第九屆清華盃
全國高級中學化學科能力競賽
解 答
實作一
三酸甘油酯的分析
三酸甘油酯在人體新陳代謝過程中扮演重要的角色。其在脂肪酶和膽汁的作用下，被分 解為甘油和脂肪酸後進入血液。它的作用包括向細胞運輸脂肪酸，不同的組織可以釋放脂肪 酸或者吸收脂肪酸作為能源。 三酸甘油酯為合法的複方食品添加物，可當作起雲劑，用以增加飲品的不透明度與粘稠 性質，使飲料看起來會有如新榨果汁般的濃郁鮮醇。 三酸甘油酯可由酵素在室溫下水解，亦可利用酸或鹼催化水解。一般而言，在鹼中水解 較迅速，因酯鏈在鹼中較不穩定，鹼中水解稱為皂化。其反應方程式如下，式中 R、R'、R" 分別表示相同或相異的長鏈烷基。反應中，三酸甘油酯與強鹼作用生成甘油與脂肪酸鹽，而 所需的強鹼量稱為皂化價。 本實作是對”三酸甘油酯”的樣品進行分析。請利用提示進行實驗，求得此三酸甘油酯的 平均分子量及皂化價，並在答案卷上詳細寫下所設計的量測方法及計算過程，未解說者將不 予計分。 【提示 1】本實作以強鹼進行皂化反應，反應步驟如下： 先秤取三酸甘油酯於圓底瓶中，分別加入1 M 鹼性 溶液 (體積請自行斟酌)、乙醇 25~30mL溶液及指示劑 (請自行選擇)。 注意：反應之混合溶液的總體積，請勿超過 圓底瓶容量的2/3！ 加入攪拌子於瓶中，裝上冷凝管，冷凝管 須以冷水進行冷卻，實驗裝置如右圖。將 圓底瓶放入水浴槽中，加熱迴流20分鐘使 其反應完全。 【提示 2】若進行滴定法，先進行標定可使結果更 準確。 【提示 3】本實作所求之皂化價是指要皂化一克的三酸甘油酯所需氫氧化鈉之克數。實作一
三酸甘油酯的分析
解 答
1. 先選擇適當的酸鹼指示劑酚紅指示劑 2. 以小燒杯秤取 4.0 克 NaOH 或 5.6 克 KOH，加水溶解後倒入 100mL 定量瓶中，再 將水加至刻線以配置成 1M 鹼性水溶液。 3. 將配置好的鹼性水溶液以 KHP(酞酸氫鉀)與酚紅指示劑進行標定，用以確認鹼性水 溶液濃度。 4. 取 8mL 濃鹽酸與少許水混和後倒入 100mL 定量瓶，再加水至刻線以配置 1M 鹽酸 水溶液，並以上面標定過的鹼性水溶液標定鹽酸水溶液濃度。 5. 秤取 1 克的三酸甘油酯於 100mL 圓底瓶內，並加入磁石、30mL 酒精與 10mL(或更 多)配置好的鹼性水溶液。 6. 將圓底瓶、冷凝管與冷凝水架設好後置於水浴鍋內，將水浴鍋加熱至攝氏 80 ~ 90 ℃，從反應開始迴流計時 20 分鐘，20 分鐘後將反應裝置冷卻回室溫。 7. 將反應瓶內的溶液倒至 100mL 定量瓶，再加水至刻線，每次取 20mL 溶液置於錐 形瓶中，並加入酚紅當指示劑，再以標定過的鹽酸水溶液進行滴定，重複滴定三次。 8. 將所得結果反推反應剩下鹼的量，即可推得反應用掉鹼的量，而每一當量的三酸甘 油酯會與三當量鹼反應，如此即可推得 1g 三酸甘油酯的莫耳數，換算後即可得到 三酸甘油酯的分子量。實作二
維生素 C、E 與亞鐵離子的定量
維生素 C、E (結構如下)與亞鐵離子為人體必需的營養素，其中維生素 C、E 是抗氧化 物，它們能保護細胞不受到自由基的攻擊，目前已經有相當的研究認為它們和癌症與其他疾 病的發展有關聯。維生素 C 缺乏會造成壞血病，故又稱 L-抗壞血酸。維生素 E 又名生育酚或 產妊酚，人類缺乏維生素 E 症狀是溶血性貧血及神經系統機能受損。亞鐵離子在人體內會氧 化成三價鐵離子，才能由運鐵蛋白質進行運輸。 本實作將進行維生素 C、E 與亞鐵離子混合物的定量分析。請依提示設計並進行實作， 求得混合物中各營養素的含量，標示單位為毫克/克（mg / g）。 