下列哪項過程不涉及氧化或還原？
- A.氯氣與冷氫氧化鈉溶液的反應。
- B.濃硫酸對氯化鈉的作用。
- C.硝酸銅(II) 的熱分解。
- D.熱濃硝酸對碳的作用。
解題
在選項 B 中，反應為 NaCl(s) + H2SO4(l) -> NaHSO4(s) + HCl(g)。所有元素的氧化態均保持不變：Na 為 +1，Cl 為 -1，H 為 +1，S 為 +6，O 為 -2。因此，這不涉及氧化還原。在 A 中，氯發生歧化反應。在 C 中，硝酸銅(II) 分解為氧化銅(II)、二氧化氮和氧氣，其中氮被還原而氧被氧化。在 D 中，碳被氧化為 CO2，而硝酸被還原為 NO2。
評分準則
選擇正確答案 (B) 得 1 分；選擇錯誤選項得 0 分。
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？
- A.\(-277.1\text{ kJ mol}^{-1}\)
- B.\(+277.1\text{ kJ mol}^{-1}\)
- C.\(-688.0\text{ kJ mol}^{-1}\)
- D.\(+688.0\text{ kJ mol}^{-1}\)
解題
根據赫氏定律，乙醇的標準生成焓變由下式給出：\(\Delta H_f^\theta[\text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)}] = 2 \times \Delta H_c^\theta[\text{C(s)}] + 3 \times \Delta H_c^\theta[\text{H}_2\text{(g)}] - \Delta H_c^\theta[\text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)}]\)。代入數值：\(\Delta H_f^\theta = 2(-393.5) + 3(-285.8) - (-1367.3) = -787.0 - 857.4 + 1367.3 = -277.1\text{ kJ mol}^{-1}\)。
評分準則
選擇正確答案 (A) 得 1 分；選擇錯誤選項得 0 分。
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？
- A.第一步：與過量濃 \(\text{H}_2\text{SO}_4\) 在 \(170\ ^\circ\text{C}\) 共熱；第二步：在 \(\text{H}^+\) 存在下與 \(\text{H}_2\text{O}\) 共熱
- B.第一步：與酸化 \(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\text{(aq)}\) 回流加熱；第二步：與 \(\text{NaBH}_4\) 反應
- C.第一步：在無水 \(\text{ZnCl}_2\) 存在下與濃 \(\text{HCl}\text{(aq)}\) 回流加熱；第二步：與 \(\text{NaOH}\text{(aq)}\) 共熱
- D.第一步：與 \(\text{PBr}_3\) 反應；第二步：與 \(\text{KOH(aq)}\) 共熱
解題
第一步：將丙烷-1-醇與過量濃硫酸在 \(170\ ^\circ\text{C}\) 共熱，會脫水生成丙烯。第二步：丙烯在酸催化下的水合反應 (\(\text{H}_2\text{O}/\text{H}^+\)) 會生成丙烷-2-醇為主要產物，因為根據馬氏規則，羥基會加成到仲碳上。
評分準則
選擇正確答案 (A) 得 1 分；選擇錯誤選項得 0 分。
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）？
- A.\(Y > X > Z\)
- B.\(Y > Z > X\)
- C.\(X > Y > Z\)
- D.\(Z > Y > X\)
解題
根據線索 1，\(Y\) 的活潑性高於 \(X\)，因為它的氧化物不能被碳還原，而 \(X\) 的氧化物則可以。根據線索 2，\(X\) 的活潑性高於 \(Z\)，因為 \(X\) 可以從其硝酸鹽溶液中置換出 \(Z\)。根據線索 3，\(Y\) 與冷水反應，說明其活潑性極高。因此，活潑性順序為 \(Y > X > Z\)。
評分準則
選擇正確答案 (A) 得 1 分；選擇錯誤選項得 0 分。
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 \(R = 8.31\text{ J mol}^{-1}\text{ K}^{-1}\)）
- A.\(55.3\text{ kJ mol}^{-1}\)
- B.\(110.6\text{ kJ mol}^{-1}\)
- C.\(23.0\text{ kJ mol}^{-1}\)
- D.\(5.53\text{ kJ mol}^{-1}\)
解題
