) 第 1 次量測 第 2 次量測 第 3 次量測 可接受的值 （取到小數點後第三位） _____________ _____________ a2)計算甲基橙之酸式與鹼式的莫耳吸光率（單位：dm3 mol-1 cm-1或 M-1 cm-1） 計算用空格 甲基橙之莫耳吸光率如下：（單位：dm3 mol-1 cm-1或 M-1 cm-1） 酸式（HIn） 鹼式（In－ ） 甲基橙 470
HIn 520HIn 470In- 520
In-____________ ____________ ____________ ____________ 甲基橙之鹼式 A (at 470 nm) A (at 520 nm) 第 1 次量測 第 2 次量測 第 3 次量測 可接受的值 （取到小數點後第三位） _____________ _____________
第 13 頁 b 部分 量測酸鹼指示劑（溴瑞香草酚藍，bromothymol blue）在緩衝溶液中的吸收度 溴瑞香草酚藍在酸式（HIn）呈黃色，在鹼式（In－ ）呈藍色，在酸式時吸收 度最高的波長為 430 nm，在鹼式時吸收度最高的波長為 620 nm。酸式溴瑞香草 酚藍的莫耳吸光率，在波長 430 nm 為 16,600 M-1 cm-1，在波長 620 nm 為 0 M-1 cm-1。鹼式溴瑞香草酚藍的莫耳吸光率在波長 430 nm 為 3,460 M-1 cm-1，在 波長 620 nm 為 38,000 M-1 cm-1。 1. 量取 1.00 mL 的 1.00 × 10-3 M 溴瑞香草酚藍指示劑置入 25.00 mL 的容量 瓶，加入溶液 A 到達刻度線（注意：溶液 A 是 pH = 7.00 的緩衝溶液）。 2. 量測在波長 430 與 620 nm 的吸收度。 3. 計算在容量瓶中酸式與鹼式溴瑞香草酚藍的濃度。 4. 計算溴瑞香草酚藍的酸解離常數。 b1)量測在緩衝溶液中溴瑞香草酚藍的吸收度 （你無需填滿整張表） b2)計算在此溶液中酸式與鹼式溴瑞香草酚藍的濃度 計算用空格 溴瑞香草酚藍在緩衝溶液中 A (at 430 nm) A (at 620 nm) 第 1 次量測 第 2 次量測 第 3 次量測 可接受的值 （取到小數點後第三位） _____________ _____________
第 14 頁 寫下此溶液中酸式與鹼式溴瑞香草酚藍的濃度： [HIn]（M） [In－]（M） ___________________ （3 位有效數字） ___________________ （3 位有效數字） b3)計算溴瑞香草酚藍的酸解離常數 計算用空格 寫下溴瑞香草酚藍的酸解離常數： 酸解離常數 = （3 位有效數字）
第 15 頁 c 部分 以酸鹼指示劑（甲基紅，methyl red）測定溶液 pH 值 甲基紅指示劑在酸式（HIn）呈紅粉色，在鹼式（In－ ）呈黃色，酸式甲基紅的莫 耳吸光率在波長 470 nm 為 9,810 M-1 cm-1，在波長 520 nm 為 21,500 M-1 cm-1。鹼 式甲基紅的莫耳吸光率在波長 470 nm 為 12,500 M-1 cm-1，在波長 520 nm 為 1,330 M-1 cm-1。甲基紅的 pKa 值為 4.95。 注意：此部分實驗不需要精確量測體積，不會影響實驗結果。 1. 在試管中加入四分之一體積的未知 pH 值溶液（unknown pH）X，加入三 滴甲基紅並記錄顏色。 2. 在試管中加入四分之一體積的未知 pH 值溶液（unknown pH）Y，加入三 滴甲基紅並記錄顏色。 3. 在試管中加入四分之一體積的未知 pH 值溶液（unknown pH）Z，加入三滴 甲基紅並記錄顏色。 記錄指示劑顏色（不計分） 指示劑 觀察顏色
