2021 DSE 化學 模擬試題 | Past Paper 練習

下列哪項過程不涉及氧化或還原？

已知下列標準燃燒焓變 (\(\Delta H_c^\theta\))：碳，\(\text{C(s, 石墨)} = -393.5\text{ kJ mol}^{-1}\)；氫，\(\text{H}_2\text{(g)} = -285.8\text{ kJ mol}^{-1}\)；乙醇，\(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)} = -1367.3\text{ kJ mol}^{-1}\)。乙醇 (\(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)}\)) 的標準生成焓變是多少？

下列哪種試劑和條件的組合最適合將丙烷-1-醇轉化為丙烷-2-醇？

三種金屬 \(X\)、\(Y\) 和 \(Z\) 具有以下性質：(1) \(X\) 的氧化物可藉與碳共熱而還原，但 \(Y\) 的氧化物則不能。(2) 當將一小塊金屬 \(X\) 置於 \(Z\) 的硝酸鹽水溶液中時，\(X\) 的表面會形成灰色固體。(3) 金屬 \(Y\) 與冷水反應釋出氫氣，而金屬 \(X\) 則不能。下列哪項排列顯示這些金屬的活潑性順序（由最活潑至最不活潑）？

某反應在 \(300\text{ K}\) 時的速率常數為 \(k_1 = 2.0 \times 10^{-3}\text{ s}^{-1}\)，在 \(320\text{ K}\) 時為 \(k_2 = 8.0 \times 10^{-3}\text{ s}^{-1}\)。該反應的活化能 (\(E_a\)) 是多少？（已知：氣體常數 \(R = 8.31\text{ J mol}^{-1}\text{ K}^{-1}\)）

考慮鹼性氫氧燃料電池。下列哪些陳述是正確的？(1) 陽極處的反應為 \(\text{O}_2\text{(g)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} + 4e^- \rightarrow 4\text{OH}^-\text{(aq)}\)。(2) 氫氧化鉀溶液常用作電解質。(3) 總電池反應只生成水。

將一個質量為 \(1.50\text{ g}\) 的不純石灰石樣品（主要含有 \(\text{CaCO}_3\)）與 \(50.0\text{ cm}^3\) 的 \(0.500\text{ M HCl(aq)}\) 反應。反應完成後，過量的酸需要 \(15.0\text{ cm}^3\) 的 \(0.200\text{ M NaOH(aq)}\) 進行完全中和。樣品中 \(\text{CaCO}_3\) 的質量百分比是多少？（\(\text{CaCO}_3\) 的摩爾質量 \(= 100.1\text{ g mol}^{-1}\)）

單憑紅外線 (IR) 光譜法中識別特徵官能團的吸收峰，下列哪一對化合物無法被區分？

下列哪組物種均具有平面三角形的形狀？

順丁烯二酸酐 (\(\text{C}_4\text{H}_2\text{O}_3\)) 可藉丁烯的催化氧化法製備，反應方程式如下：\(\text{C}_4\text{H}_8 + 3\text{O}_2 \rightarrow \text{C}_4\text{H}_2\text{O}_3 + 3\text{H}_2\text{O}\)。在此反應中，生產順丁烯二酸酐的原子經濟是多少？（相對原子質量：\(\text{H} = 1.0\)，\(\text{C} = 12.0\)，\(\text{O} = 16.0\)）

考慮以下熱化學方程式：
1) \( \text{C(石墨)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightarrow \text{CO}_2\text{(g)} \quad \Delta H_1 = -393.5 \text{ kJ mol}^{-1} \)
2) \( \text{H}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2\text{(g)} \rightarrow \text{H}_2\text{O(l)} \quad \Delta H_2 = -285.8 \text{ kJ mol}^{-1} \)
3) \( 2\text{C(石墨)} + 3\text{H}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2\text{(g)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)} \quad \Delta H_3 = -277.6 \text{ kJ mol}^{-1} \)

液態乙醇 (\( \text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)} \)) 的標準燃燒焓變是多少？

