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
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]
《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
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
以針筒微量滴定
以滴定管傳統滴定
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。
(一)以針筒微量滴定
以滴定管傳統滴定
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。
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。
主題 |
碘化亞銅 |
硫代硫酸銅 |
未知濃度 |
教師解說實驗裝置時間(分鐘) |
5 |
5 |
5 |
學生組裝實驗裝置時間(分鐘) |
3 |
5 |
5 |
學生操作實驗與紀錄結果(分鐘) |
7 |
15 |
20 |
實驗裝置的整理與回收時間(分鐘) |
2 |
5 |
5 |
實驗數據的處理與討論時間(分鐘) |
8 |
10 |
15 |
合計(分鐘) |
25 |
40 |
50 |
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),灰色的CuI(s)和棕色的I3()。
Q2:試管甲加入乙酸乙酯,其目的為何?
答案:因為溶液(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) + 2S2O32–(aq) → Cu(S2O3)23–(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。
注意事項
「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。
n結論
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。
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。
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」。
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
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。
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。
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」。