in sample X in sample Y in sample Z 甲基紅
c1)下列哪一個溶液，可利用甲基紅光譜變化測知其 pH 值？
Sample X Sample Y Sample Z
4. 用量筒取上題所選的溶液 10 mL，置入燒杯中，加入三滴甲基紅並均勻混 和，量測在波長 470 nm 與 520 nm 的吸收度。 5. 計算甲基紅的酸式與鹼式濃度比值。 6. 計算此溶液 pH 值。 記錄溶液的吸收度 所選擇的溶液 A (at 470 nm) A (at 520 nm)
第 16 頁 c2)計算此未知溶液中，甲基紅的鹼式與酸式濃度比值（[In－] / [HIn]），並計算此 溶液 pH 值。 計算用空格 寫下未知溶液中甲基紅的鹼式與酸式濃度比值以及此溶液 pH 值： 樣品 [In－] / [HIn] pH _________________ (小數點下 2 位) _____________ (小數點下 2 位)
第 17 頁
實作測驗
實作 Task 1B
第 18 頁 藥品和器材（Task 1B） I. 藥品和材料（標籤只顯示粗體黑字部分） 危害標示a 溶液 A（Solution A：KIO3 10.7042 g in 5.00 L），60 mL塑膠瓶中 H272-H315-H319-H335 溶液 B（Solution B：飽和 Ca(IO3)2溶液）， 50 mL塑膠瓶中 H272-H315-H319-H335 溶液 C（Solution C：未知 KIO3溶液含有飽 和 Ca(IO3)2溶液），50 mL塑膠瓶中 H272-H315-H319-H335 硫代硫酸鈉（Na2S2O3）溶液，200 mL塑膠 瓶中 碘化鉀溶液（KI 10%（w/v）），100 mL塑膠 瓶中 H300+H330-H312-H315-H319-H335 1M 鹽酸（HCl），100 mL塑膠瓶中 H290-H314-H335 澱粉溶液（Starch solution 0.1%（w/v）），30 mL 玻璃滴瓶中 蒸餾水（Distilled water），500 mL 在洗瓶中 蒸餾水（Distilled water），1000 mL 在塑膠 桶中 a參考第37 頁健康危害說明。 II. 設備和實驗器具 個人實驗器具 數量 100 mL 燒杯 2 250 mL 燒杯 1 125 mL 錐形瓶 9 5.00 mL 移液吸管 2 10.00 mL 移液吸管 1 10.0 mL量筒 1 25.0 mL量筒 2
第 19 頁 玻璃滴管 1 橘色玻璃滴管橡皮頭 1 直徑 7.5 cm 的玻璃漏斗 2 直徑 5.5 cm 的塑膠漏斗 1 濾紙（放在夾鍊袋中） 3 50.0 mL滴定管 1 滴定管架和滴定管夾 1 具固定夾的圓形鐵環 2
第 20 頁 Task 1B a b c Total a1 a2 a3 b1 b2 b3 c1 c2 c3 Total 1 5 1 6 1 2 6 1 3 26 Score 佔總成績 13%
Task 1B：碘酸鈣（Calcium iodate）
碘酸鈣是由鈣和碘酸根離子組成的無機鹽。碘酸鈣微溶於水，平衡反應包含 未溶解鹽及飽和溶液。
Ca(IO3)2(s) Ca2+(aq) + 2 IO3－(aq)
