HKDSE · Thinka 原創模擬試題

2023 DSE 化學 模擬試題 | Past Paper 練習

Thinka 2023 文憑試模擬試卷 — 化學

160 210 分鐘2023
此為 Thinka 原創練習卷,按該年文憑試的結構與難度設計,並非香港考評局試卷,亦非其複製本。

Paper 1A (選擇題)

回答全部36題選擇題。所有題目分數相同。
36 題目 · 36
題目 1 · 選擇題
1
下列哪種物種的分子形狀**不是**平面形?
  1. A.\( \text{BF}_3 \)
  2. B.\( \text{H}_3\text{O}^+ \)
  3. C.\( \text{C}_2\text{H}_4 \)
  4. D.\( \text{CO}_3^{2-} \)
題目 2 · 選擇題
1
在 \(25^\circ\text{C}\) 下考慮兩種單元酸:酸 X 的 pH 為 2.0,酸 Y 的 pH 為 4.0。下列哪些敘述**必然**正確?
(1) 酸 X 比酸 Y 強。
(2) 酸 X 中的 \( \text{H}^+(\text{aq}) \) 濃度是酸 Y 中的 100 倍。
(3) 若要完全中和相同體積的兩種酸,中和酸 X 所需的 \(0.1 \text{ mol dm}^{-3} \text{ NaOH(aq)}\) 體積比酸 Y 多。
  1. A.只有 (1)
  2. B.只有 (2)
  3. C.只有 (1) 及 (3)
  4. D.只有 (2) 及 (3)
題目 3 · 選擇題
1
在下列哪種化合物中,氯的氧化數最高?
  1. A.\( \text{NaClO} \)
  2. B.\( \text{ClO}_2 \)
  3. C.\( \text{KClO}_3 \)
  4. D.\( \text{Cl}_2\text{O}_7 \)
題目 4 · 選擇題
1
化合物 \( \text{CH}_3\text{CH(Cl)CH}_2\text{CH(CH}_3\text{)}_2 \) 的 IUPAC 名稱是什麼?
  1. A.2-氯-4-甲基戊烷
  2. B.4-氯-2-甲基戊烷
  3. C.2-氯-2-異丙基丙烷
  4. D.1,1-二甲基-3-氯丁烷
題目 5 · 選擇題
1
以下是有關三種金屬 X、Y 和 Z 的一些資料:
- 金屬 X 不與稀鹽酸反應。
- 金屬 Y 能從金屬 X 的硝酸鹽溶液中置換出金屬 X。
- 金屬 Z 的氧化物不能藉與碳共熱而還原,但金屬 Y 的氧化物可以。
下列哪一項顯示這三種金屬的活性遞增順序?
  1. A.X < Y < Z
  2. B.Y < X < Z
  3. C.Z < Y < X
  4. D.X < Z < Y
題目 6 · 選擇題
1
在某溫度下,反應 \( 2\text{SO}_2(\text{g}) + \text{O}_2(\text{g}) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(\text{g}) \) 的平衡常數 \( K_c \) 為 \( 4.0 \times 10^2 \text{ mol}^{-1}\text{dm}^3 \)。在相同溫度下,下列反應的平衡常數 \( K_c \) 是多少?
\( \text{SO}_3(\text{g}) \rightleftharpoons \text{SO}_2(\text{g}) + \frac{1}{2}\text{O}_2(\text{g}) \)
  1. A.\( 2.5 \times 10^{-3} \text{ mol}^{1/2}\text{dm}^{-3/2} \)
  2. B.\( 5.0 \times 10^{-2} \text{ mol}^{1/2}\text{dm}^{-3/2} \)
  3. C.\( 2.0 \times 10^{-2} \text{ mol}^{1/2}\text{dm}^{-3/2} \)
  4. D.\( 2.0 \times 10^1 \text{ mol}^{1/2}\text{dm}^{-3/2} \)
題目 7 · 選擇題
1
下列關於催化劑的敘述,哪些是正確的?
(1) 催化劑透過增加反應物分子的平均動能來提高反應速率。
(2) 催化劑不會改變反應的焓變(\( \Delta H \))。
(3) 催化劑能增加可逆反應中產物的產率。
  1. A.只有 (1)
  2. B.只有 (2)
  3. C.只有 (1) 及 (3)
  4. D.只有 (2) 及 (3)
題目 8 · 選擇題
1
考慮以下熱化學方程式:
\( \text{C(石墨)} + \text{O}_2(\text{g}) \rightarrow \text{CO}_2(\text{g}) \quad \Delta H = -393.5 \text{ kJ mol}^{-1} \)
\( \text{CO}(\text{g}) + \frac{1}{2}\text{O}_2(\text{g}) \rightarrow \text{CO}_2(\text{g}) \quad \Delta H = -283.0 \text{ kJ mol}^{-1} \)
\( \text{CO(g)} \) 的標準生成焓變是多少?
  1. A.\( -676.5 \text{ kJ mol}^{-1} \)
  2. B.\( -110.5 \text{ kJ mol}^{-1} \)
  3. C.\( +110.5 \text{ kJ mol}^{-1} \)
  4. D.\( +676.5 \text{ kJ mol}^{-1} \)
題目 9 · 選擇題
1
下列關於元素週期表第二週期元素(由 Li 至 Ne)的敘述,哪一項是正確的?
  1. A.原子半徑沿週期遞增。
  2. B.元素的電負性沿週期遞減。
  3. C.第一電離能沿週期大致遞增。
  4. D.第二週期的所有元素都能形成穩定的氧化物。
題目 10 · 選擇題
1
分子式為 \( \text{C}_4\text{H}_9\text{Br} \) 的化合物共有多少個結構異構體(不包括立體異構體)?
  1. A.2
  2. B.3
  3. C.4
  4. D.5
題目 11 · 選擇題
1
下列哪些物種具有三角錐形的外形?

