所謂的「海砂屋」是一種高氯離子鋼筋混凝土建築物 主要是指興建房屋時 拌和之混凝土中摻入了海砂替代正常使用的河砂 在海砂中的氯離子影響作用下 會導致鋼筋腐蝕和混凝土龜裂等問題 進而影響建築物的安全性和壽命 因此 測量混凝土或水泥中的氯離子濃度 可以幫助確定其是否符合建築標準和要求 並採取相應的維護和修復措施 確保建築物的耐久性和安全性 那我們應該如何利用實驗室的藥品設備進行氯離子濃度的檢測呢？ 我們在檢測溶液中氯離子濃度時 常會使用銀離子滴定 使用已知濃度的硝酸銀溶液滴定未知氯離子濃度的樣品溶液 當溶液中的反應商大於氯化銀的溶度積時 溶液中就會產生白色的氯化銀沉澱物 因為氯化銀的溶度積很低 達到滴定終點時 無論是銀離子或是待測氯離子 濃度應低於10的負5次方M 由於產生的氯化銀沉澱為白色 當開始滴定後即會造成氯化銀懸浮於水溶液中 肉眼不易觀測是否產生更大量的白色氯化銀 無法準確判斷是否到達滴定終點 因此需要透過指示劑協助來判斷滴定終點 其中莫爾法是一種常來使用檢測水溶液中氯離子濃度的方法 讓我們一起來看看如何設計氯離子濃度檢測的實驗吧 莫爾法是利用已知濃度的硝酸銀水溶液 來檢測待測水溶液中氯離子濃度的方法 但因白色氯化銀沉澱懸浮於水溶液中時會導致滴定終點無法判斷 所以我們需要預先於待測水溶液中 添加「百分之五的鉻酸鉀水溶液」1毫升做為指示劑 初期滴定時 氯離子會與銀離子產生白色沉澱懸浮於溶液中 造成整個溶液呈現乳白色 其反應方程式如畫面所示 因當溶液中的氯離子反應完後 再加入銀離子會導致水溶液中銀離子濃度上升 與鉻酸根離子反應產生磚紅色的鉻酸銀 其中磚紅色的鉻酸銀於乳白色氯化銀懸浮溶液中顯而易見 故當肉眼看見淡淡的磚紅色產生時 即為滴定終點 此時再利用加入銀離子溶液的體積與濃度 即可推算出水溶液中氯離子的濃度 讓我們試著處理這個例題吧 精取未知濃度的氯離子水溶液50.00毫升 置於錐形瓶中 並加入1毫升百分之五的鉻酸鉀水溶液搖晃均勻使其呈現淡黃色 再以0.10 M標準硝酸銀水溶液滴定 滴定管中水溶液之初始體積為2.85毫升 當錐形瓶中之水溶液轉變為淡磚紅即停止滴定 此時滴定管中水溶液之體積為27.85毫升 試問 當滴加5.00毫升之硝酸銀水溶液時 錐形瓶中水溶液之顏色為何？ 我們從題目敘述中可以知道 滴定管中的初始硝酸銀溶液體積為2.85毫升 達滴定終點時的溶液體積為27.85毫升 因此總共加入了25.00毫升的硝酸銀溶液 所以可以知道 滴入5.00毫升硝酸銀水溶液時 未達滴定終點 這時候溶液中的氯離子與銀離子產生的白色氯化銀沉澱懸浮在溶液中 因此整個溶液應該會呈現乳白色 為什麼當錐形瓶中水溶液之顏色轉變為淡磚紅色時即需停止滴定？ 當水溶液顏色轉變為淡磚紅色時 代表溶液中出現了磚紅色的鉻酸銀 也就是說溶液中的氯離子已被滴入的銀離子消耗殆盡 當再加入一滴硝酸銀溶液時 溶液中的銀離子濃度瞬間升高 進而與一開始加入的鉻酸鉀指示劑中的鉻酸根離子反應 生成磚紅色的鉻酸銀沉澱懸浮開來 所以一看到磚紅色出現即需停止滴定 待測溶液中氯離子的濃度為多少？ 根據反應方程式 可知銀離子與氯離子之莫耳數相等 所以其濃度和體積可寫為此關係式 已知標準硝酸銀水溶液的濃度為0.10 M滴定終點時 硝酸銀共消耗25.00毫升 未知濃度的氯離子溶液體積為50.00毫升 故待測溶液中的氯離子濃度為0.05 M 滴定終點時 水溶液中氯離子濃度為多少？ 氯離子的殘留百分率為多少？ 滴定終點時 溶液中出現磚紅色的鉻酸銀沉澱 根據我們之前學習的利用反應商與溶度積判斷沉澱的方式 我們可以知道溶液中要產生鉻酸銀沉澱的條件如畫面所示 在出現鉻酸銀沉澱的瞬間銀離子濃度約為1.0乘上10的負5次方M 而氯化銀的溶度積為1.0乘上10的負10次方 所以可知到達滴定終點時殘留氯離子的濃度為1.0乘上10的負5次方M 與初始條件相比氯離子的殘留百分比為0.03% 根據環保署「水中氯離子的檢測法—硝酸銀滴定法」中建議 檢測氯離子濃度時需搭配「空白試驗」 什麼是「空白試驗」呢？ 也就是說在氯離子消耗殆盡時 尚需加入多少硝酸銀水溶液才能使其產生磚紅色沉澱呢？ 我們一樣利用反應商與溶度積判斷沉澱的方法 已知溶度積關係式如畫面所式 所以銀離子濃度為1.0乘上10的負5次方M 當以0.10 M標準硝酸銀水溶液滴定時 需添加0.0075毫升 已知1滴水的體積大約等於0.05毫升 所以當到達滴定終點後再多加一滴硝酸銀 必可與水溶液中的鉻酸鉀指示劑產生磚紅色沉澱 我們得到空白試驗所需的硝酸銀水溶液的體積後 就可以將滴定未知溶液所消耗的硝酸銀水溶液的體積 減去空白試驗消耗的硝酸銀水溶液的體積 一方面可以扣除要產生鉻酸銀沉澱所需的銀離子的量 另一方面是我們在進行滴定時 環境中可能會有一些我們無法掌握的因素會影響滴定的結果 例如雜質 溶液的酸鹼度等等 透過減去空白試驗的結果 就可以降低上述不可控因素對實驗結果的影響 今天這支影片中我們介紹了銀離子滴定中莫爾法的步驟與原理 也透過題目學習了在滴定的不同階段溶液的狀態 以及如何推算溶液中不同離子的濃度 並介紹了空白試驗的操作方法以及進行的原因 同學們如果對於這個實驗有興趣 也可以在老師的陪伴下 做好實驗基本的安全防護措施 自己動手試試看喔