使用阿倫尼烏斯方程：\(\ln\left(\frac{k_2}{k_1}\right) = \frac{E_a}{R}\left(\frac{1}{T_1} - \frac{1}{T_2}\right)\)。代入給定數值：\(\ln\left(\frac{8.0 \times 10^{-3}}{2.0 \times 10^{-3}}\right) = \frac{E_a}{8.31}\left(\frac{1}{300} - \frac{1}{320}\right)\) => \(\ln(4) = \frac{E_a}{8.31} \times \frac{20}{96000}\) => \(1.3863 = \frac{E_a}{8.31} \times \frac{1}{4800}\) => \(E_a = 1.3863 \times 8.31 \times 4800 = 55298\text{ J mol}^{-1} \approx 55.3\text{ kJ mol}^{-1}\)。
評分準則
選擇正確答案 (A) 得 1 分；選擇錯誤選項得 0 分。
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。
- A.只有 (1)
- B.只有 (2)
- C.只有 (1) 及 (3)
- D.只有 (2) 及 (3)
解題
陳述 (1) 不正確，因為給出的還原半反應發生在陰極，而非陽極。陽極反應是氫的氧化：\(\text{H}_2\text{(g)} + 2\text{OH}^-\text{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O(l)} + 2e^-\)。陳述 (2) 和 (3) 正確：KOH(aq) 是鹼性燃料電池中的標準電解質，且總電池反應的唯一產物是水。
評分準則
選擇正確答案 (D) 得 1 分；選擇錯誤選項得 0 分。
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 \(= 100.1\text{ g mol}^{-1}\)）
- A.73.4%
- B.83.4%
- C.36.7%
- D.93.4%
解題
初始 \(\text{HCl}\) 的總摩爾數 \(= 0.0500\text{ dm}^3 \times 0.500\text{ mol dm}^{-3} = 0.0250\text{ mol}\)。被 \(\text{NaOH}\) 中和的 \(\text{HCl}\) 摩爾數 \(= 0.0150\text{ dm}^3 \times 0.200\text{ mol dm}^{-3} = 0.00300\text{ mol}\)。與 \(\text{CaCO}_3\) 反應的 \(\text{HCl}\) 摩爾數 \(= 0.0250 - 0.00300 = 0.0220\text{ mol}\)。由於 1 摩爾 \(\text{CaCO}_3\) 與 2 摩爾 \(\text{HCl}\) 反應，\(\text{CaCO}_3\) 的摩爾數 \(= 0.0220 / 2 = 0.0110\text{ mol}\)。\(\text{CaCO}_3\) 的質量 \(= 0.0110\text{ mol} \times 100.1\text{ g mol}^{-1} = 1.1011\text{ g}\)。質量百分比 \(= (1.1011\text{ g} / 1.50\text{ g}) \times 100\% \approx 73.4\%\)。
評分準則
選擇正確答案 (A) 得 1 分；選擇錯誤選項得 0 分。
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？
- A.乙醇和乙酸
- B.丙烷-1-醇和丙醛
- C.乙酸和乙酸乙酯
- D.丙酸甲酯和乙酸乙酯
解題
丙酸甲酯和乙酸乙酯均為同分異構的酯類。它們含有完全相同類型的化學鍵：C=O、C-O 和 C-H，因此在它們的紅外光譜中會產生相同的特徵官能團吸收峰。故此，單憑識別特徵官能團吸收峰無法將它們區分。其他各對化合物具有不同的官能團，可以很容易地通過識別特定峰的存在與否（例如 O-H 與 C=O）來進行區分。
評分準則
選擇正確答案 (D) 得 1 分；選擇錯誤選項得 0 分。
下列哪組物種均具有平面三角形的形狀？
- A.\(\text{BF}_3\)，\(\text{CO}_3^{2-}\)，\(\text{NO}_3^-\)
- B.\(\text{NH}_3\)，\(\text{PCl}_3\)，\(\text{H}_3\text{O}^+\)
- C.\(\text{CH}_4\)，\(\text{SiF}_4\)，\(\text{NH}_4^+\)
- D.\(\text{O}_3\)，\(\text{SO}_2\)，\(\text{NO}_2^-\)
解題
\(\text{BF}_3\) 的中心原子 B 有 3 個鍵合電子對且無孤電子對，呈平面三角形。\(\text{CO}_3^{2-}\) 和 \(\text{NO}_3^-\) 的中心碳和氮原子上也各有 3 個鍵合區域且無孤電子對，同樣呈平面三角形。在 B 中，各物種呈三角錐形。在 C 中，呈四面體形。在 D 中，呈折線形（V形）。
評分準則
選擇正確答案 (A) 得 1 分；選擇錯誤選項得 0 分。