(1) \(\text{H}_3\text{O}^+\)
(2) \(\text{BF}_3\)
(3) \(\text{NH}_3\)
  1. A.只有 (1)
  2. B.只有 (2)
  3. C.只有 (1) 和 (3)
  4. D.只有 (2) 和 (3)
題目 12 · 選擇題
1
金屬 \(X\) 可藉由將其氧化物與碳一同加熱來提取。金屬 \(Y\) 與冷水反應,產生一種無色氣體。金屬 \(Z\) 不與稀氫氯酸反應,但在氧氣中加熱時會發生反應。下列哪一項顯示這三種金屬的活性從高至低的順序?
  1. A.\(Y > X > Z\)
  2. B.\(Y > Z > X\)
  3. C.\(X > Y > Z\)
  4. D.\(Z > X > Y\)
題目 13 · 選擇題
1
考慮以下在 \(298\text{ K}\) 的生成標準焓變:

\(\Delta H_f^\theta[\text{CO}_2(g)] = -393.5\text{ kJ mol}^{-1}\)
\(\Delta H_f^\theta[\text{H}_2\text{O}(l)] = -285.8\text{ kJ mol}^{-1}\)
\(\Delta H_c^\theta[\text{C}_3\text{H}_8(g)] = -2220.0\text{ kJ mol}^{-1}\)

丙烷 \(\text{C}_3\text{H}_8(g)\) 在 \(298\text{ K}\) 的標準生成焓變是多少?
  1. A.\(-1540.7\text{ kJ mol}^{-1}\)
  2. B.\(-103.7\text{ kJ mol}^{-1}\)
  3. C.\(+103.7\text{ kJ mol}^{-1}\)
  4. D.\(+1540.7\text{ kJ mol}^{-1}\)
題目 14 · 選擇題
1
在下列哪一個反應中,氮同時進行氧化和還原(歧化)?
  1. A.\(\text{NH}_4\text{NO}_3(s) \rightarrow \text{N}_2\text{O}(g) + 2\text{H}_2\text{O}(l)\)
  2. B.\(3\text{NO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightarrow 2\text{HNO}_3(aq) + \text{NO}(g)\)
  3. C.\(2\text{NO}(g) + \text{O}_2(g) \rightarrow 2\text{NO}_2(g)\)
  4. D.\(\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightarrow 2\text{NH}_3(g)\)
題目 15 · 選擇題
1
在恆溫密閉容器中,考慮以下平衡系統:

\(\text{PCl}_5(g) \rightleftharpoons \text{PCl}_3(g) + \text{Cl}_2(g) \quad \Delta H > 0\)