使用滴定數據來決定飽和溶液中碘酸根離子的濃度，然後可以計算出碘酸 鈣的溶度積常數（Ksp）。 溶液中加入碘化鉀（KI），並使用標準硫代硫酸鈉（Na2S2O3）溶液滴定， 可以用於測定碘酸根的濃度。使用澱粉溶液（startch solution）當作指示劑。 在 a 部分，主要是標定 Na2S2O3溶液的濃度，b 部分是測定 Ca(IO3)2的溶度 積常數（Ksp）。 在 c 部分，將固體碘酸鈣溶於未知濃度的稀釋碘酸鉀溶液中，將混和溶液（碘 酸鈣和碘酸鉀）靜置三天，未溶解的鹽與飽和溶液會達到平衡。溶液中碘酸根的 濃度，可使用相同的方法（硫代硫酸鈉溶液滴定）來測定碘酸根濃度，可用來計 算稀釋碘酸鉀的濃度。 a 部分 標定Na2S2O3溶液的濃度 1. 於滴定管填入 Na2S2O3溶液。 2. 將 10.00 mL 標準 KIO3溶液（溶液 A，KIO3 10.7042 g 溶成 5.00 L 溶液） 加入錐形瓶中。將 10 mL KI（10%（w/v））和 10 mL HCl（1 M）加到錐 形瓶中。當 I2形成時，溶液應變成深棕色。 3. 使用 Na2S2O3溶液滴定，直到溶液變成淡黃色，加入 2 mL 澱粉溶液 0.1% （w/v），溶液應該變成深藍色，小心地滴定至無色終點，記錄使用的 Na2S2O3溶液體積。 a1)平衡相關化學方程式。
IO3－(aq) + I－(aq) + H3O+ (aq) I2(aq) + H2O(l)
第 21 頁 a2)記錄 Na2S2O3溶液的體積。 (您不需要填寫整個表) 滴定次數 第 1 次 第 2 次 第 3 次 滴定前 Na2S2O3溶液的滴定管刻度（mL） 滴定後 Na2S2O3溶液的滴定管刻度（mL） 使用的 Na2S2O3溶液的體積（mL） 使用的體積（mL）：V1 = a3)計算 Na2S2O3溶液的濃度 Na2S2O3溶液的濃度（M）： （寫到小數點後第 4 位） （如果學生無法得到 Na2S2O3的濃度，則使用 0.0700 M 進行下一步的計算。）
第 22 頁 b 部分 測定 Ca(IO3)2的溶度積常數（Ksp） 1. 溶液 B 是過濾後的 Ca(IO3)2飽和溶液。 2. 吸取 5.00 mL 溶液 B 加入錐形瓶中，然後加入 10 mL KI 10%（w/v）和 10 mL HCl（1 M）到錐形瓶中。 3. 用 Na2S2O3溶液滴定，直到溶液變成淡黃色，加入 2 mL 0.1%（w/v）澱粉 溶液，溶液應該變成深藍色，小心滴定至無色終點，記錄使用的 Na2S2O3 溶液體積。 b1)記錄 Na2S2O3溶液的體積 （您不需要填寫整個表） 滴定次數 第 1 次 第 2 次 第 3 次 滴定前 Na2S2O3溶液的滴定管刻度（mL） 滴定後 Na2S2O3溶液的滴定管刻度（mL） 使用的 Na2S2O3溶液的體積（mL） 使用的體積（mL）：V2 = b2)計算溶液 B 中 IO3－的濃度 IO3－的濃度（M）： （寫到小數點後第 4 位）
第 23 頁 b3)計算 Ca(IO3)2的溶度積常數（Ksp） Ca(IO3)2的 Ksp = （3 位有效數字） （如果學生無法算出 Ksp，請使用 710-7作下面計算） c 部分 未知稀釋 KIO3溶液濃度的測定 1. 溶液 C 是固體碘酸鈣（Ca(IO3)2）溶於未知濃度的稀釋碘酸鉀溶液後得到 的濾液。 2. 將 5.00 mL 溶液 C 置入錐形瓶中，然後將 10 mL KI 10%（w/v）和 10 mL HCl（1 M）加入到錐形瓶中。 3. 用 Na2S2O3溶液滴定，直到溶液變成淡黃色，加入 2 mL 0.1%（w/v）澱粉 溶液，溶液應該變成深藍色，小心滴定至無色終點，記錄使用的 Na2S2O3 溶液體積。