下列哪項氧化過程中，硫的氧化數剛好增加 4？

以下化合物的系統 IUPAC 名稱是什麼？
\( \text{CH}_3\text{CH(CH}_3\text{)C(CH}_3\text{)=CHCH}_3 \)

某有機化合物 \( X \) 的分子式為 \( \text{C}_4\text{H}_8\text{O} \)。它在溫熱時不與酸化重鉻酸鉀(VI)溶液反應，也不與金屬鈉反應。下列哪項是 \( X \) 的正確結構？

在不同溫度下測定某反應的速率常數 \( k \)。\( \ln k \) 對 \( \frac{1}{T} \)（其中 \( T \) 為絕對溫度）作圖得出一條直線，其斜率為 \( -1.20 \times 10^4 \text{ K} \)。該反應的活化能 (\( E_a \)) 是多少？
（已知：氣體常數 \( R = 8.31 \text{ J mol}^{-1}\text{ K}^{-1} \)）

順丁烯二酸酐 (\( \text{C}_4\text{H}_2\text{O}_3 \)) 可通過以下兩條不同路線合成：
路線 1：\( 2\text{C}_6\text{H}_6 + 9\text{O}_2 \rightarrow 2\text{C}_4\text{H}_2\text{O}_3 + 4\text{CO}_2 + 4\text{H}_2\text{O} \)
路線 2：\( \text{C}_4\text{H}_8 + 3\text{O}_2 \rightarrow \text{C}_4\text{H}_2\text{O}_3 + 3\text{H}_2\text{O} \)

根據原子經濟性原則，哪條路線更綠色？
（相對原子質量：\( \text{H} = 1.0 \)，\( \text{C} = 12.0 \)，\( \text{O} = 16.0 \)）

將含有次氯酸鈉 (\( \text{NaOCl} \)) 的 \( 25.00 \text{ cm}^3 \) 市售漂白水樣本稀釋至 \( 250.0 \text{ cm}^3 \)。取出 \( 25.00 \text{ cm}^3 \) 稀釋後的溶液酸化，並與過量的 KI(aq) 反應。釋放出的碘需要 \( 22.40 \text{ cm}^3 \) 的 \( 0.100 \text{ mol dm}^{-3} \) \( \text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3\text{(aq)} \) 進行完全滴定。

原市售漂白水中 \( \text{NaOCl} \) 的濃度是多少？
（反應式：
\( \text{OCl}^- + 2\text{I}^- + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Cl}^- + \text{I}_2 + \text{H}_2\text{O} \)
\( \text{I}_2 + 2\text{S}_2\text{O}_3^{2-} \rightarrow 2\text{I}^- + \text{S}_4\text{O}_6^{2-} \)）

某有機化合物 \( Y \) 的分子式為 \( \text{C}_3\text{H}_6\text{O}_2 \)。其紅外 (IR) 光譜在 \( 3000 \text{ cm}^{-1} \) 附近顯示強而寬的吸收帶，並在 \( 1715 \text{ cm}^{-1} \) 附近顯示強而尖銳的吸收帶。關於 \( Y \) 的質譜，下列哪項陳述是正確的？

下列哪種混合物在強熱時會發生置換反應？

下列哪種分子/離子與水合氫離子 (\( \text{H}_3\text{O}^+ \)) 具有相同的空間構型？

已知在 \(298\text{ K}\) 下，下列物質的標準燃燒焓變 (\(\Delta H_c^\theta\))：\(\text{C(石墨)} = -393.5\text{ kJ mol}^{-1}\)，\(\text{H}_2\text{(g)} = -285.8\text{ kJ mol}^{-1}\)，\(\text{C}_3\text{H}_8\text{(g)} = -2220.0\text{ kJ mol}^{-1}\)。丙烷 (\(\text{C}_3\text{H}_8\text{(g)}\)) 在 \(298\text{ K}\) 下的標準生成焓變是多少？