下列哪一項改變會增加該反應的平衡常數 \(K_c\) 的值?
  1. A.減少體積以增加系統的壓強。
  2. B.向混合物中加入催化劑。
  3. C.升高系統的溫度。
  4. D.在恆定體積下加入更多的 \(\text{PCl}_5(g)\)。
題目 16 · 選擇題
1
某有機化合物 \(X\) 的實驗式為 \(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\)。它與碳酸氫鈉溶液反應,產生一種能使石灰水變渾濁的無色氣體。下列哪一項是 \(X\) 的 IUPAC 名稱?
  1. A.乙酸乙酯
  2. B.丁酸
  3. C.丙酸甲酯
  4. D.甲酸乙酯
題目 17 · 選擇題
1
將 \(25.0\text{ cm}^3\) 的 \(0.100\text{ mol dm}^{-3}\) 弱二元酸 \(H_2A\) 完全中和,需要 \(20.0\text{ cm}^3\) 的氫氧化鈉溶液。該氫氧化鈉溶液的濃度是多少?
  1. A.\(0.0625\text{ mol dm}^{-3}\)
  2. B.\(0.125\text{ mol dm}^{-3}\)
  3. C.\(0.250\text{ mol dm}^{-3}\)
  4. D.\(0.500\text{ mol dm}^{-3}\)
題目 18 · 選擇題
1
在 \(298\text{ K}\),下列哪一種水溶液的 pH 值最低?
  1. A.\(0.1\text{ mol dm}^{-3}\ \text{HNO}_3(aq)\)
  2. B.\(0.1\text{ mol dm}^{-3}\ \text{H}_2\text{SO}_4(aq)\)
  3. C.\(0.1\text{ mol dm}^{-3}\ \text{CH}_3\text{COOH}(aq)\)
  4. D.\(0.1\text{ mol dm}^{-3}\ \text{HCl}(aq)\)
題目 19 · 選擇題
1
下列關於過渡金屬的陳述,哪些是正確的?

(1) 與第 I 族金屬相比,它們具有高熔點和高密度。
(2) 它們可形成有色化合物。
(3) 在其化合物中可呈現多種氧化態。
  1. A.只有 (1) 和 (2)
  2. B.只有 (1) 和 (3)
  3. C.只有 (2) 和 (3)
  4. D.(1)、(2) 和 (3)
題目 20 · 選擇題
1
下列哪一種化合物可呈現對映異構(光學異構)?
  1. A.2-氯丁烷
  2. B.1-氯丁烷
  3. C.2-氯丙烷
  4. D.2-甲基丙烷
題目 21 · 選擇題
1
下列哪些分子具有零淨偶極矩?

(1) \( \text{SF}_4 \)
(2) \( \text{BF}_3 \)
(3) \( \text{反-1,2-二氯乙烯} \)
  1. A.只有 (1)
  2. B.只有 (2)
  3. C.只有 (1) 及 (3)
  4. D.只有 (2) 及 (3)
題目 22 · 選擇題
1
考慮以下關於四種金屬 W、X、Y 和 Z 的實驗結果:

(1) X 能從 \( \text{Y(NO}_3\text{)}_2(\text{aq}) \) 中置換出 Y。
(2) 將 X 的氧化物與碳粉共熱不產生變化,而將 W 的氧化物與碳粉共熱則可生成金屬 W。
(3) W 和 Y 均能與稀 \( \text{HCl}(\text{aq}) \) 反應產生氫氣,但 W 的反應較劇烈。
(4) 金屬 Z 可僅藉由加熱其氧化物來獲取。

下列哪項顯示這四種金屬活性由高至低的順序?
  1. A.X > W > Y > Z
  2. B.X > Y > W > Z
  3. C.W > X > Y > Z
  4. D.Y > X > W > Z
題目 23 · 選擇題
1
當將氯氣通入熱的濃氫氧化鈉溶液中時,氯會發生歧化反應。所得產物中氯的氧化數是多少?
  1. A.-1 及 +1
  2. B.-1 及 +3
  3. C.-1 及 +5
  4. D.-3 及 +5
題目 24 · 選擇題
1
在室溫下,考慮 \( 100\text{ cm}^3 \) 的 \( 0.10\text{ mol dm}^{-3}\ \text{HCl(aq)} \) 和 \( 100\text{ cm}^3 \) 的 \( 0.10\text{ mol dm}^{-3}\ \text{CH}_3\text{COOH(aq)} \)。下列哪些敘述是正確的?