第 24 頁 c1)記錄 Na2S2O3溶液的體積 （您不需要填寫整個表） 滴定次數 第 1 次 第 2 次 第 3 次 滴定前 Na2S2O3溶液的滴定管刻度（mL） 滴定後 Na2S2O3溶液的滴定管刻度（mL） 使用的 Na2S2O3溶液的體積（mL） 使用的體積（mL）：V3 = c2)計算溶液 C 中 IO3－的濃度. IO3－的濃度（M）： （寫到小數點後第 4 位數）
第 25 頁
c3)計算未知 KIO3溶液的濃度
第 26 頁
實作測驗
實作 Task 2
第 27 頁 藥品及儀器（Task 2）. I. 藥品及試劑 化學試劑 標示為 危害標示a 3-戊酮（3-pentanone，MW 86.13）， ～0.86 g b 於樣品瓶中 A H225-H319-H335-H336 對氯苯甲醛（p-chlorobenzaldehyde， MW140.57），～3.5 g c 於樣品瓶中 B H302-H315-H319-H335 乙醇， 200 mL 於洗瓶內 Ethanol H225-H319 2M 氫氧化鈉水溶液（標記為 2N NaOH），25 mL 於樣品瓶內 2N NaOH H290-H314 a. 參考第37 頁健康危害說明。 b. 你需要在使用前秤量含 3-戊酮的樣品瓶 A。其精確重量可藉由標籤上所提 供的資訊計算出來。 c. 其精確重量標記在標籤上。
第 28 頁 II. 儀器及實驗器材 公用儀器 數量 天平 每間實驗室 12 台 水流抽氣幫浦 每實驗桌 2 台 裝有冰塊的保麗龍箱 實驗桌每邊 1 個（可要求填裝） 個人設備 數量 加熱攪拌器（含金屬溫度探棒） 1 鐵架 1 廣用夾 2 100 mL 圓底瓶 1 25 mL 量筒 1 50 mL 量筒 1 氣冷式冷凝管 1 250 mL 結晶蒸發皿（水浴鍋） 1 125 mL 錐形瓶 2 250 mL 抽氣過濾瓶 1 25 mL 布式瓷漏斗（抽濾漏斗） 1 錶玻璃 1 玻璃滴管 5 橘色玻璃滴管橡皮頭 2 抽濾用黑色橡皮環 1 擺放圓底瓶用黑色大橡膠環 1 磁攪拌子 1 濾紙 3（置於夾鏈袋內） 金屬刮勺 1 玻璃攪拌棒 1 鑷子 1 藍色塑膠接口夾 1 洗瓶（裝有乙醇） 1（可要求補滿） 丁腈材質手套 2（可要求換不同尺寸） 小毛巾 2 迴紋針 1 玻璃廢液瓶“Waste Task 2”，500 mL 1 小深色樣品瓶（標有學生編號），繳交 樣品用 1 塑膠安全護目鏡 1
第 29 頁 Task 2 a b Total a1 a2 a3 b1 Total 2 2 2 18 24 Score 佔總成績 14% Task 2：製備含碳骨架 有機化合物的核心架構，絕大多數都是含有碳碳骨架。從小分子起始物建構 出複雜的結構，碳碳鍵結的形成往往扮演著極重要的角色。因此，有效率形成碳 碳鍵的合成方法，一直以來都是有機合成中令人感興趣的研究課題。在這個實驗 中，你將會把市售的對氯苯甲醛（p-chlorobenzaldehyde）及 3-戊酮（3-pentanone）， 轉變成更精緻的結構。 重要訊息： 乙醇可要求補充，不會扣分。 所有的秤重都需要經過實驗室管理員的認證，管理員需要在學生的答案卷 上簽名，以利評分。未認證過的數據不會給分。 在此實驗中，會有共 18 分是依據最後繳交產物的品質（純度）及產量來 給分。如果產物未繳交出來，此實驗部分將無法獲得任何分數。 計分員將用1H-NMR 光譜以及熔點測定來評判產品的品質。 a 部分
1. 取上面標有 3-戊酮（標示為 A）的樣品瓶（編碼格式為 Axxx，如 A305）， 拆掉上面包裹住的封口膜（parafilm），將樣品瓶（含蓋子）秤重。在答案 紙 a1 空格處紀錄重量。