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：\(\text{H} = 1.0\)，\(\text{C} = 12.0\)，\(\text{O} = 16.0\)）
- A.64.5%
- B.44.1%
- C.84.5%
- D.35.5%
解題
原子經濟 \(= (\text{目標產物的摩爾質量} / \text{所有產物的摩爾質量總和}) \times 100\%\)。目標產物為順丁烯二酸酐 (\(\text{C}_4\text{H}_2\text{O}_3\))，摩爾質量 \(= 4 \times 12.0 + 2 \times 1.0 + 3 \times 16.0 = 98.0\text{ g mol}^{-1}\)。副產物為 3 摩爾的 \(\text{H}_2\text{O}\)，質量 \(= 3 \times 18.0 = 54.0\text{ g}\)。所有產物的摩爾質量總和 \(= 98.0 + 54.0 = 152.0\text{ g}\)。原子經濟 \(= (98.0 / 152.0) \times 100\% = 64.5\%\)。
評分準則
選擇正確答案 (A) 得 1 分；選擇錯誤選項得 0 分。
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？
- A.\( -1366.8 \text{ kJ mol}^{-1} \)
- B.\( -956.8 \text{ kJ mol}^{-1} \)
- C.\( -401.7 \text{ kJ mol}^{-1} \)
- D.\( -1921.8 \text{ kJ mol}^{-1} \)
解題
根據赫斯定律，液態乙醇燃燒的化學方程式為：
\( \text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)} + 3\text{O}_2\text{(g)} \rightarrow 2\text{CO}_2\text{(g)} + 3\text{H}_2\text{O(l)} \)
利用各物質的標準生成焓 (\( \Delta H_f^{\theta} \))：
\( \Delta H_c^{\theta} = 2 \Delta H_1 + 3 \Delta H_2 - \Delta H_3 \)
\( \Delta H_c^{\theta} = 2(-393.5) + 3(-285.8) - (-277.6) = -1366.8 \text{ kJ mol}^{-1} \)。
評分準則
答對選項 A 得 1 分。方法涉及應用赫斯定律：\( 2 \times \Delta H_1 + 3 \times \Delta H_2 - \Delta H_3 \)。
下列哪項氧化過程中，硫的氧化數剛好增加 4？
- A.在過量氧氣中燃燒硫以生成二氧化硫。
- B.硫化氫與二氧化硫反應生成硫。
- C.二氧化硫與酸化重鉻酸鉀溶液反應。
- D.銅與濃硫酸反應生成二氧化硫。
解題
在選項 A 中，單質硫（氧化數 = 0）被氧化為二氧化硫（\( \text{SO}_2 \)，S 的氧化數 = +4），其氧化數增幅確實為 4。選項 C 中，二氧化硫（+4）被氧化為硫酸根（+6），增幅為 +2。選項 D 中，硫酸（+6）被還原為二氧化硫（+4），變化為 -2。
評分準則
選擇 A 得 1 分。檢查各選項中硫的初始和最終氧化態。
以下化合物的系統 IUPAC 名稱是什麼？
\( \text{CH}_3\text{CH(CH}_3\text{)C(CH}_3\text{)=CHCH}_3 \)
- A.2,3-二甲基戊-3-烯
- B.3,4-二甲基戊-2-烯
- C.2,3-二甲基戊-2-烯
- D.1,2,3-三甲基丁-2-烯
解題
1. 含有雙鍵的最長碳鏈有 5 個碳原子（戊烯）。
2. 從右至左編號可使雙鍵位置最低：C2（戊-2-烯）。
3. 取代基為位於第 3 和第 4 號碳上的甲基。因此，名稱為 3,4-二甲基戊-2-烯。
評分準則
答對 B 得 1 分。雙鍵的編號優先於取代基以取得較低數字。
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？
- A.\( \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CHO} \)
- B.\( \text{CH}_3\text{CH(OH)CH=CH}_2 \)
- C.\( \text{CH}_3\text{COCH}_2\text{CH}_3 \)
- D.\( \text{CH}_2\text{=CHCH}_2\text{CH}_2\text{OH} \)
解題
1. 醛（選項 A）會被酸化 \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \) 氧化。
2. 醇（選項 B 和 D）會與金屬鈉反應釋放氫氣，且可被氧化。
3. 酮（選項 C，丁酮）的分子式為 \( \text{C}_4\text{H}_8\text{O} \)，不易被溫和氧化，也不與金屬鈉反應。