(1) 兩種溶液需要相同體積的 \( 0.10\text{ mol dm}^{-3}\ \text{NaOH(aq)} \) 進行完全中和。
(2) 兩種溶液具有相同的導電性。
(3) 當與過量的鋅粒反應時,兩種溶液產生相同體積的氫氣。
  1. A.只有 (1) 及 (2)
  2. B.只有 (1) 及 (3)
  3. C.只有 (2) 及 (3)
  4. D.(1)、(2) 及 (3)
題目 25 · 選擇題
1
將一個 \( 1.25\text{ g} \) 的蛋殼樣本與 \( 50.0\text{ cm}^3 \) 的 \( 0.500\text{ mol dm}^{-3}\ \text{HCl(aq)} \) 反應。過量的酸需要 \( 28.50\text{ cm}^3 \) 的 \( 0.100\text{ mol dm}^{-3}\ \text{NaOH(aq)} \) 進行完全中和。求該蛋殼中碳酸鈣的質量百分比。

(碳酸鈣的摩爾質量 \( = 100.1\text{ g mol}^{-1} \))
  1. A.44.3%
  2. B.55.4%
  3. C.88.7%
  4. D.95.2%
題目 26 · 選擇題
1
考慮以下合成路線:

\( \text{丙烯} \xrightarrow{\text{步驟 1}} \text{2-溴丙烷} \xrightarrow{\text{步驟 2}} \text{丙-2-醇} \xrightarrow{\text{步驟 3}} \text{丙酮} \)

下列哪一個試劑組合最合適?
  1. A.步驟 1: \( \text{Br}_2(\text{aq}) \); 步驟 2: \( \text{NaOH(aq)} \); 步驟 3: \( \text{NaBH}_4 \)
  2. B.步驟 1: \( \text{HBr(g)} \); 步驟 2: \( \text{NaOH(aq)} \); 步驟 3: 酸化 \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7(\text{aq}) \)
  3. C.步驟 1: \( \text{HBr(g)} \); 步驟 2: \( \text{NaOH(乙醇)} \); 步驟 3: 酸化 \( \text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7(\text{aq}) \)
  4. D.步驟 1: \( \text{Br}_2\text{/CH}_2\text{Cl}_2 \); 步驟 2: \( \text{H}_2\text{O(l)} \); 步驟 3: \( \text{LiAlH}_4 \)
題目 27 · 選擇題
1
分子式為 \( \text{C}_4\text{H}_8 \) 的結構異構體(包括環狀化合物)共有多少個?
  1. A.3
  2. B.4
  3. C.5
  4. D.6
題目 28 · 選擇題
1
已知下列標準燃燒焓變:

\( \Delta H_c^\theta[\text{C(石墨)}] = -393.5\text{ kJ mol}^{-1} \)
\( \Delta H_c^\theta[\text{H}_2(\text{g})] = -285.8\text{ kJ mol}^{-1} \)
\( \Delta H_c^\theta[\text{C}_2\text{H}_2(\text{g})] = -1299.6\text{ kJ mol}^{-1} \)

求乙炔 (\( \text{C}_2\text{H}_2(\text{g}) \)) 的標準生成焓變?
  1. A.\( -226.8\text{ kJ mol}^{-1} \)
  2. B.\( +226.8\text{ kJ mol}^{-1} \)
  3. C.\( -620.3\text{ kJ mol}^{-1} \)
  4. D.\( +620.3\text{ kJ mol}^{-1} \)
題目 29 · 選擇題
1
在一個體積為 \( 2.0\text{ dm}^3 \) 的密閉容器中,將 \( 1.0\text{ mol} \) 的 \( \text{PCl}_5(\text{g}) \) 加熱至恆定溫度。當系統達到平衡時,容器內含有 \( 0.60\text{ mol} \) 的 \( \text{PCl}_3(\text{g}) \)。

\( \text{PCl}_5(\text{g}) \rightleftharpoons \text{PCl}_3(\text{g}) + \text{Cl}_2(\text{g}) \)

求該溫度下反應的平衡常數 \( K_c \) 的值?
  1. A.\( 0.45\text{ mol dm}^{-3} \)
  2. B.\( 0.90\text{ mol dm}^{-3} \)
  3. C.\( 1.80\text{ mol dm}^{-3} \)
  4. D.\( 0.225\text{ mol dm}^{-3} \)
題目 30 · 選擇題
1
下列哪些方法適用於監測乙酸乙酯鹼性水解的反應速率?