樣品注意事項：因樣品含維他命 E，其在室溫下容易氧化，請將樣品保持在冰浴下！若冰塊 不足時請找監考人員拿取。 評分方式：自行設計實驗且完成實作，記錄量測方法及計算過程，並選出最佳方法作為本實 作的答案，未解說者將不予計分。 【提示 1】維生素 C 與亞鐵離子均屬於水溶性營養素；維生素 E 屬於脂溶性維生素。 【提示 2】若進行滴定法，先進行標定可使結果更準確。 【提示 3】標準還原電位如下: I2 + 2e- 2I- E0＝0.54 V C6H6O6 + 2H+ + 2e- C6H8O6 E0＝0.08 V Ce4+ + e- Ce3+ E0＝1.44 V in 1 M H2SO4 Fe3+ + e- Fe2+ E0＝0.771 V MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O E0＝1.51 V 【提示 4】Fe(OH)3 Ksp=1.6 x 10-39 (25℃) 【提示 5】若欲使用滴定法量測維生素E，可將維生素E標準品溶於乙醇－硫酸混合液 (V:V=200：3)，再加入2滴二苯胺指示劑後，用硫酸銨鈰溶液滴定至溶液呈藍紫色。 維生素 E 維生素 C實作二
維生素 C、E 與亞鐵離子的定量
解 答
1. 取混合物樣品加入 10mL 水以及 10mL 有機溶劑(乙醚或乙酸乙酯)進行萃取，分別 收集有機層與水層，並重複萃取 2 次。 2. 將有機層溶液以旋轉濃縮儀濃縮移除大部分有機溶劑後，以乙醇－硫酸混合液 (V:V=200：3)溶解配置成 100mL 之溶液 A。 3. 取出此 A 溶液 15mL 並加入 2 滴二苯胺指示劑，用硫酸銨鈰溶液滴定至溶液呈藍紫 色即可，並計算維生素 E 之含量。 4. 將萃取完之水層溶液加入氫氧化鈉，使溶液呈現鹼性，可得到沉澱物 Fe(OH)2，待 沉澱完全後以重力過濾方式收集沉澱物以及濾液 B，將沉澱物以烘箱乾燥後，即可 計算混合物中亞鐵離子含量。 5. 收集濾液 B 並加入水配置成 100mL 溶液後，取出 15mL 溶液並加入 1mL 澱粉指示 劑，用碘溶液滴定至溶液呈現藍黑色即可，並計算維生素 C 之含量。 正確解答：如下表。樣品編號 維生素 C(mg) FeCl2(mg) 維生素 E(mg) 1-A 428 282 290 1-B 393 256 351 1-C 425 256 351 2-A 409 262 329 2-B 408 272 320 2-C 416 271 314 3-A 411 270 320 3-B 442 287 271 3-C 430 287 283 4-A 408 266 326 4-B 404 265 331 4-C 411 269 320 5-A 418 278 304 5-B 425 271 304 5-C 429 280 291 6-A 410 270 320 6-B 421 275 303 6-C 415 266 320 7-A 414 270 316 7-B 422 276 302 7-C 397 262 341 8-A 434 284 282 8-B 421 276 309 8-C 405 269 327 9-A 381 253 366 9-B 423 273 305 9-C 418 278 304 10-A 397 268 335 10-B 441 284 275 10-C 410 267 322 11-A 406 275 320 11-B 402 265 333 11-C 417 273 310 12-A 441 283 275 12-B 420 263 317 12-C 428 282 290