2. 使用 250 mL 的結晶蒸發皿，裝入適當水，來架設水浴裝置。加熱至 55±2 ℃，置入迴紋針於水浴中，使其攪拌來幫助熱度均勻分布。
第 30 頁 3. 在 100 mL 圓底瓶中，確認有置入磁攪拌子。把預先秤重過的 3-戊酮（標 示為 A）及對氯苯甲醛（標示為 B）置入圓底瓶中。於混合物加入 50 mL 的乙醇，攪拌使其溶解。 4. 利用量筒，量取 15 mL 的 2 M 氫氧化鈉水溶液（標示為 2N NaOH），並 加入反應物中，小心不要讓磨砂口沾上氫氧化鈉水溶液。 5. 依圖一架設反應裝置。將反應圓底瓶置於 55±2℃的水浴中，接上氣冷式 冷凝管，並以藍色塑膠接口夾固定。在水浴加熱下，攪拌反應混合物 30 分 鐘。 圖一：水浴加熱的反應裝置圖 6. 將反應圓底瓶從水浴中移出（注意！圓底瓶可能很燙）。把圓底瓶置於黑 色大橡膠環上。 7. （重要事項）將加熱攪拌器上的金屬溫度探棒拆下，以避免下面再結晶步 驟會加熱過頭。當你拆下探棒後，告知實驗室管理員，並將溫度探棒繳回 給管理員。 8. 準備冰浴：將 250 mL 結晶蒸發皿中的溫水移除，換上冰塊及適量的水。 將反應圓底瓶置於冰浴上，充分冷卻反應混合物，可觀察到固體生成。（建 議：如果你在 5 分鐘內沒有觀察到任何固體產生，你可以使用玻璃攪拌棒， 摩擦圓底瓶內壁，以促進沉澱產生。） 9. 將反應混合物在冰浴中冷卻約 20 分鐘，使其完全沉澱。 氣冷式冷凝管 塑膠接口夾 迴紋針 磁攪拌子 溫度探棒
第 31 頁 10. 依圖二架設真空抽濾裝置。將過濾瓶連接在水流抽氣幫浦上，布式瓷漏斗 套上黑色橡皮環後，接在過濾瓶上。在漏斗中央放入一張濾紙，打開抽氣 過濾，過濾收集沉澱，以少量冰冷乙醇清洗沉澱。持續真空抽氣約 2～3 分鐘，以抽乾產物。 圖二：真空抽濾裝置圖 11. 拆下抽氣橡皮管以破除真空（在關上水流抽氣幫浦之前），把你的抽氣裝 置帶回你自己的實驗區域，並保持公用區域的清潔。盡可能從濾紙上收集 粗產物，並置入一個錐形瓶內。小心！避免過度用力刮濾紙，你可能刮下 濾紙碎屑，造成產物汙染。你可用乙醇潤洗布式瓷漏斗。 12. 將乙醇置於另外一個三角錐形瓶中，並在加熱器上小心加熱（你可以將加 熱板溫度設在 100～120℃）。再加熱乙醇之前，請務必確定溫度金屬探棒 已從加熱攪拌器上拆下。 13. 以熱乙醇再結晶產物，你可以參考下列步驟。 加入少量熱乙醇於含有粗產物的錐形瓶中，邊加入邊搖晃錐形瓶。持續加 入熱乙醇（加入後務必搖晃），直到固體完全溶解。在溶解過程中，把錐 形瓶擺在加熱器上，以隨時保持其熱度，請小心錐形瓶可能很燙。當搖晃 時，你可以利用所提供的紙巾或是毛巾包住熱錐形瓶。一旦溶解完全後， 將含有熱溶液的錐形瓶置於實驗檯面上，在不擾動下，使錐形瓶慢慢冷卻 置室溫，將可看到結晶產物生成。如果沒有結晶產生，你可以使用玻璃攪 拌棒或是玻璃滴管，摩擦圓底瓶內壁，以促進結晶產生。再將錐形瓶置於 冰浴上，使其充分結晶。
第 32 頁 14. 打開抽氣過濾，過濾收集沉澱（詳見步驟 10 中的抽濾步驟），以少量冰 冷乙醇清洗沉澱。持續真空抽氣約 2-3 分鐘，以抽乾產物。破除真空，將 純化的結晶擺在實驗檯面上，風乾至少 15 分鐘。 15. 秤量標有學生編號小深色樣品瓶的空重（秤重時不含蓋）。在答案紙 a1 部 分，記錄此數值。 16. 轉移再結晶產物，置入上述預秤重過的樣品瓶內。決定純產物的重量，並 在答案紙 a1 部分，記錄此數值。 17. 填上樣品瓶標籤上所需秤量值，將此含有產物的樣品瓶置於實驗檯面。在 「停止實驗（Stop）」的指令後，實驗室管理員將會收回你的樣品瓶，並 在答案紙上 b 部分簽名，學生也必須在答案紙上 b 部分簽名，此部分才會 評分。當雙方都簽名後，將樣品瓶置於夾鏈袋中，送交評分。 以下物件必須留在你的實驗檯面上： 試題/答案本（本冊子），置於試題信封袋中。 標有「學生編號（student code）」的樣品瓶，標籤上需填有各個秤量值。