將鋅-鋅(II)離子半電池與銅-銅(II)離子半電池用鹽橋連接，製成一個化學電池。若在相同條件下，將鋅電極及其溶液換成鎳電極和鎳(II)離子溶液，下列哪些敘述是正確的？（已知標準電極電勢：\(E^\theta(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}) = -0.76\text{ V}\)；\(E^\theta(\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}) = -0.25\text{ V}\)；\(E^\theta(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0.34\text{ V}\)） (1) 電池電壓減少。 (2) 電子在外部電路中仍由另一電極流向銅電極。 (3) 鎳電極的質量增加。

下列結構的化合物的 IUPAC 名稱是什麼？ \(\text{ClCH}_2\text{CH}=\text{CHCH(CH}_3)_2\)

考慮以下反應路線： 化合物 X \(\xrightarrow{\text{酸化 }\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\text{(aq)，加熱回流}}\). 化合物 Y \(\xrightarrow{\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH，濃 }\text{H}_2\text{SO}_4\text{，加熱}}\). 化合物 Z. 若化合物 Z 的分子式為 \(\text{C}_5\text{H}_{10}\text{O}_2\)，化合物 X 的 IUPAC 名稱是什麼？

將一個 \(2.50\text{ g}\) 的蛋殼樣本與 \(50.0\text{ cm}^3\) 的 \(0.500\text{ M }\text{HCl(aq)}\) 反應。反應完成後，剩餘的溶液需要 \(16.8\text{ cm}^3\) 的 \(0.250\text{ M }\text{NaOH(aq)}\) 進行完全中和。求該蛋殼中碳酸鈣 (\(\text{CaCO}_3\)) 的質量百分比。（相對原子質量：\(C = 12.0\)，\(O = 16.0\)，\(Ca = 40.1\))

對於某個化學反應，將 \(\ln k\) 對 \(\frac{1}{T}\) 作圖得到一條斜率為 \(-1.20 \times 10^4\text{ K}\) 的直線，其中 \(k\) 為速率常數，\(T\) 為絕對溫度（以開爾文為單位）。該反應的活化能是多少？（已知：氣體常數 \(R = 8.314\text{ J mol}^{-1}\text{ K}^{-1}\)）

乙酰苯胺 (\(\text{C}_8\text{H}_9\text{NO}\)) 可藉由苯胺 (\(\text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2\)) 與乙酸酐 (\((\text{CH}_3\text{CO})_2\text{O}\)) 按以下方程反應製得：\(\text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2 + (\text{CH}_3\text{CO})_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_5\text{NHCOCH}_3 + \text{CH}_3\text{COOH}\)。在該合成乙酰苯胺的反應中，其原子利用率是多少？（相對原子質量：\(H = 1.0\)，\(C = 12.0\)，\(N = 14.0\)，\(O = 16.0\))

某有機化合物 X 的紅外光譜中，在 \(3230 - 3670\text{ cm}^{-1}\) 範圍內顯示出強而寬的吸收峰。當化合物 X 與酸化 \(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\text{(aq)}\) 共熱時，並未引起任何顏色變化。化合物 X 最可能是下列哪一個？

考慮關於三種金屬 P、Q 及 R 的以下實驗觀察： (1) 金屬 P 與冷水劇烈反應並產生氣體。 (2) Q 的氧化物可藉與碳共熱而還原，但 P 的氧化物則不能。 (3) 當將金屬 Q 加入含有 R 離子的水溶液中時，Q 的表面會有金屬 R 析出。 下列哪一項是該三種金屬活性由大至小的正確順序？

下列哪一對化學物種具有相同的分子 / 離子形狀？

考慮以下標準焓變：
\( \text{C(石墨)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightarrow \text{CO}_2\text{(g)} \quad \Delta H^\theta = -393.5 \text{ kJ mol}^{-1} \)
\( 2\text{H}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O(l)} \quad \Delta H^\theta = -571.6 \text{ kJ mol}^{-1} \)
\( 2\text{C}_2\text{H}_2\text{(g)} + 5\text{O}_2\text{(g)} \rightarrow 4\text{CO}_2\text{(g)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \quad \Delta H^\theta = -2598.8 \text{ kJ mol}^{-1} \)

