Question

（18分）下列八個步驟是用來分析一種含鉛錫的合金中鉛和錫的個別含量

（1）稱量0.4062g的合金，放在燒杯中，用11mol?L^－1的HCl和16mol?L^－1的HNO₃溶液溶解樣品。在此過程中鉛和錫分別被氧化成Pb(II)、Sn(VI)。

（2）再加熱5分鐘，以趕走氮和氯的氧化物后，使溶液冷卻；此時會有一些錫化合物和一種鉛化合物沉淀出。

（3）加入25.00mL 0.2000mol?L^－1的Na₂H₂EDTA（可用H₂Y^2－表示）溶液后，沉淀會溶解成一透明無色的溶液。

（4）上述溶液全部移入250.0mL的量瓶中，并用蒸餾水稀釋到量瓶的刻度上。

（5）拿出25.00mL，加入30%的Hexamine（如下圖）溶液15mL、H₂O及兩滴的類苯酚橙（以XO代表）（如下圖）當指示劑，此溶液的pH值為6。

（6）再用標準0.009970mol?L^－1的硝酸鉛Pb(NO₃)₂ 溶液滴定從第(5)步驟中的黃色透明的溶液，直至顏色剛好由黃色變到紅色，此實驗值為24.05mL。

（7）取2.0g的固體NaF加入滴定瓶中，此時溶液會變回黃色。

（8）再用0.009970mol?L^－1的硝酸鉛滴定到顏色變紅，此實驗值為15.00mL。

Hexamine和類苯酚橙（XO）的結構式如下：

   

Hexamine                   類苯酚橙（XO）

Hexamine的pK_b ＝9.5。類苯酚橙（XO）在pH小于4時是紅色，pH大于5時是黃色

回答下列問題

10-1  在步驟(2)中鉛的沉淀物是什么？寫出其化學式。

10-2  寫出步驟(3)中沉淀消失的離子反應方程式（必須平衡）？記得此溶液的pH值為6。

10-3  步驟(5)中為何加入Hexamine？

10-4  加入類苯酚橙（XO）的目的為何？

10-5  寫出步驟(6)中，（i）在滴定過程中，以及（ii）滴定終點造成顏色變化時的平衡離子反應方程式。

10-6  步驟（7）中，加入NaF的目的為何？

10-7  寫出步驟(7)中的平衡離子方程式。

10-8  用平衡的離子方程式來說明為什么步驟(7)中的顏色會由紅變為黃？用XO代表類苯酚橙。

10-9  計算此合金中Pb的重量百分比，再另外計算此合金中Sn的重量百分比。

Answer 1

10-1  PbCl₂或任何含（OH）的物種等等…（1分）

10-2  PbCl₂(s)＋H₂Y^2－→PbY^2－＋2H^＋＋2Cl^－（2分）

10-3  作為pH緩沖劑（1分）

10-4  金屬絡合指示劑（1分）

10-5  由步驟（5），標準Pb溶液是用來絡合過量EDTA，部份EDTA已成為穩定SnY和PbY^2－配合物；在pH＝6，EDTA主要以H₂Y^2－存在，因此：Pb^2＋＋H₂Y^2－→PbY^2－＋2H^＋或類此反應式到達終點，一小量多出的Pb^2＋就會和XO指示劑形成一紅色配合物：Pb^2＋＋XO(黃)→PbXO^2＋(紅) 或類此反應式。滴定可以用以計算過量的EDTA，因此Sn＋Pb之總含量可以決定。（4分）

10-6  和Sn絡合（1分）

10-7  SnY＋nF^－＋2H^＋→SnF_n^(n－4)＋H₂Y^2－（1分）

10-8  所釋出EDTA毀掉小量紅色PbXO絡合物，產生游離（黃色）XO（忽略XO上的電荷）H₂Y^2－＋PbXO^2＋→PbY^2－＋XO(黃色)＋2H^＋或類似方程式（2分）

10-9  Sn：100×(0.176/0.4062)＝43.72%

Pb：100×(0.2292/0.4062)＝56.42 %（5分）