評分準則
答對 C 得 1 分。學生需要根據化學測試推導官能團。
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 \( R = 8.31 \text{ J mol}^{-1}\text{ K}^{-1} \)）
- A.\( 1.44 \text{ kJ mol}^{-1} \)
- B.\( 14.4 \text{ kJ mol}^{-1} \)
- C.\( 99.7 \text{ kJ mol}^{-1} \)
- D.\( 997 \text{ kJ mol}^{-1} \)
解題
根據阿倫尼烏斯方程，\( \ln k = -\frac{E_a}{R} (\frac{1}{T}) + \ln A \)。斜率 \( m = -\frac{E_a}{R} \)。因此，\( -1.20 \times 10^4 = -\frac{E_a}{8.31} \)，得出 \( E_a = 99720 \text{ J mol}^{-1} \approx 99.7 \text{ kJ mol}^{-1} \)。
評分準則
答對 C 得 1 分。需要正確進行單位換算（J 換算為 kJ）。
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：\( \text{H} = 1.0 \)，\( \text{C} = 12.0 \)，\( \text{O} = 16.0 \)）
- A.路線 1 較為綠色，因為其原子經濟性為 64.5%，而路線 2 則為 44.1%。
- B.路線 2 較為綠色，因為其原子經濟性為 64.5%，而路線 1 則為 44.1%。
- C.路線 1 較為綠色，因為其原子經濟性為 55.9%，而路線 2 則為 35.5%。
- D.路線 2 較為綠色，因為其原子經濟性為 82.1%，而路線 1 則為 17.9%。
解題
\( \text{C}_4\text{H}_2\text{O}_3 \) 的式量 = 98.0。
路線 1：目標產物質量 = \( 2 \times 98.0 = 196.0 \)。產物總質量 = \( 2(98.0) + 4(44.0) + 4(18.0) = 444.0 \)。原子經濟性 = \( \frac{196.0}{444.0} \times 100\% = 44.1\% \)。
路線 2：目標產物質量 = \( 98.0 \)。產物總質量 = \( 98.0 + 3(18.0) = 152.0 \)。原子經濟性 = \( \frac{98.0}{152.0} \times 100\% = 64.5\% \)。
路線 2 較為綠色，因為其原子經濟性較高 (64.5%)。
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：
\( \text{OCl}^- + 2\text{I}^- + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Cl}^- + \text{I}_2 + \text{H}_2\text{O} \)
\( \text{I}_2 + 2\text{S}_2\text{O}_3^{2-} \rightarrow 2\text{I}^- + \text{S}_4\text{O}_6^{2-} \)）
- A.\( 0.0448 \text{ mol dm}^{-3} \)
- B.\( 0.224 \text{ mol dm}^{-3} \)
- C.\( 0.448 \text{ mol dm}^{-3} \)
- D.\( 0.896 \text{ mol dm}^{-3} \)
解題
1. 所用 \( \text{S}_2\text{O}_3^{2-} \) 的摩爾數 = \( 0.100 \times 0.02240 = 2.24 \times 10^{-3} \text{ 摩爾} \)。
2. 碘的摩爾數 \( = \frac{1}{2} \times n(\text{S}_2\text{O}_3^{2-}) = 1.12 \times 10^{-3} \text{ 摩爾} \)。
3. 在 \( 25.00 \text{ cm}^3 \) 稀釋溶液中，\( \text{OCl}^- \) 的摩爾數 = 碘的摩爾數 \( = 1.12 \times 10^{-3} \text{ 摩爾} \)。
4. 稀釋溶液中 \( \text{OCl}^- \) 的濃度 = \( 1.12 \times 10^{-3} / 0.02500 = 0.0448 \text{ mol dm}^{-3} \)。
5. 原始濃度（稀釋倍數為 10）= \( 0.0448 \times 10 = 0.448 \text{ mol dm}^{-3} \)。
評分準則
答對 C 得 1 分。方法涉及連續的化學計量比計算並考慮稀釋倍數。
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？
- A.分子離子峰出現於 \( m/z = 60 \)。