乙炔 (\(\text{C}_2\text{H}_2\text{(g)}\)) 的標準生成焓變是多少？

在下列哪些物種中，釩的氧化數為 +4？
(1) \(\text{VO}^{2+}\)
(2) \(\text{VO}_2\)
(3) \(\text{VCl}_4\)

某有機化合物 \(X\) 的分子式為 \(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\)。它不與鈉金屬反應釋出氫氣，亦不與碳酸氫鈉溶液反應。\(X\) 可能屬於下列哪一個同系列？

氣體 \(X\) 和氣體 \(Y\) 的混合物反應生成氣體 \(Z\)。下列哪些改變會同時增加反應速率以及能量等於或大於活化能的反應物分子比例？
(1) 提高反應混合物的溫度
(2) 加入合適的催化劑
(3) 通過縮小容器體積來增加系統的壓強

分子式為 \(\text{C}_3\text{H}_5\text{Cl}_3\) 的無環結構異構體（不包括立體異構體）共有多少個？

在一次標定實驗中，學生用移液管將 \(25.00 \text{ cm}^3\) 的標準碳酸鈉溶液轉移到錐形瓶中，並用滴定管中未知濃度的鹽酸溶液進行滴定。

下列哪項實驗誤差會導致計算出的鹽酸溶液濃度被高估？

進行一個電解實驗以純化含有少量鋅和銀雜質的粗銅樣本。所使用的電解質是硫酸銅(II)水溶液。(a) 指出哪一個電極（陽極或陰極）應由粗銅樣本製成，並從氧化和還原的角度解釋你的答案。(2分) (b) 描述在電解過程中，鋅和銀雜質會發生什麼變化。(2分) (c) 寫出在陰極發生的反應的離子半方程式，並指出該電極的明顯變化。(2分)

單體 X 的結構為 CH2=C(CH3)COOCH2CH3。(a) 給出單體 X 的系統命名（IUPAC名稱）。(1分) (b) 畫出由 X 形成的加成聚合物的重複單位。(1分) (c) 解釋為什麼這種聚合物是熱塑性塑料而非熱固性塑料。(2分) (d) 提出一個與焚燒處置該聚合物相關的環境問題。(2分)

鈦是從其礦物金紅石 (TiO2) 中通過多步過程提取的，其中包括在高溫下用鎂還原四氯化鈦 (TiCl4)。(a) 解釋為什麼不能直接通過與碳共熱從 TiO2 中提取鈦。(2分) (b) 寫出鎂還原 TiCl4 的化學方程式。(1分) (c) 說明為什麼該提取過程需要在氬氣的惰性氣氛下進行。(1分) (d) 指出回收鈦金屬而非從其礦石中提取的一個優點和一個缺點。(2分)

進行了一項實驗以測定液態丙-2-醇 CH3CH(OH)CH3(l) 的標準生成焓。已知以下標準燃燒焓 (\Delta H_c^\theta)：\Delta H_c^\theta[C(s, 石墨)] = -394 kJ mol-1, \Delta H_c^\theta[H2(g)] = -286 kJ mol-1, \Delta H_c^\theta[CH3CH(OH)CH3(l)] = -2006 kJ mol-1。(a) 寫出丙-2-醇標準生成焓的熱化學方程式。(2分) (b) 構建一個赫斯定律循環，以計算丙-2-醇的標準生成焓 (\Delta H_f^\theta)。(4分)

在學校實驗室中，通過乙醇與乙酸反應製備乙酸乙酯。(a) 命名在該反應中使用的催化劑，並指出該物質在反應混合物中的另一個作用。(2分) (b) 簡要解釋為什麼將反應混合物在迴流下加熱，而不是在敞口燒杯中加熱。(2分) (c) 加熱後，將碳酸鈉溶液加入混合物中。指出加入碳酸鈉的目的，以及表明其反應完成的觀察結果。(2分)

