2024 DSE 化學 模擬試題 | Past Paper 練習

有機化合物 X 的分子式為 \(C_3H_6O_2\)。其紅外光譜在 \(1740 \text{ cm}^{-1}\) 顯示強吸收峰，但在 \(2500 - 3300 \text{ cm}^{-1}\) 或 \(3230 - 3670 \text{ cm}^{-1}\) 區域皆無吸收。下列關於 X 的陳述，哪些是正確的？

(1) 它可進行鹼性水解。
(2) 它的質譜在 m/z = 59 處顯示一顯著峰。
(3) 它能與碳酸氫鈉溶液反應並釋放出二氧化碳氣體。

在不同絕對溫度 \(T\) 下測定某反應的速率常數 \(k\)。\(\ln k\) 對 \(1/T\) 的作圖得出一條斜率為 \(-6015 \text{ K}\) 的直線。該反應的活化能是多少？
（已知：氣體常數 \(R = 8.31 \text{ J K}^{-1} \text{ mol}^{-1}\)）

考慮以下反應路徑：

丁-2-烯 \(\rightarrow\) 2-氯丁烷 \(\rightarrow\) 丁-2-醇 \(\rightarrow\) 丁酮

下列哪些試劑適合用於進行相應的轉化？

(1) 丁-2-烯 \(\rightarrow\) 2-氯丁烷：\(HCl(g)\)
(2) 2-氯丁烷 \(\rightarrow\) 丁-2-醇：\(NaOH(aq)\)，加熱
(3) 丁-2-醇 \(\rightarrow\) 丁酮：酸化 \(K_2Cr_2O_7(aq)\)，回流加熱

在某溫度下，將 \(2.0 \text{ mol}\) 的 \(X(g)\) 和 \(1.0 \text{ mol}\) 的 \(Y(g)\) 混合於體積為 \(2.0 \text{ dm}^3\) 的密閉容器中。建立以下平衡：

\(2X(g) + Y(g) \rightleftharpoons 2Z(g)\)

在平衡時，測得 \(Z(g)\) 的濃度為 \(0.40 \text{ mol dm}^{-3}\)。該反應在此溫度下的平衡常數 \(K_c\) 是多少？

下列哪種元素的氧化物不溶於水，但能溶於稀鹽酸和稀氫氧化鈉溶液？

當將 \(SO_2(g)\) 通入酸化的 \(K_2Cr_2O_7(aq)\) 溶液時，溶液由橙色變為綠色。下列關於此反應的陳述，哪些是正確的？

(1) \(SO_2(g)\) 作為還原劑並被氧化為 \(SO_4^{2-}(aq)\)。
(2) 鉻的氧化數由 \(+6\) 改變至 \(+3\)。
(3) 反應過程中溶液的 pH 值上升。

已知以下標準生成焓 (\(\Delta H_f^\theta\))：

\(\Delta H_f^\theta [CO_2(g)] = -394 \text{ kJ mol}^{-1}\)
\(\Delta H_f^\theta [H_2O(l)] = -286 \text{ kJ mol}^{-1}\)
\(\Delta H_f^\theta [C_3H_8(g)] = -104 \text{ kJ mol}^{-1}\)

丙烷 (\(C_3H_8(g)\)) 的標準燃燒焓是多少？

下列哪一個分子具有極性共價鍵，但屬於非極性分子？

若要監測碳酸鈣與稀鹽酸之間反應的速率：

\(CaCO_3(s) + 2HCl(aq) \rightarrow CaCl_2(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)\)

下列哪些方法是適合的？

(1) 隨時間測量釋放出的二氧化碳氣體體積。
(2) 隨時間測量反應混合物的質量。
(3) 隨時間測量反應混合物的 pH 值。

將 \(25.0 \text{ cm}^3\) 的 \(0.050 \text{ M}\) 草酸 (\(H_2C_2O_4\)) 溶液用未知濃度的氫氧化鈉溶液進行滴定。需要 \(20.0 \text{ cm}^3\) 的氫氧化鈉溶液才能達到滴定終點。該氫氧化鈉溶液的濃度是多少？

某有機化合物 \(X\) 的分子式為 \(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\)。它不與酸化重鉻酸鉀溶液反應。\(X\) 的紅外光譜在 \(1735\text{ cm}^{-1}\) 附近顯示出一個強吸收峰，但在 \(2500 - 3300\text{ cm}^{-1}\) 或 \(3230 - 3670\text{ cm}^{-1}\) 附近均沒有寬吸收峰。下列哪項/些可能是 \(X\) 的結構？

(1) 乙酸乙酯
(2) 丙酸甲酯
(3) 丁酸

對於某個反應，在不同絕對溫度 \(T\) 下測得速率常數 \(k\)。以 \(\ln k\) 對 \(1/T\) 繪圖可得一直線，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 \(R = 8.31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1}\)）

