臺灣化學教育

微量化學實驗：碘化亞銅的微量檢驗
和硫酸銅的微量滴定（下）

黎渝秀*、簡菀萱、范祺展

國立中央大學附屬中壢高級中學
*[email protected]

〔承《微量化學實驗：碘化亞銅的微量檢驗和硫酸銅的微量滴定（上）》〕

n  結果與討論

一、  檢驗碘化亞銅

在「微量檢驗」方面，消耗藥品體積少，因此呈現的顏色與「傳統檢驗」較淺，當試管甲加入2 乙酸乙酯時，顯然「微量分析」能充分將水溶液層中的碘分子溶解至上層的有機層，而乙酸乙酯對環境的污染較正己烷小，而且碘於有機溶劑中的顏色略為不同（碘分子在正己烷為紫色，在乙酸乙酯為紅棕色），正好讓學生互相比較（見圖十）。

在試管乙中，逐滴地滴加硫代硫酸鈉時，「微量檢驗」所呈現是白色混濁溶液，較「傳統檢驗」易於觀察。起初硫代硫酸鈉溶液滴加8滴時，黃褐色溶液變為透明溶液及原碘化亞銅的白色沉澱；再滴加硫代硫酸鈉溶液12滴時，碘化亞銅與過量的硫代硫酸鈉形成透明無色的錯離子，故白色沉澱消失。而「傳統檢驗」所需滴加硫代硫酸鈉溶液滴數較多，所需分析時間較長（見圖十）。

圖十：微量檢驗與傳統檢驗示意圖

二、  標定硫代硫酸鈉溶液

(一)   以針筒微量滴定

(二)   以滴定管傳統滴定

(三)   分析與比較

1.          「以針筒微量滴定」指示劑為澱粉時，相對誤差百分比為2.0 %；指示劑為寬版麵條時，相對誤差百分比幾乎為0.0%，顯示微量滴定時，指示劑為為寬版麵條時，相對誤差百分比小，且易於觀察。

2.          「以滴定管傳統滴定」，均以澱粉為指示劑，相對誤差百分比為9.0%，較「以針筒微量滴定」的相對誤差百分比大，若以磁石攪拌器輔助滴定實驗，則相對誤差百分比明顯下降許多，可見人為誤差的影響。

三、  測定未知濃度硫酸銅

(一)   以針筒微量滴定

(二)  以滴定管傳統滴定

(四)   分析與比較

1.        「以針筒微量滴定」中，指示劑為澱粉時，快達當量點時，因澱粉–碘錯合物可逆性佳，有時變無色後，靜置1分鐘又呈淡藍色，滴定所需時間較指示劑為寬版麵條久，判斷滴定終點不易。因此我們從相對誤差百分比中端倪：前者23.5%，後者1.25%，顯示指示劑為寬版麵條時準確度較澱粉為佳，相對也是影響硫酸銅濃度準確度的主要原因。

2.        「以滴定管傳統滴定」中，指示劑均為澱粉時，快達當量點時，因濃度較濃，並未如「以針筒微量滴定」中的澱粉–碘錯合物的可逆反應，因此判斷滴定終點非常明顯。相對誤差百分比為5.5%，仍在可予許誤差範圍內。顯然「以滴定管傳統滴定」的指示劑宜以澱粉為佳；「以針筒微量滴定」的指示劑宜以寬版麵條為佳。

3.        在以針筒微量滴定中，當硫酸銅和碘化鉀形成碘化亞銅固體和三碘錯離子溶液時，我們試圖以式[7]作為滴定終點：首先不過濾直接與硫代硫酸鈉進行反應，溶液先由紅棕色混濁變成透明混濁液，再繼續滴加至沉澱消失為止，此時所消耗的硫代硫酸鈉的體積為13 mL，以此作為滴定終點而換算硫酸銅濃度為0.217，相對誤差百分比為8.5 %，依式[7]換算而得。因此依式[7]為滴定終點，判斷不易，且相對誤差百分比明顯增加。註⑦