在兩個不同溫度下測定了一個一級分解反應的速率常數 k：在 T1 = 300 K 時，k1 = 2.4 * 10^-3 s-1。在 T2 = 340 K 時，k2 = 6.8 * 10^-2 s-1。（已知：氣體常數 R = 8.31 J K-1 mol-1；阿瑞尼士方程可表示為 ln(k2/k1) = -Ea/R * (1/T2 - 1/T1)）。(a) 計算該反應的活化能 Ea，以 kJ mol-1 為單位。(4分) (b) 利用碰撞理論，解釋催化劑如何增加該反應的速率。(2分)

考慮以下兩條用於生產所需產物 P（摩爾質量 = 120 g mol-1）的化學路線。路線 A（單步反應）：X + Y -> P + Z（X 的摩爾質量 = 80 g mol-1，Y = 90 g mol-1，Z = 50 g mol-1）。路線 B（兩步催化反應）：第一步：A + B -> C（100% 產率）；第二步：C + D -> P（90% 產率，無副產物）（A 的摩爾質量 = 50 g mol-1，B = 70 g mol-1，D = 10 g mol-1，C = 120 g mol-1）。(a) 計算路線 A 的原子經濟性。(2分) (b) 計算路線 B 的原子經濟性。(2分) (c) 根據綠色化學原則，建議兩個為什麼路線 B 可能比路線 A 更理想的原因，儘管它包含更多步驟。(2分)

某學生測定了蛋殼中碳酸鈣的含量。將一塊 2.00 g 的乾淨、乾燥蛋殼樣本放入 50.0 cm3 的 1.00 mol dm-3 鹽酸 HCl(aq)（過量）中。加熱混合物以完成反應並過濾。將濾液稀釋至 250.0 cm3。取此溶液的 25.0 cm3，需要 14.10 cm3 的 0.100 mol dm-3 氫氧化鈉 NaOH(aq) 進行完全中和。(a) 寫出碳酸鈣與鹽酸反應的化學方程式。(1分) (b) 計算與蛋殼樣本中的碳酸鈣發生反應的 HCl 的摩爾數。(4分) (c) 計算蛋殼中碳酸鈣的質量百分比。(1分)（CaCO3 的摩爾質量 = 100.1 g mol-1）

一種未知有機化合物 W 的分子式為 C3H6O。(a) 畫出 W 所有可能屬於羰基化合物（醛或酮）的結構異構體的結構式。(2分) (b) 在 W 的紅外（IR）光譜中，在 1715 cm-1 附近觀察到一個強而尖銳的吸收峰，但在 2700 - 2830 cm-1 區域內沒有吸收峰。確定 W 中存在的官能團，並推斷 W 是醛還是酮。(2分) (c) 描述如何使用化學測試來區分 (a) 中可能的異構體，並指出觀察結果。(2分)

碳酰氯 (COCl2) 根據以下可逆反應方程式分解：COCl2(g) <=> CO(g) + Cl2(g) (\Delta H > 0)。在一項實驗中，在 600 K 下將 1.00 mol 的 COCl2(g) 引入一個 2.00 dm3 的密閉容器中。在平衡時，測得 CO(g) 的濃度為 0.15 mol dm-3。(a) 寫出該反應的平衡常數 Kc 的表達式。(1分) (b) 計算 COCl2(g) 和 Cl2(g) 的平衡濃度，並由此確定在 600 K 時的 Kc 值（連同單位）。(3分) (c) 預測並解釋提高溫度對 CO(g) 平衡產率的影響。(2分)