\( \text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3(\text{l}) + \text{NaOH}(\text{aq}) \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa}(\text{aq}) + \text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}(\text{aq}) \)

(1) 量度混合物導電性的變化。
(2) 量度混合物 pH 值的變化。
(3) 量度混合物體積的變化。
  1. A.只有 (1)
  2. B.只有 (2)
  3. C.只有 (1) 及 (2)
  4. D.只有 (2) 及 (3)
題目 31 · 選擇題
1
考慮以下化學過程:

I. \(\underline{\text{Cr}}_2\text{O}_7^{2-} \rightarrow \text{Cr}^{3+}\)
II. \(\text{H}_2\underline{\text{O}}_2 \rightarrow \text{O}_2\)
III. \(\underline{\text{N}}\text{O}_2 \rightarrow \text{N}_2\text{O}_4\)

哪些過程涉及被底線標示的元素的還原反應?
  1. A.只有 I
  2. B.只有 II
  3. C.只有 I 及 III
  4. D.只有 II 及 III
題目 32 · 選擇題
1
下列哪種物種具有三角錐形的外形?
  1. A.\(\text{BF}_3\)
  2. B.\(\text{H}_3\text{O}^+\)
  3. C.\(\text{NH}_4^+\)
  4. D.\(\text{CO}_3^{2-}\)
題目 33 · 選擇題
1
考慮在密閉容器中達到平衡的以下可逆反應:

\(2\text{SO}_2(\text{g}) + \text{O}_2(\text{g}) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(\text{g})\) \(\Delta H < 0\)

下列哪項改變會增加平衡常數 (\(K_c\)) 的值?
  1. A.提高容器的溫度
  2. B.降低容器的溫度
  3. C.向混合物中加入催化劑
  4. D.減少容器的體積
題目 34 · 選擇題
1
某有機化合物 \(X\) 的分子式為 \(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\)。它在回流條件下與熱氫氧化鈉溶液反應,生成乙酸鈉和乙醇。\(X\) 的結構是什麼?
  1. A.\(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOCH}_3\)
  2. B.\(\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3\)
  3. C.\(\text{HCOOCH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3\)
  4. D.\(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}\)
題目 35 · 選擇題
1
考慮以下熱化學方程式:

\(2\text{C(s)} + 2\text{H}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightarrow \text{CH}_3\text{COOH(l)}\) \(\Delta H_1\)
\(\text{C(s)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightarrow \text{CO}_2\text{(g)}\) \(\Delta H_2\)
\(\text{H}_2\text{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2\text{(g)} \rightarrow \text{H}_2\text{O(l)}\) \(\Delta H_3\)

乙酸 (\(\text{CH}_3\text{COOH(l)}\)) 的燃燒焓變是多少?
  1. A.\(\Delta H_2 + \Delta H_3 - \Delta H_1\)
  2. B.\(2\Delta H_2 + 2\Delta H_3 - \Delta H_1\)
  3. C.\(\Delta H_1 - 2\Delta H_2 - 2\Delta H_3\)
  4. D.\(2\Delta H_2 + 2\Delta H_3 + \Delta H_1\)
題目 36 · 選擇題
1
將 \(1.38\text{ g}\) 金屬碳酸鹽 (\(\text{M}_2\text{CO}_3\)) 溶解於水中並配製成 \(250.0\text{ cm}^3\) 溶液。吸取該溶液 \(25.0\text{ cm}^3\),需用 \(20.0\text{ cm}^3\) 的 \(0.100\text{ mol dm}^{-3}\) 鹽酸 (\(\text{HCl}\)) 進行完全中和。金屬 \(\text{M}\) 是什麼?

(相對原子質量:\(\text{Li} = 6.9\),\(\text{Na} = 23.0\),\(\text{K} = 39.1\),\(\text{Rb} = 85.5\),\(\text{C} = 12.0\),\(\text{O} = 16.0\))
  1. A.
  2. B.
  3. C.
  4. D.

Paper 1B (結構題)