第 33 頁 實驗室管理員在隨機分配化合物後，會在此貼上樣品標籤： Axxx（如：A567） = 含有 3-戊酮樣品瓶的編號 空重 Tared（含蓋）： 未加入 3-戊酮前的重量（含瓶重+標籤重+蓋重） Bxxx（如：B567） = 含有對氯苯甲醛樣品瓶的編號 Net： 對氯苯甲醛的重量 a1)利用標籤上數值及實驗秤量值來進行計算；並在下列表中，填入所有實驗結 果。 含有 3-戊酮樣品瓶的重量（必須含蓋重） = *需要實驗室管理員簽名才會給分 3-戊酮的重量 = 對氯苯甲醛的重量（在標籤上）： 產物樣品瓶的空重量（不含蓋）： *需要實驗室管理員簽名才會給分 含有再結晶產物的樣品瓶重量（不含蓋）： *需要實驗室管理員簽名才會給分 再結晶產物的重量：_____________________
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a2)寫出在此反應中，4 種可能芳香族產物的結構。排除立體化學，不同立體化
第 35 頁 a3)由下面給出實際產物的 400MHz 1H-NMR（in CDCl3）光譜，給出產物的結 構。（化學位移可參考第 38 頁） 積分值表示分子中所有質子（1H）的數量分布。 H2O CHCl3 TMS 測得頻率(Hz) 積分值 8 2 2 2 2 6 2
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b 部分
b1)你所交出的樣品將進行鑑定，並依產率（%）及純度給分。提供你的樣品下
列資訊。
狀態： 固體（Solid） 液體（Liquid）
Signature of Supervisor： （Signed when submitted） 實驗室管理員簽名 （於繳交樣品瓶時簽）
Signature of Student： （Signed when submitted）) 學生簽名 （於繳交樣品瓶時簽）
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危害標示
H225 Highly flammable liquid and vapor H226 Flammable liquid and vapor H272 May intensify fire; oxidizer H290 Maybe corrosive to metals H300 Fatal if swallowed
H301 Toxic if swallowed H302 Harmful if swallowed
H314 Causes severe skin burns and eye damage H315 Causes skin irritation
H319 Causes serious eye irritation H330 Fatal if inhaled
H335 May cause respiratory irritation H336 May cause drowsiness or dizziness H371 May cause damage to organs
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