2011 第六屆鍾靈化學創意競賽實驗題 1
2011 第六屆鍾靈化學創意競賽實驗題
考試說明：時間 180 分鐘(包括講解說明)、試題隨試卷交回
姓 名: , , 組別:
安全注意事項
z 化學實驗有一定的危險性，請遵從老師指示。 z 小心使用儀器及藥品，以免發生傷害及意外。 z 必須全程穿實驗衣、戴安全眼鏡、戴手套。 z 酸、鹼具有腐蝕性，應避免與皮膚接觸而引起灼傷。題目: 鹼土金屬的性質與分析
今年(2011)是國際化學年，紀念居理夫人獲得諾貝爾化學獎100年及國際化 學會成立100年。居理夫人於百年前是以發現鐳元素而獲獎，鐳是鹼土族元素， 本次實驗即以瞭解鹼土元素的性質，進行分離與定量分析為主題。 金屬及其化合物與生活密切相關，廣泛的應用於化學、生物、醫學、材料等 方面，科學家對其研究相當重視。金屬離子在生物學上扮演重要的角色，如大家 所熟知鈣與鎂金屬攝取的重要性，也知道鐵是人體內最重要同時也是含量最多的 金屬，鐵離子更是組成血紅素不可或缺的結構，鎂是骨骼當中主要的組成成分之 ㄧ，同時也能輔助鈣和鉀的吸收並使神經傳導功能正常。鈉在地球上含量相當豐 富，而在人體中則主要是肌肉和神經組織的主要構成元素之ㄧ。金屬的價格也因 需求而日益高昂，稀有的貴重金屬取得不易，甚至成為國家資產的標的，更是現 今各國互相爭取和開發的對象。然而大部分的金屬在地球上的資源有限，使得金 屬回收再利用的研究成為重要議題。 分離、純化及分析金屬的最有效方法之一，就是利用乙二胺四乙酸(EDTA) 與金屬離子形成錯合物的方式來分離金屬離子。乙二胺四乙酸分子具有四個有機 酸與兩個三級胺結構，可以作為六牙配位子，與金屬離子形成穩定的鹽類錯合 物。由於乙二胺四乙酸分子是非常強的配位基，可以與大部分金屬離子結合，而 使其在紡織、食品、化妝品以及生物醫學上都有很好的應用。例如乙二胺四乙酸 可以拿來治療汞毒，也可以作為抗凝血劑使用。2011 第六屆鍾靈化學創意競賽實驗題 2
一、 實驗目的：
本次實驗是將樣品溶液中所含的三種金屬離子(Ag+、Ba2+、Mg2+)：(1)以沉 澱法將其個別分離。(2)證明其中有Ag+存在。(3)在適當pH值下，以定量分析的 方法測得Mg2+的濃度。二、實驗材料:
(請於實驗前檢查核對是否有遺漏或缺損，所有實驗材料不再補 充，請詳實設計實驗方法後，再進行實驗。) 氫氧化鈉溶液(NaOH, 10 wt%, 20 mL)、鹽酸溶液(HCl, 0.1 M, 20 mL)、氨水 (1.5 M, 15 mL)、硫酸溶液(H2SO4, 0.15 M, 20 mL)、乙二胺四乙酸(EDTA, 0.1 M, 20 mL)、緩衝溶液(pH = 10, 10 mL)、鈣鎂齊指示劑(EDTA滴定時使用)、果糖。 玻棒(2支)、滴管(4支)、燒杯(100 mL, 3個)、錐形瓶(125 mL, 3個)、量筒(10 mL, 3 個)、離心管( 10 mL, 4個)、濾紙(4張) 、燒杯(500 mL, 1個) 、滴定管( 50 mL, 2 支) 、錶玻璃(1個)、漏斗(1個)、廣用pH試紙(3張) 、pH比色紙(1張)。三、參考資料：
乙二胺四乙酸(EDTA): 化學式: C10H16N2O8，分子量: 292.24g/mol，熔點: 237-245 oC。 pKa如下列: pKa1= 0.00, pKa2= 1.50,
pKa3= 2.00, pKa4= 2.69。EDTA
與
鈣鎂齊指示劑形成錯合物後，指示劑的顏色會改變。 Mn+ + EDTA4- M(EDTA)n-4 Kf= [M(EDTA)n-4]/[Mn+] EDTA4- Mn+= Ba2+, K f= 5.8x107, Mn+= Ag+, Kf= 2.1x107 Mn+= Mg2+, Kf= 4.9x108