某分子式為 \(\text{C}_5\text{H}_{10}\text{O}\) 的有機化合物 \(P\) 進行以下反應：
1. 它與 2,4-二硝基苯肼反應形成黃色沉澱。
2. 它不與托倫斯試劑反應形成銀鏡。
3. 還原於 \(\text{NaBH}_4\) 後，它產生非手性（achiral）醇 \(Q\)。

下列哪項是 \(P\) 的 IUPAC 名稱？

在溫度 \(T\) 下，以下反應的平衡常數 \(K_c\) 為 \(4.0\)：
\(\text{CO}(g) + \text{H}_2\text{O}(g) \rightleftharpoons \text{CO}_2(g) + \text{H}_2(g)\)

在溫度 \(T\) 下，將 \(1.0\text{ mol}\) 的 \(\text{CO}(g)\)、\(1.0\text{ mol}\) 的 \(\text{H}_2\text{O}(g)\)、\(2.0\text{ mol}\) 的 \(\text{CO}_2(g)\) 及 \(2.0\text{ mol}\) 的 \(\text{H}_2(g)\) 混合於一個 \(2.0\text{ dm}^3\) 的密閉容器中。
下列哪項陳述是正確的？

某同學進行滴定實驗以測定市售醋的濃度。將 \(25.00\text{ cm}^3\) 的醋樣本用蒸餾水在容量瓶中稀釋至 \(250.0\text{ cm}^3\)。然後吸取 \(25.00\text{ cm}^3\) 已稀釋的醋，以酚酞為指示劑，用 \(0.100\text{ M}\) 氫氧化鈉溶液進行滴定。平均滴定體積為 \(18.50\text{ cm}^3\)。

原醋中乙酸的質量濃度是多少（以 \(\text{g dm}^{-3}\) 計）？
（乙酸的摩爾質量 \(= 60.05\text{ g mol}^{-1}\)）

考慮以下化學電池：
\(\text{Pt}(s) | \text{Fe}^{2+}(aq), \text{Fe}^{3+}(aq) || \text{MnO}_4^-(aq), \text{Mn}^{2+}(aq), \text{H}^+(aq) | \text{Pt}(s)\)

下列關於該電池的陳述，哪項/些是正確的？
(1) 左邊的電極是陽極。
(2) 左邊的電極發生氧化反應。
(3) 放電期間，右邊半電池溶液的 pH 值會增加。

凱夫拉（Kevlar）是一種高強度的合成聚酰胺。它可以通過苯-1,4-二羧酸與苯-1,4-二胺之間的縮聚反應製備。下列哪項代表凱夫拉的重複單元？

下列哪項關於工業化學過程中催化劑的陳述是錯誤的？

對於碳酸鈣與稀鹽酸之間的反應：
\(\text{CaCO}_3(s) + 2\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{CaCl}_2(aq) + \text{CO}_2(g) + \text{H}_2\text{O}(l)\)

下列哪項/些實驗修改會增加二氧化碳氣體的初始生成速率？

(1) 使用相同質量的粉末狀碳酸鈣代替大塊狀。
(2) 雙倍增加鹽酸的濃度，同時保持其體積不變。
(3) 將反應混合物的溫度由 \(25^\circ\text{C}\) 提高至 \(35^\circ\text{C}\)。

考慮以下在密封針筒中的動態平衡系統：
\(2\text{NO}_2(g) \rightleftharpoons \text{N}_2\text{O}_4(g) \quad \Delta H < 0\)
（啡色） （無色）

若在恆溫下突然將針筒的活塞往內推以使氣體混合物的體積減半，下列哪項描述了氣體混合物的顏色變化？

在溫度為 \(T\)、體積為 \(V\) 的密閉容器中，存在以下動態平衡系統：
\[\text{PCl}_5(g) \rightleftharpoons \text{PCl}_3(g) + \text{Cl}_2(g)\]
在平衡狀態下，\(\text{Cl}_2(g)\) 的濃度為 \(0.40\text{ mol dm}^{-3}\)。若在保持温度不變的情況下，突然將容器體積減半至 \(\frac{1}{2}V\)，下列關於新平衡狀態下 \(\text{Cl}_2(g)\) 濃度的說法中，哪一項是正確的？

下列哪一種有機化合物**不會**令酸性 \(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\) 溶液變色，但能與鈉金屬反應並釋放出無色氣體？

酚 (\(\text{C}_6\text{H}_5\text{OH}\)) 可藉由異丙苯法從苯 (\(\text{C}_6\text{H}_6\)) 和丙烯 (\(\text{C}_3\text{H}_6\)) 製造。該過程的總反應方程式如下所示：
\[\text{C}_6\text{H}_6 + \text{C}_3\text{H}_6 + \text{O}_2 \rightarrow \text{C}_6\text{H}_5\text{OH} + \text{CH}_3\text{COCH}_3\]
在此製造酚的過程中，其原子利用率是多少？
（相對原子質量：\(\text{H} = 1.0\)，\(\text{C} = 12.0\)，\(\text{O} = 16.0\)）

