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115學測自然 第26題 詳解

溶解度・分離法 · 多選 · 題目出處：115 學年度學科能力測驗 自然考科（大學入學考試中心）

答案(A)(B)(C)看逐步解析 ↓

題目
〔25–27 題為題組〕小芬修習「探究與實作」後，知道香蕉的果皮與果肉中，富含鹼金屬與鹼土金屬元素的鹽類。她想從香蕉中提取鉀鹽，經老師指導與蒐集資料後，進行實驗，實驗步驟與紀錄如下：

步驟 1 整理資料，得每一百克香蕉所含成分如表 5；而表 6 則整理出鹼金屬／鹼土金屬化合物在 30 ℃ 時的溶解度（g／100 g 水）。

表 5（每 100 克香蕉）
・成分：醣類 28 g、脂肪 0.5 g、蛋白質 1.5 g、胺基酸 0.05 g、維生素 0.1 g、水分 69 g
・礦物質：鈣 150 mg、鎂 130 mg、磷 20 mg、鉀 390 mg、鈉 1 mg、鋅 0.1 mg

表 6（30 ℃ 溶解度，g／100 g 水）
| 陽離子＼陰離子 | SO42−\mathrm{SO_4^{2-}} | ClO3−\mathrm{ClO_3^{-}} | ClO4−\mathrm{ClO_4^{-}} | NO3−\mathrm{NO_3^{-}} | CO32−\mathrm{CO_3^{2-}} |
| Na+\mathrm{Na^+} | 110 | 105 | 209 | 104 | 110 |
| K+\mathrm{K^+} | 130 | 10 | 1.3 | 160 | 120 |
| Mg2+\mathrm{Mg^{2+}} | 24 | 150 | 100 | 140 | ＜0.01 |
| Ca2+\mathrm{Ca^{2+}} | 0.3 | 130 | 190 | 150 | ＜0.01 |

步驟 2 收集 1 公斤香蕉，清洗、烘乾後，混合木炭後將有機物完全燃燒，礦物質完全變成碳酸鹽與氧化物固體。
步驟 3 將固體秤重、磨成粉末，加入 50 mL 熱水，攪拌並靜置過夜。
步驟 4 以濾紙濾除不溶物。已知表 6 中五種陰離子的銨鹽均可溶於水，依據表 6，逐步加入 NH4ClO4\mathrm{NH_4ClO_4} 於濾液中，溶液會出現沉澱，繼續添加，直到沉澱不再出現。
步驟 5 以濾紙收集沉澱物、乾燥並秤重。移入 600 ℃ 的烘箱內加熱、重量減少、反覆加熱，直到重量不再變化，最終重量比原先減少 46.2%。推測原因，應是在加熱過程中發生分解反應。
（莫耳質量：NaClO4=122.5\mathrm{NaClO_4}=122.5 g/mol、KClO4=138.5\mathrm{KClO_4}=138.5 g/mol、NaCl=58.5\mathrm{NaCl}=58.5 g/mol、KCl=74.5\mathrm{KCl}=74.5 g/mol）

下列相關敘述，哪些選項正確？（應選 3 項）
(A) 香蕉成分中的醣類、脂肪、蛋白質、胺基酸均屬於有機化合物
(B) 步驟 2 中，將礦物質變成碳酸鹽的目的，是希望去除鈣離子與鎂離子
(C) 步驟 4 中選用 NH4ClO4\mathrm{NH_4ClO_4}，可有效分離鈉離子與鉀離子
(D) 步驟 4 中的 NH4ClO4\mathrm{NH_4ClO_4}，可使用 (NH4)2SO4\mathrm{(NH_4)_2SO_4} 來替代
(E) 步驟 5 的沉澱物主要是 NaClO4\mathrm{NaClO_4}

逐步解析

  1. 1

    先看題目在比什麼

    這題的核心不是背知識，而是讀表判斷分離流程。關鍵只看表 6 的溶解度：哪些鹽會留在水裡，哪些會先沉澱出來。
  2. 2

    步驟二在做前處理

    把香蕉有機物燃燒掉，留下的礦物質再轉成碳酸鹽與氧化物。這樣加熱後能讓鈣、鎂形成難溶的碳酸鹽留在固體中，而鉀、鈉的碳酸鹽可溶，能進入水中。
  3. 3

    步驟四在選擇性沉澱

    依表 6，KClO4\mathrm{KClO_4} 的溶解度只有 1.31.3，幾乎不溶；NaClO4\mathrm{NaClO_4} 的溶解度卻高達 209209，很容易留在水中。加入 NH4ClO4\mathrm{NH_4ClO_4} 供應 ClO4−\mathrm{ClO_4^-} 後，鉀先形成沉澱，鈉仍在濾液中，因此能分離鈉離子與鉀離子。
  4. 4

    逐項判析 A、B、C

    (A) 對。醣類、脂肪、蛋白質、胺基酸都屬於有機化合物。
    (B) 對。表 6 顯示 CaCO3\mathrm{CaCO_3} 與 MgCO3\mathrm{MgCO_3} 的溶解度都小於 0.010.01，而 Na2CO3\mathrm{Na_2CO_3} 與 K2CO3\mathrm{K_2CO_3} 都很易溶，所以把礦物質轉成碳酸鹽，是為了讓鈣、鎂留在不溶物中被去除。
    (C) 對。KClO4\mathrm{KClO_4} 幾乎不溶，NaClO4\mathrm{NaClO_4} 很易溶，所以用 NH4ClO4\mathrm{NH_4ClO_4} 能有效讓鉀沉澱、鈉留在溶液中。
  5. 5

    逐項判析 D、E

    (D) 錯。表 6 中 Na2SO4\mathrm{Na_2SO_4} 與 K2SO4\mathrm{K_2SO_4} 的溶解度都很高，分別是 110110 和 130130，加入 (NH4)2SO4\mathrm{(NH_4)_2SO_4} 不會讓兩者有效沉澱，無法分離。
    (E) 錯。步驟 5 的沉澱主要應是 KClO4\mathrm{KClO_4}，不是 NaClO4\mathrm{NaClO_4}。原因是 KClO4\mathrm{KClO_4} 的溶解度只有 1.31.3，而香蕉中的鉀含量也遠高於鈉，故沉澱以鉀鹽為主。
  6. 6

    收束答案

    因此正確選項為 (A)(B)(C)。這題的判斷原則就是：看溶解度，判斷哪個離子先形成沉澱，再看這個沉澱是不是題目要的目標物。
答案
(A)(B)(C)

關鍵觀念：#有機化合物 #溶解度 #沉澱反應 #分離純化

常見卡點
最容易錯在只看『加入鹽類』四個字，卻沒對照表六的數值。特別要注意：KClO4\mathrm{KClO_4} 幾乎不溶、NaClO4\mathrm{NaClO_4} 很易溶，所以沉澱是鉀鹽，不是鈉鹽；另外硫酸鹽那組都很溶，不能拿來替代。

還是卡住嗎？

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