鹼性氫氧燃料電池常用於太空船中，以提供電力及飲用水。
(a) 寫出該電池在陽極（負極）發生反應的半化學方程式。 (1分)
(b) 寫出該電池在陰極（正極）發生反應的半化學方程式。 (1分)
(c) 寫出使用燃料電池相較於傳統碳鋅乾電池的一個優點。 (1分)
(d) 在某特定運行條件下，該燃料電池釋出 \(2.0\text{ A}\) 的恆定電流，持續了 \(9650\text{ 秒}\)。計算在此期間所產生的水的質量。
（法拉第常數 \(F = 96500\text{ C mol}^{-1}\)；\(\text{H}_2\text{O}\) 的摩爾質量 \(= 18.0\text{ g mol}^{-1}\)） (3分)

碳（石墨）、氫氣及丙烯氣體（\(\text{C}_3\text{H}_6\)）在 \(298\text{ K}\) 下的標準燃燒焓變（\(\Delta H_c^\ominus\)）如下：
- \(\text{C}\text{（石墨, } s) + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \quad \Delta H_c^\ominus = -394\text{ kJ mol}^{-1}\)
- \(\text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(l) \quad \Delta H_c^\ominus = -286\text{ kJ mol}^{-1}\)
- \(\text{C}_3\text{H}_6(g) + \frac{9}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow 3\text{CO}_2(g) + 3\text{H}_2\text{O}(l) \quad \Delta H_c^\ominus = -2058\text{ kJ mol}^{-1}\)

(a) 定義「標準燃燒焓變」一詞。 (2分)
(b) 寫出由處於標準狀態的元素生成丙烯氣體的化學方程式。 (1分)
(c) 計算丙烯氣體的標準生成焓變。 (3分)

考慮以下由 1-氯丙烷製備丙酸乙酯的反應步驟：
反應 1：\(\text{1-氯丙烷} \xrightarrow{\text{試劑 A}} \text{丙-1-醇}\)
反應 2：\(\text{丙-1-醇} \xrightarrow{\text{試劑 B}} \text{丙酸}\)
反應 3：\(\text{丙酸} + \text{乙醇} \xrightarrow{\text{試劑 C}} \text{丙酸乙酯}\)

(a) 寫出反應 1 所需的試劑及反應條件。 (2分)
(b) 辨識試劑 B，並指出在反應 2 中預期的顏色變化。 (2分)
(c) 寫出試劑 C 的名稱及其在反應 3 中的角色。 (2分)

回答本題的所有部分。在需要時顯示你的計算步驟。

(a) 二氧化碳加氫製甲醇是利用 \(\text{CO}_2\) 的一條有前景的途徑。在兩個不同溫度下測定了該催化反應的速率常數 (\(k\))：
在 \(500\text{ K}\) 時，\(k_1 = 2.5 \times 10^{-3}\text{ s}^{-1}\)
在 \(550\text{ K}\) 時，\(k_2 = 1.5 \times 10^{-2}\text{ s}^{-1}\)

(i) 計算該反應的活化能 (\(E_a\))，以 \(\text{kJ mol}^{-1}\) 為單位。
（已知：氣體常數 \(R = 8.31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1}\)） (4分)

(ii) 繪畫在 \(500\text{ K}\) 和 \(550\text{ K}\) 下，分子動能的麥克斯韋-玻爾茲曼 (Maxwell-Boltzmann) 分佈曲線。利用碰撞理論，解釋溫度的改變如何影響反應速率。 (3分)

(b) 由二氧化碳合成甲醇的化學方程式如下：

\(\text{CO}_2(\text{g}) + 3\text{H}_2(\text{g}) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{OH}(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{g}) \quad \Delta H = -49.5\text{ kJ mol}^{-1}\)

(i) 預測並解釋增加溫度和增加壓強對甲醇平衡產率的影響。 (4分)

(ii) 在工業上，該反應通常在折衷溫度 \(250^\circ\text{C}\) 和壓強 \(50\text{ atm}\) 下進行。從動力學、熱力學及經濟/安全因素，解釋為何採用這些條件。 (3分)

(c) 甲醇可通過不同的工業途徑合成：

途徑 1：\(\text{CO}(\text{g}) + 2\text{H}_2(\text{g}) \rightarrow \text{CH}_3\text{OH}(\text{g})\)