註⑦

n  教學指引

(一)   教學時間：以下均為微量實驗操作。

本次專題包含三個主題，教師可依上課時間，調整不同的主題。若是一堂課時間，建議先作第一主題（碘化亞銅的檢驗），同時練習針筒吸取及控制滴數，作為下次主題的前置練習。如此也比較有充分的時間和學生討論硫酸銅與碘化鉀相遇的種種。

(二)    實驗討論

Q1：當硫酸銅溶液加入碘化鉀溶液時會產生沉澱，請以化學反應式表示，並詳加敘述。

答案：2Cu²⁺(aq) +5I^–(aq) →2CuI(s) + I₃^–(aq)，灰色的CuI(s)和棕色的I₃^–(aq)。

Q2：試管甲加入乙酸乙酯，其目的為何？

答案：因為乙酸乙酯溶液（上層）會呈現黃色，係因碘分子在有機層溶解度大於水層。

Q3：試管乙逐滴加入硫代硫酸鈉溶液，若發生沉澱消失，其原因為何，試以反應式說明？

答案：形成錯離子。CuI(s) + 2S₂O₃^2–(aq) → Cu(S₂O₃)₂^3–(aq) + I^–(aq)

Q4：高中化學實驗室為何很少看到甚或看不到亞銅離子的相關鹽類？請以電位說明。

答案：銅離子與亞銅離子的標準還原電位如式[8]和[9]所示：

Cu²⁺(aq) + 2e^– → Cu(s)  E° = 0.34 V    [8]

Cu⁺(aq) + e^– → Cu(s)   E° = 0.52 V    [9]

由式[8] ✕2 –式[9]，得到的反應式，如式[10]所示。

2Cu⁺(aq) → Cu²⁺(aq) + Cu(s)  ΔE° = 0.18 V    [10]

ΔE° > 0，表示這是自發性反應，也就是在水溶液中，亞銅離子會進行自身氧化還原反應，故實驗室難以保存含亞銅離子的相關鹽類。

(三)   注意事項

l  「微量實驗」以針筒取代滴定管進行標定，針筒吸取溶液時，需排除針筒內的氣泡，建議先以蒸餾水作練習，控制針筒的使用，並作針筒體積校正。

l  「微量實驗」以針筒自製過濾筒取代傳統濾紙過濾，操作上簡便，不需要玻璃漏斗，可適用於小學、中學階段。

n  結論

1.        在「碘化亞銅的微量檢驗」中，以自製的過濾筒取代傳統濾紙過濾，操作上簡便，時間較短，準確度不亞於傳統濾紙過濾，適合高中生能進行在教室內的科學實驗。

2.        在「碘化亞銅的檢驗」中，微量觀察的現象明顯且簡單，易於操作，有助於教師課堂上呈現。

3.        由於「以針筒微量滴定」的相對誤差百分比較「以滴定管傳統滴定」（不使用磁石攪拌器）較小，加諸整個試劑用量減少四分之一以上，符合「綠色化學實驗減量、減廢原則」。

4.        此微量的實驗減量，不但便於課堂上的進行，而且能降低對環境的污染。

n  參考資料

1.        第一屆高中職綠色化學（減毒減量） 作品名稱：魔術變變變─碘的氧化還原滴定實驗，http://chem.moe.edu.tw/green/AwardsDetail/27f69899-3718-41e6-af95-de2c0967c53。

2.        施建輝，製備碘化亞銅與其一系列反應，臺灣化學教育，第1期（2014/5月），http://chemed.chemistry.org.tw/?p=982。

3.        Microscale experiments -Titration – microscale, http://www.sserc.org.uk/index.php/chemistry-resources/microscale-chemistry/1477-microscale-experiments.

n  學生實驗手冊

下載本微量實驗的學生實驗手冊—「碘化亞銅的微量檢驗和硫酸銅的微量滴定」。