在提供的位置回答所有問題。卷一B包含第一部分(核心)和第二部分(延伸)。
14 題目 · 84
題目 1 · 結構題
4
光氣 (\(\text{COCl}_2\)) 是一種劇毒氣體。 (a) 繪畫一個 \(\text{COCl}_2\) 分子的三維結構圖,並指出其空間幾何形狀。 (b) 參考其幾何形狀和電負性,解釋 \(\text{COCl}_2\) 是否極性分子。
題目 2 · 結構題
4
某學生用三種金屬進行實驗:Mg、Zn 和 Cu。 (a) 寫出將鎂帶加入硫酸銅(II)水溶液時的預期觀察結果。 (b) 寫出將鋅加入硫酸銅(II)溶液時發生反應的離子方程式,並從電子轉移的角度解釋為何這是一個氧化還原反應。
題目 3 · 結構題
4
將 25.00 mL 的市售食醋樣本在容量瓶中用去離子水稀釋至 250.0 mL。取出 25.00 mL 稀釋後的溶液,用 \(0.120\text{ mol dm}^{-3}\) 的 \(\text{NaOH}(aq)\) 進行滴定,共消耗了 18.50 mL 的鹼溶液以達到完全中和。 (a) 建議該滴定適合使用的指示劑,並寫出滴定終點時的顏色變化。 (b) 計算該市售食醋原樣本中乙酸的莫耳濃度(以 \(\text{mol dm}^{-3}\) 為單位)。
題目 4 · 結構題
4
考慮分子式為 \(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\) 的羧酸及酯的異構體。 (a) 繪出該分子式下所有兩種可能的羧酸異構體的結構,並寫出其系統命名。 (b) 繪出一個該分子式下的酯異構體結構,該酯經鹼性水解再酸化後可產生甲醇。寫出其系統命名。
題目 5 · 結構題
4
在鉻酸根與重鉻酸根離子的水溶液中存在以下平衡:\(2\text{CrO}_4^{2-}(aq) [\text{黃色}] + 2\text{H}^+(aq) \rightleftharpoons \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}(aq) [\text{橙色}] + \text{H}_2\text{O}(l)\)。 (a) 描述並解釋當加入數滴濃 \(\text{NaOH}(aq)\) 時,溶液的顏色變化。 (b) 指出並解釋當向混合物中加入濃 \(\text{HCl}(aq)\) 時,平衡位置會如何移動。
題目 6 · 結構題
4
已知以下標準燃燒焓變 (\(\Delta H_c^\ominus\)):\(\Delta H_c^\ominus[\text{C}(\text{石墨})] = -393.5\text{ kJ mol}^{-1}\)、\(\Delta H_c^\ominus[\text{H}_2(g)] = -285.8\text{ kJ mol}^{-1}\) 及 \(\Delta H_c^\ominus[\text{C}_3\text{H}_7\text{OH}(l)] = -2021.0\text{ kJ mol}^{-1}\)。 (a) 寫出代表丙-1-醇 (\(\text{C}_3\text{H}_7\text{OH}(l)\)) 標準生成焓變的化學方程式。 (b) 計算丙-1-醇的標準生成焓變。
題目 7 · 結構題
4
使用惰性碳電極電解濃氯化鈉(食鹽水)水溶液。 (a) 指出在陽極生成的產物,並寫出其生成的半反應式。 (b) 解釋隨著電解的進行,陰極周圍的溶液為何會變為鹼性。
題目 8 · 結構題
4
某學生探究以下反應:\(\text{CaCO}_3(s) + 2\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{CaCl}_2(aq) + \text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(l)\)。她在相同條件下,比較使用 5.0 g 的大碳酸鈣碎片與 5.0 g 的碳酸鈣微細粉末時的反應速率。 (a) 在同一坐標軸上,草擬一曲線圖以顯示兩種反應中收集到的 \(\text{CO}_2(g)\) 體積隨時間的變化。清晰標記兩條曲線。 (b) 根據碰撞理論,解釋兩者初始反應速率存在差異的原因。
題目 9 · 結構題
4
矽和碳都是元素週期表中的第IV族元素。然而,二氧化矽 (\(\text{SiO}_2\)) 的熔點超過 \(1700^\circ\text{C}\),而二氧化碳 (\(\text{CO}_2\)) 在 \(-78^\circ\text{C}\) 便會昇華。 (a) 描述二氧化矽的結構與鍵合,並解釋其熔點如此高的原因。 (b) 描述二氧化碳的結構與鍵合,並解釋其在極低溫度下昇華的原因。
題目 10 · 結構題
4
聚苯乙烯是通過苯乙烯的加成聚合反應製得的。 (a) 繪出單體苯乙烯的結構。 (b) 繪出聚苯乙烯的重複單元。 (c) 提出一個與棄置聚苯乙烯製品相關的環境問題,並提出一個綠色解決方案以緩解此問題。
題目 11 · Calculations & Descriptive Essays
11
某學生想測定蛋殼樣本中 \(\text{CaCO}_3\) 的質量百分比。將重 \(1.50\text{ g}\) 的乾燥蛋殼樣本壓碎,並與 \(50.0\text{ cm}^3\) 的 \(1.00\text{ mol dm}^{-3}\) \(\text{HCl(aq)}\) 反應。將混合物沸煮並過濾,濾液和洗滌液轉移至 \(250.0\text{ cm}^3\) 容量瓶中,並用去離子水稀釋至刻度。取出 \(25.0\text{ cm}^3\) 此稀釋溶液,以酚酞為指示劑,用 \(0.125\text{ mol dm}^{-3}\) \(\text{NaOH(aq)}\) 進行滴定,需要 \(22.40\text{ cm}^3\) 才能完全中和。