- B.它在 \( m/z = 45 \) 處顯示一個顯著的峰，對應 \( [\text{COOH}]^+ \) 碎片。
- C.它在 \( m/z = 43 \) 處顯示一個顯著的峰，對應 \( [\text{C}_3\text{H}_7]^+ \) 碎片。
- D.由於失去一個水分子，在 \( m/z = 15 \) 處會出現一個顯著的峰。
解題
根據紅外光譜數據，該化合物含有 O-H 基團（羧酸，於 \( 3000 \text{ cm}^{-1} \) 呈寬帶）和 C=O 基團（於 \( 1715 \text{ cm}^{-1} \) 呈尖峰）。因此，\( Y \) 是丙酸 (\( \text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOH} \))。在丙酸的質譜中，鄰近羰基的裂解會產生高度穩定的 \( [\text{COOH}]^+ \) 碎片，對應 \( m/z = 45 \)。
評分準則
答對 B 得 1 分。學生須先將化合物識別為丙酸，然後確定正確的質量碎片。
下列哪種混合物在強熱時會發生置換反應？
- A.\( \text{MgO} \) 和 \( \text{Fe} \)
- B.\( \text{Al}_2\text{O}_3 \) 和 \( \text{Cu} \)
- C.\( \text{Fe}_2\text{O}_3 \) 和 \( \text{Al} \)
- D.\( \text{ZnO} \) 和 \( \text{Pb} \)
解題
根據金屬活動性順序：\( \text{Al} > \text{Zn} > \text{Fe} > \text{Pb} > \text{Cu} \)。游離金屬可將較不活潑的金屬從其氧化物中置換出來。由於鋁 (\( \text{Al} \)) 比鐵 (\( \text{Fe} \)) 更活潑，強熱 \( \text{Fe}_2\text{O}_3 \) 和 \( \text{Al} \) 的混合物會發生劇烈的鋁熱反應。Fe、Cu 和 Pb 分別比 Mg、Al 和 Zn 更不活潑，因此其他選項均無反應。
評分準則
答對 C 得 1 分。本題測試對金屬活動性順序應用於固態置換反應的理解。
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？
- A.\( \text{BF}_3 \)
- B.\( \text{PCl}_3 \)
- C.\( \text{CO}_3^{2-} \)
- D.\( \text{ClF}_3 \)
解題
\( \text{H}_3\text{O}^+ \) 的中心氧原子上有 3 個鍵合電子對和 1 個孤電子對，呈三角錐形。\( \text{PCl}_3 \) 的中心磷原子上同樣有 3 個鍵合電子對和 1 個孤電子對，也呈三角錐形。\( \text{BF}_3 \) 和 \( \text{CO}_3^{2-} \) 為平面三角形，而 \( \text{ClF}_3 \) 為 T 形。
評分準則
答對 B 得 1 分。應用價層電子對互斥理論 (VSEPR) 分析分子/離子的電子對數及形狀。
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？
- A.-103.7 kJ mol^{-1}
- B.-1540.7 kJ mol^{-1}
- C.+103.7 kJ mol^{-1}
- D.+1540.7 kJ mol^{-1}
解題
根據赫斯定律，丙烷生成的化學方程式為：\(3\text{C(石墨)} + 4\text{H}_2\text{(g)} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_8\text{(g)}\)。利用標準燃燒焓變：\(\Delta H_f^\theta = 3 \times \Delta H_c^\theta[\text{C}] + 4 \times \Delta H_c^\theta[\text{H}_2] - \Delta H_c^\theta[\text{C}_3\text{H}_8]\)，即 \(\Delta H_f^\theta = 3(-393.5) + 4(-285.8) - (-2220.0) = -103.7\text{ kJ mol}^{-1}\)。
評分準則
選正確答案 A 得 1 分。方法：應用赫斯定律將標準燃燒焓與標準生成焓聯繫起來。準確度：計算得出 -103.7 kJ/mol。
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。
- A.只有 (1)
- B.只有 (1) 及 (2)
- C.只有 (2) 及 (3)
- D.(1)、(2) 及 (3)
解題
(1) 正確，因為原電池電壓為 0.34 - (-0.76) = 1.10 V，而新電池電壓為 0.34 - (-0.25) = 0.59 V。(2) 正確，因為鎳的活性比銅高，所以鎳作為負極並發生氧化反應，釋放電子流向銅電極。(3) 錯誤，因為鎳電極發生氧化反應生成 Ni2+(aq)，鎳電極溶解，因此其質量減少。
評分準則