途徑 2：\(\text{CO}_2(\text{g}) + 3\text{H}_2(\text{g}) \rightarrow \text{CH}_3\text{OH}(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{g})\)

(i) 分別計算途徑 1 和途徑 2 合成甲醇的原子利用率 (atom economy)。
（相對原子質量：\(\text{H} = 1.0\)，\(\text{C} = 12.0\)，\(\text{O} = 16.0\)） (3分)

(ii) 儘管途徑 2 的原子利用率較低，試從綠色化學原則解釋為何它更為理想。 (2分)

(iii) 該反應中所使用的銅基催化劑極易被反應物氣體混合物中微量的硫化合物（例如 \(\text{H}_2\text{S}\)）毒化。

(1) 從活化能的角度，解釋催化劑如何增加反應速率。 (1分)

(2) 寫出硫化合物如何「毒化」催化劑，並提出一種在工業流程中防止此情況的方法。 (2分)

一名分析化學家正在調查一種溶劑的純度並分析工業廢水。本題由三部分組成。

**甲部 (8分)**
有機化合物 \(A\) 是化妝品中常用的溶劑，其分子式為 \(C_4H_8O_2\)。
(i) 描述一個化學測試以分辨 \(A\) 是羧酸還是酯。(2分)
(ii) \(A\) 的紅外線 (IR) 光譜在 \(1740\text{ cm}^{-1}\) 處顯示強吸收帶，但在 \(2500 - 3300\text{ cm}^{-1}\) 區域內沒有寬吸收帶。
(1) 根據此資訊， \(A\) 中存在什麼官能基？(1分)
(2) 解釋為什麼在 \(2500 - 3300\text{ cm}^{-1}\) 區域內缺乏寬吸收帶可以排除 \(C_4H_8O_2\) 的某些異構體。(1分)
(iii) \(A\) 的質譜在 \(m/z = 43\) 處顯示基峰，其他顯著的峰位於 \(m/z = 88\)（分子離子峰）和 \(m/z = 61\)。
(1) 建議負責 \(m/z = 43\) 峰的化學物種的結構。(1分)
(2) 推導 \(A\) 的結構式。解釋你的推理。(3分)

**乙部 (7分)**
化學家利用比色法測定工業廢水樣本中 \(\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}(aq)\) 離子的濃度。
(i) 解釋為什麼 \(\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}(aq)\) 可以使用比色法進行定量分析。(1分)
(ii) 簡要解釋比色計的工作原理，以及為什麼在此分析中選擇互補濾光片。(2分)
(iii) 化學家製備了一系列 \(\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}(aq)\) 的標準溶液並測量了它們的吸光度。所得的校準曲線由以下方程表示：
\[A = 1540 \times C\]
其中 \(A\) 是吸光度， \(C\) 是 \(\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}(aq)\) 的濃度（單位：\(\text{mol dm}^{-3}\)）。
將 \(10.0\text{ cm}^3\) 的廢水樣本在容量瓶中稀釋至 \(250.0\text{ cm}^3\)。測得該稀釋溶液的吸光度為 \(0.462\)。
(1) 計算稀釋溶液中 \(\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}(aq)\) 的濃度。(1分)
(2) 計算原始廢水樣本中 \(\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}(aq)\) 的濃度。(2分)
(3) 指出在此分析中，使用比色法比體積滴定法的一個優點。(1分)

**丙部 (5分)**
使用薄層色譜法 (TLC) 檢查合成阿司匹林（乙醯水楊酸）樣品的純度。
(i) 描述如何製備和展開 TLC 板以分離樣品中的組分。(3分)
(ii) 解釋如何在 TLC 板上顯現組分，因為阿司匹林及其雜質均為無色。(1分)
(iii) 展開後，溶劑前沿自起始線移動了 \(8.0\text{ cm}\)。對應於阿司匹林的斑點移動了 \(3.6\text{ cm}\)。計算阿司匹林的 \(R_f\) 值。(1分)