(a) 寫出 \(\text{CaCO}_3\) 與 \(\text{HCl}\) 反應的化學方程式。(1分)
(b) 指出滴定終點時指示劑的顏色變化。(1分)
(c) 解釋為什麼在加入 \(\text{HCl(aq)}\) 後,過濾及滴定前要將混合物沸煮。(2分)
(d) 計算蛋殼樣本中 \(\text{CaCO}_3\) 的質量百分比。(5分)
(e) 提出此分析中一個潛在的誤差來源(轉移流失除外),並說明它會如何影響計算出的質量百分比。(2分)
題目 12 · Calculations & Descriptive Essays
11
有機化合物 A 是一種液態酯,分子式為 \(\text{C}_5\text{H}_{10}\text{O}_2\)。A 的酸水解產生羧酸 B 和醇 C。使用酸化重鉻酸鉀溶液氧化 C,可得到酮 D。

(a) 推導 A、B、C 和 D 的結構,並解釋你的推理。(5分)
(b) 描述一個化學測試以區分 B 和 D。(2分)
(c) 化合物 B 與醇 C 在濃硫酸存在下反應,可重新生成酯 A。
(i) 命名此反應類型。(1分)
(ii) 指出濃硫酸在此反應中的兩個角色。(2分)
(iii) 建議為什麼在加熱反應混合物時應使用沸水浴,而不是用本生燈直接加熱。(1分)
題目 13 · Calculations & Descriptive Essays
11
考慮以下可逆氣相反應:
\[2\text{SO}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 2\text{SO}_3\text{(g)} \quad \Delta H < 0\]
將 \(0.60\text{ mol}\) 的 \(\text{SO}_2\text{(g)}\) 和 \(0.40\text{ mol}\) 的 \(\text{O}_2\text{(g)}\) 的混合物放入一個 \(2.0\text{ dm}^3\) 的密閉容器中,並保持在恆定溫度 \(T\)。當系統達到平衡時,容器內剩餘 \(0.16\text{ mol}\) 的 \(\text{O}_2\text{(g)}\)。

(a) 寫出該反應的平衡常數 \(K_c\) 表達式,並指出其單位。(2分)
(b) 計算在溫度 \(T\) 下的 \(K_c\) 值。(4分)
(c) 預測並解釋在以下情況下,對平衡位置和 \(K_c\) 值的影響:
(i) 在恆定溫度 \(T\) 下,容器的體積減少至 \(1.0\text{ dm}^3\)。(3分)
(ii) 在恆定體積下,提高系統的溫度。(2分)
題目 14 · Calculations & Descriptive Essays
11
直接甲醇燃料電池 (DMFC) 是便攜式電子設備中極具前景的電源。DMFC 使用質子交換膜(酸性)作為電解質。在該電池中,甲醇 (\(\text{CH}_3\text{OH}\)) 和水被供應到陽極,並在此產生二氧化碳;而氧氣被供應到陰極,並在此產生水。

(a) 寫出陽極所發生反應的化學半方程式。(2分)
(b) 寫出陰極所發生反應的化學半方程式。(2分)
(c) 寫出電池中發生反應的總方程式。(1分)
(d) 指出外電路中電子的流動方向,並從氧化還原過程的角度解釋你的答案。(2分)
(e) 與氫氧燃料電池相比,指出 DMFC 的一個優點和一個缺點。(2分)
(f) 某便攜式電子設備需要 \(0.50\text{ A}\) 的恆定電流運作 \(3.0\text{ 小時}\)。計算為該設備提供此段時間電力所需甲醇的最少質量。(法拉第常數 \(F = 96500\text{ C mol}^{-1}\),甲醇的摩爾質量 = \(32.0\text{ g mol}^{-1}\))(2分)

卷二 (Elective Sections)

選答三個選修單元(工業化學、物質化學、分析化學)中的任何兩個。每個單元佔20分。
2 題目 · 40
題目 1 · Elective 結構題
20
**甲部:工業化學**