選正確答案 B 得 1 分。推導出 (1) 和 (2) 正確，而 (3) 錯誤，因鎳電極在放電過程中溶解。
下列結構的化合物的 IUPAC 名稱是什麼？ \(\text{ClCH}_2\text{CH}=\text{CHCH(CH}_3)_2\)
- A.5-氯-2-甲基戊-3-烯
- B.1-氯-4-甲基戊-2-烯
- C.1-氯-4,4-二甲基丁-2-烯
- D.4-異丙基-1-氯丁-2-烯
解題
包含雙鍵的最長碳鏈有 5 個碳原子，即為戊烯。自右向左編號使雙鍵編號最低（位於 C2）。C1 處的取代基為氯，C4 處的取代基為甲基。因此，IUPAC 名稱為 1-氯-4-甲基戊-2-烯。
評分準則
選正確答案 B 得 1 分。正確識別主鏈長度（戊-2-烯），並將最低編號優先權分配給雙鍵而非烷基/鹵素基團。
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？
- A.丙-1-醇
- B.丙-2-醇
- C.丙酸
- D.丙酸乙酯
解題
化合物 Z 是一個含有 5 個碳原子的酯。由於它是由化合物 Y 與乙醇（含有 2 個碳原子）經酯化反應而成的，因此 Y 必須是含有 3 個碳原子的羧酸（即丙酸）。Y 是由 X 在回流條件下氧化而來的。因此，X 必須是含有 3 個碳原子的一級醇，即丙-1-醇。
評分準則
選正確答案 A 得 1 分。推導出酯結構為丙酸乙酯，識別 Y 為丙酸，並推導出 X 為丙-1-醇。
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：\(C = 12.0\)，\(O = 16.0\)，\(Ca = 40.1\))
- A.20.8%
- B.41.6%
- C.83.3%
- D.91.6%
解題
起始 HCl 的莫耳數 = 0.0500 * 0.500 = 0.0250 mol。所用 NaOH 的莫耳數 = 0.0168 * 0.250 = 0.0042 mol。過量 HCl 的莫耳數 = 0.0042 mol。與 CaCO3 反應的 HCl 莫耳數 = 0.0250 - 0.0042 = 0.0208 mol。由於 CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + CO2 + H2O，CaCO3 的莫耳數 = 0.0208 / 2 = 0.0104 mol。CaCO3 質量 = 0.0104 * 100.1 = 1.041 g。質量百分比 = (1.041 / 2.50) * 100% = 41.6%。
評分準則
選正確答案 B 得 1 分。方法：計算過量 HCl 的莫耳數，找出反應的 HCl 莫耳數，使用 1:2 的比例找出 CaCO3 的莫耳數，並計算質量百分比。
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 \(R = 8.314\text{ J mol}^{-1}\text{ K}^{-1}\)）
- A.99.8 kJ mol^{-1}
- B.1.44 kJ mol^{-1}
- C.12.0 kJ mol^{-1}
- D.99.8 J mol^{-1}
解題
根據阿瑞尼斯方程：\(\ln k = -\frac{E_a}{R} \cdot \frac{1}{T} + \ln A\)。圖線的斜率為 \(-\frac{E_a}{R}\)。因此，\(-\frac{E_a}{R} = -1.20 \times 10^4\text{ K}\)，得出 \(E_a = 1.20 \times 10^4 \times 8.314\text{ J mol}^{-1} = 9.98 \times 10^4\text{ J mol}^{-1} = 99.8\text{ kJ mol}^{-1}\)。
評分準則
選正確答案 A 得 1 分。方法：將斜率與 -Ea/R 聯繫起來，並進行焦耳到千焦耳的單位換算。
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：\(H = 1.0\)，\(C = 12.0\)，\(N = 14.0\)，\(O = 16.0\))
- A.30.8%
- B.44.4%
- C.69.2%
- D.100%
解題
苯胺的式量 = 6(12.0) + 7(1.0) + 14.0 = 93.0。乙酸酐的式量 = 4(12.0) + 6(1.0) + 3(16.0) = 102.0。反應物總質量 = 93.0 + 102.0 = 195.0。目標產物乙酰苯胺的式量 = 8(12.0) + 9(1.0) + 14.0 + 16.0 = 135.0。原子利用率 = (135.0 / 195.0) * 100% = 69.2%。
評分準則
選正確答案 C 得 1 分。方法：計算目標產物的摩爾質量與所有反應物摩爾質量總和的比值，並以百分比表示。
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？
- A.丙-1-醇
- B.丙-2-醇
- C.2-甲基丙-2-醇
- D.丙酸
解題
紅外光譜在 3230 - 3670 cm-1 的吸收帶表示存在 O-H 基團（醇）。一級醇（丙-1-醇）和二級醇（丙-2-醇）能被酸化重鉻酸鉀氧化，使溶液顏色由橙色變為綠色。丙酸含有羧基（其 O-H 伸縮振動在 2500 - 3300 cm-1 處）。2-甲基丙-2-醇是三級醇，不能被酸化重鉻酸鹽氧化，因此不會引起顏色變化。
評分準則
選正確答案 C 得 1 分。方法：將紅外吸收帶識別為醇的 O-H 伸縮，並確定哪種醇對重鉻酸鹽氧化具有抗性。
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？
- A.P > Q > R
- B.P > R > Q
- C.Q > P > R
- D.R > Q > P
解題
實驗觀察 (1) 表明 P 的活性很高（例如鹼金屬或鹼土金屬）。觀察 (2) 顯示 P 比 Q 更活潑，因為 P 的氧化物過於穩定，不能被碳還原，而 Q 的氧化物可以。觀察 (3) 顯示 Q 比 R 更活潑，因為 Q 置換出溶液中的 R。因此，活性由大到小的順序是 P > Q > R。
評分準則
選正確答案 A 得 1 分。根據與冷水反應、氧化物被碳還原的難易程度以及金屬置換反應來推導金屬活性。
下列哪一對化學物種具有相同的分子 / 離子形狀？
- A.BF3 與 NH3
- B.CH4 與 NH4+
- C.H2O 與 CO2
- D.PCl3 與 BF3
解題
CH4 和 NH4+ 的中心原子均與 4 個末端原子相連，且均無孤隅電子對，因此兩者均為四面體形。BF3（平面三角形）與 NH3（三角錐形）形狀不同；H2O（折線形）與 CO2（直線形）形狀不同；PCl3（三角錐形）與 BF3（平面三角形）形狀不同。
評分準則
選正確答案 B 得 1 分。應用價層電子對互斥理論（VSEPR）識別出 CH4 和 NH4+ 均具有四面體結構。
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？
- A.-226.6 kJ mol^-1
- B.+113.3 kJ mol^-1
- C.+226.6 kJ mol^-1
- D.+453.2 kJ mol^-1
解題
根據定義，乙炔的標準生成焓變對應以下反應：
\( 2\text{C(石墨)} + \text{H}_2\text{(g)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_2\text{(g)} \)
利用蓋斯定律及標準燃燒焓變：
對於乙炔的燃燒反應：
\( \text{C}_2\text{H}_2\text{(g)} + 2.5\text{O}_2\text{(g)} \rightarrow 2\text{CO}_2\text{(g)} + \text{H}_2\text{O(l)} \)
\( \Delta H_c^\theta[\text{C}_2\text{H}_2\text{(g)}] = \frac{-2598.8}{2} = -1299.4 \text{ kJ mol}^{-1} \)
石墨的標準燃燒焓變為：
\( \Delta H_c^\theta[\text{C(石墨)}] = -393.5 \text{ kJ mol}^{-1} \)
氫氣的標準燃燒焓變為：
\( \Delta H_c^\theta[\text{H}_2\text{(g)}] = \frac{-571.6}{2} = -285.8 \text{ kJ mol}^{-1} \)（這亦是 \(\text{H}_2\text{O(l)}\) 的生成焓變）
根據蓋斯定律：
\( \Delta H_c^\theta[\text{C}_2\text{H}_2\text{(g)}] = 2\Delta H_f^\theta[\text{CO}_2\text{(g)}] + \Delta H_f^\theta[\text{H}_2\text{O(l)}] - \Delta H_f^\theta[\text{C}_2\text{H}_2\text{(g)}] \)
\( -1299.4 = 2(-393.5) + (-285.8) - \Delta H_f^\theta[\text{C}_2\text{H}_2\text{(g)}] \)
\( -1299.4 = -787.0 - 285.8 - \Delta H_f^\theta[\text{C}_2\text{H}_2\text{(g)}] \)
\( -1299.4 = -1072.8 - \Delta H_f^\theta[\text{C}_2\text{H}_2\text{(g)}] \)
\( \Delta H_f^\theta[\text{C}_2\text{H}_2\text{(g)}] = -1072.8 - (-1299.4) = +226.6 \text{ kJ mol}^{-1} \)。
在下列哪些物種中，釩的氧化數為 +4？
(1) \(\text{VO}^{2+}\)
(2) \(\text{VO}_2\)
(3) \(\text{VCl}_4\)
- A.只有 (1) 和 (2)
- B.只有 (1) 和 (3)
- C.只有 (2) 和 (3)
- D.(1)、(2) 及 (3)
解題