1. (a) 在 298 K 下研究了氣相反應 \(2A(g) + B(g) \rightarrow C(g)\) 的動力學。在不同反應物初始濃度下測得的反應初始速率如下表所示:

| 實驗 | \([A]_0\) (mol dm\(^{-3}\)) | \([B]_0\) (mol dm\(^{-3}\)) | 初始速率 (mol dm\(^{-3}\) s\(^{-1}\)) |
|---|---|---|---|
| 1 | 0.10 | 0.10 | \(1.2 \times 10^{-3}\) |
| 2 | 0.20 | 0.10 | \(4.8 \times 10^{-3}\) |
| 3 | 0.20 | 0.20 | \(9.6 \times 10^{-3}\) |

(i) 確定該反應的速率方程。寫出你的計算步驟。(3分)
(ii) 計算在 298 K 下的速率常數 \(k\),並寫上適當的單位。(2分)
(iii) 該反應在 318 K 下的速率常數為 \(11.8 \text{ dm}^6\text{ mol}^{-2}\text{ s}^{-1}\)。計算此反應的活化能 \(E_a\)。(氣體常數 \(R = 8.31 \text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1}\)) (4分)

(b) 碳酸二甲酯 (DMC, \(\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3\)) 是一種環保溶劑。它可通過兩種不同的途徑合成:

途徑 1:\(2\text{CH}_3\text{OH} + \text{COCl}_2 \rightarrow \text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3 + 2\text{HCl}\)
途徑 2:\(2\text{CH}_3\text{OH} + \text{CO}_2 \rightarrow \text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3 + \text{H}_2\text{O}\)

(i) 分別計算使用途徑 1 和途徑 2 生產 DMC 的原子經濟。 (相對原子質量:H = 1.0,C = 12.0,O = 16.0,Cl = 35.5) (4分)
(ii) 從安全和環境友好的角度(原子經濟除外),討論途徑 2 相比途徑 1 的兩個優點。(3分)
(iii) 途徑 2 中的反應是高度可逆且吸熱的。該反應在固體 \(\text{CeO}_2\) 催化劑的存在下進行。
(1) 指出用於描述此類催化劑的術語,並解釋在工業分離中,為何它比均相催化劑更受青睞。(2分)
(2) 建議如何應用勒沙特列原理來移動途徑 2 的平衡位置,以增加 DMC 的產率。(2分)
題目 2 · Elective 結構題
20
**丙部:分析化學**

2. (a) 某學生利用氧化還原滴定法測定了膳食補充劑片劑中鐵的質量百分比。

將 5.00 g 的鐵片劑研碎,並溶解於過量的稀硫酸中,配製成 250.0 cm\(^3\) 的溶液。取該溶液 25.00 cm\(^3\) 用 \(0.0200 \text{ mol dm}^{-3}\) 的酸性高錳酸鉀 (\(\text{KMnO}_4\)) 溶液進行滴定。\(\text{KMnO}_4\) 的平均滴定體積為 22.50 cm\(^3\)。

(i) 寫出滴定過程中氧化還原反應的離子方程式。(2分)
(ii) 指出滴定終點時的顏色變化。(1分)
(iii) 計算片劑中鐵(以 \(\text{Fe}^{2+}\) 計)的質量百分比。(相對原子質量:Fe = 55.8) (4分)
(iv) 解釋為什麼不能使用鹽酸代替硫酸來酸化高錳酸鉀。(2分)

(b) 對一種分子式為 \(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\) 的有機化合物 \(X\) 進行了分析。

(i) 將 \(X\) 加入碳酸氫鈉溶液中時,沒有觀察到氣泡釋放。推導出 \(X\) 中不存在什麼官能基。(1分)
(ii) \(X\) 的紅外 (IR) 光譜在約 1735 cm\(^{-1}\) 處顯示強吸收峰,但在 3230–3670 cm\(^{-1}\) 區域缺乏任何寬吸收峰。辨識 \(X\) 中存在的官能基。(2分)
(iii) \(X\) 的質譜在 \(m/z = 43\) 和 \(m/z = 59\) 處顯示顯著的峰。提出 \(X\) 的兩個可能結構,並分別鑑定導致 \(m/z = 43\) 和 \(m/z = 59\) 處的峰的化學物種。(4分)
(iv) 學生建議使用 \(^1\text{H}\) NMR 光譜法來區分 (b)(iii) 中提出的兩種結構。指出這兩種化合物在 \(^1\text{H}\) NMR 光譜中信號的數量、積分比及每個信號的裂分圖樣。解釋如何利用這些資訊來區分它們。(4分)