設釩在各物種中的氧化數為 \(x\)。
- 對於 (1) \(\text{VO}^{2+}\)：\(x + (-2) = +2 \Rightarrow x = +4\)。
- 對於 (2) \(\text{VO}_2\)：\(x + 2(-2) = 0 \Rightarrow x = +4\)。
- 對於 (3) \(\text{VCl}_4\)：\(x + 4(-1) = 0 \Rightarrow x = +4\)。
因此，這三個物種中釩的氧化數均為 +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？
- A.羧酸
- B.酯
- C.二醇
- D.醇
解題
分子式為 \(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\) 的化合物具有一個不飽和度（雙鍵或環）。
- 它不與 \(\text{Na}\) 金屬反應，意味著它不含有 \(-\text{OH}\) 基團（排除醇、二醇及羧酸）。
- 它不與 \(\text{NaHCO}_3\) 溶液反應，意味著它不是羧酸。
- 由於它含有兩個氧原子、不含 \(-\text{OH}\) 和 \(-\text{COOH}\) 基團，且有一個雙鍵（即 \(\text{C}=\text{O}\) 基團），它最可能是酯類化合物（例如乙酸乙酯）。
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
- A.只有 (1)
- B.只有 (1) 和 (2)
- C.只有 (2) 和 (3)
- D.(1)、(2) 及 (3)
解題
- (1) 提高溫度會增加分子的動能。麥克斯韋-玻爾茲曼分佈曲線向右移動，使具有 \(E \ge E_a\) 的分子比例增加，從而提高反應速率。
- (2) 加入催化劑提供了一條活化能較低（\(E_a'\)）的替代途徑。由於 \(E_a' < E_a\)，能量等於或大於新的活化能的分子比例會增加，從而提高反應速率。
- (3) 增加壓強會增加反應物的濃度和碰撞頻率，從而提高反應速率，但它不會改變分子的動能或反應的活化能。因此，能量等於或大於 \(E_a\) 的反應物分子比例保持不變。
因此，只有 (1) 和 (2) 是正確的。
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？
- A.4
- B.5
- C.6
- D.7
解題
該無環化合物的碳骨架必須是丙烷鏈（\(\text{C}-\text{C}-\text{C}\)）。我們可以在該碳鏈上如此安置三個氯原子：
1. 1,1,1-三氯丙烷：\(\text{CCl}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_3\)
2. 1,1,2-三氯丙烷：\(\text{CHCl}_2-\text{CHCl}-\text{CH}_3\)
3. 1,1,3-三氯丙烷：\(\text{CHCl}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2\text{Cl}\)
4. 1,2,2-三氯丙烷：\(\text{CH}_2\text{Cl}-\text{CCl}_2-\text{CH}_3\)
5. 1,2,3-三氯丙烷：\(\text{CH}_2\text{Cl}-\text{CHCl}-\text{CH}_2\text{Cl}\)
注意中間的碳原子最多只能接兩個氯原子。通過對稱性，所有其他的位置排布都與這 5 種等效。因此，恰好有 5 個結構異構體。
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？
- A.在轉移碳酸鈉溶液前，僅用蒸餾水潤洗移液管。
- B.在滴定前，用碳酸鈉溶液潤洗錐形瓶。
- C.在裝入鹽酸溶液前，僅用蒸餾水潤洗滴定管。
- D.在滴定管尖端留下氣泡，且該氣泡在滴定過程中排出。
解題
計算公式為：\(C_{\text{HCl}} = \frac{2 \times C_{\text{Na}_2\text{CO}_3} \times V_{\text{Na}_2\text{CO}_3}}{V_{\text{HCl}}}\)。
- A：在轉移碳酸鈉溶液前，僅用蒸餾水潤洗移液管會稀釋碳酸鈉溶液。實際轉移的 \(\text{Na}_2\text{CO}_3\) 摩爾數少於預期，因此需要較小體積的鹽酸（\(V_{\text{HCl}}\)) 即可達到滴定終點。記錄的 \(V_{\text{HCl}}\)) 偏小，導致計算出的鹽酸濃度偏大（高估）。（正確！）
- B：用碳酸鈉溶液潤洗錐形瓶會使瓶中殘留額外的 \(\text{Na}_2\text{CO}_3\)，需要消耗更多鹽酸，使記錄的 \(V_{\text{HCl}}\)) 偏大，導致低估。
- C：僅用蒸餾水潤洗滴定管會稀釋鹽酸，需要消耗更多體積的稀釋酸液才能中和碳酸鈉，使記錄的 \(V_{\text{HCl}}\)) 偏大，導致低估。
- D：滴定過程中氣泡排出，會使滴定管讀數變大，記錄的 \(V_{\text{HCl}}\)) 偏大，導致低估。