某有機化合物 \(Y\) 的分子式為 \(\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_2\)。其紅外光譜在 \(1715\text{ cm}^{-1}\) 處顯示強吸收峰，並在 \(2500 - 3300\text{ cm}^{-1}\) 區域顯示一個非常寬的吸收帶。下列關於 \(Y\) 的說法中，哪一項是正確的？

在下列哪些反應中，雙氧水 (\(\text{H}_2\text{O}_2\)) 扮演還原劑的角色？
(1) 與酸性 \(\text{KMnO}_4(aq)\) 的反應
(2) 與酸性 \(\text{FeSO}_4(aq)\) 的反應
(3) 與酸性 \(\text{KI}(aq)\) 的反應

對於下列哪一個氣體平衡系統，其平衡常數 \(K_c\) 的單位為 \(\text{mol}^{-1}\text{ dm}^3\)？

在數滴濃硫酸存在下，將下列哪一種反應混合物加熱回流，會產生丙酸乙酯作為主要有機產物？

在不同溫度下測定某化學反應的速率常數 \(k\)。若以 \(\ln k\) 對 \(\frac{1}{T}\)（其中 \(T\) 為絕對溫度，單位為 \(\text{K}\)）作圖，可得一條斜率為 \(-1.20 \times 10^4\text{ K}\) 的直線。該反應的活化能是多少？
（通用氣體常數 \(R = 8.31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1}\)）

分子式為 \(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\) 的某酯的質譜顯示在 \(m/z = 57\) 處有一個顯著的峰，但在 \(m/z = 43\) 處沒有顯著的峰。下列哪一項最可能是該酯的結構？

下列哪一個序列按沸點遞增的順序正確排列各化合物？

某有機化合物 X 的分子式為 \(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\)。X 的紅外光譜在約 \(1740\text{ cm}^{-1}\) 處顯示強吸收峰，但在 \(2500-3300\text{ cm}^{-1}\) 或 \(3230-3670\text{ cm}^{-1}\) 區域均無吸收。在 X 的質譜中，於 \(m/z = 57\) 處觀察到強訊號，但在 \(m/z = 43\) 處的訊號非常微弱。下列哪項是 X 的系統命名（IUPAC名稱）？

對於某化學反應，當溫度從 \(300\text{ K}\) 升高至 \(320\text{ K}\) 時，速率常數 \(k\) 增加至原來的 4.00 倍。該反應的活化能是多少？（已知：\(R = 8.31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1}\)）

考慮以下反應途徑：直鏈化合物 A (\(\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}\)) 與酸化的 \(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\) 共熱回流得到化合物 B (\(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\))。當化合物 A 與濃 \(\text{H}_2\text{SO}_4\) 共熱時，會生成化合物 C 作為主要產物。當 C 與溴化氫 (\(\text{HBr}\)) 反應時，會生成化合物 D 作為主要產物。下列關於化合物 A、B、C 和 D 的陳述，哪些是正確的？ (1) 化合物 A 是一種仲醇。 (2) 化合物 C 可顯示順反異模。 (3) 化合物 D 含有手性碳。

在某溫度下，以下反應的平衡常數 \(K_c\) 為 \(0.25\text{ mol}^{-1}\text{ dm}^3\)：\(2\text{SO}_2(\text{g}) + \text{O}_2(\text{g}) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(\text{g})\)。在一個體積為 \(2.0\text{ dm}^3\) 的密閉容器中，平衡混合物含有 \(0.40\text{ mol}\) 的 \(SO_2(\text{g})\) 和 \(0.80\text{ mol}\) 的 \(SO_3(\text{g})\)。該平衡混合物中 \(O_2(\text{g})\) 的摩爾數是多少？

下列哪一組物種與其分子空間構型的組合是正確的？

當將二氧化硫氣體（\(\text{SO}_2\)）通入酸化的重鉻酸鉀（\(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\)）溶液中時，溶液顏色由橙色變為綠色。下列關於該反應的陳述，哪些是正確的？ (1) 硫的氧化數從 +4 增加到 +6。 (2) 鉻(VI)被還原為鉻(III)。 (3) \(\text{SO}_2\) 作為氧化劑。

一個一級反應在 \(300 \text{ K}\) 時的速率常數 \(k_1 = 2.10 \times 10^{-3} \text{ s}^{-1}\)，在 \(320 \text{ K}\) 時的速率常數 \(k_2 = 1.05 \times 10^{-2} \text{ s}^{-1}\)。

(a) 寫出阿瑞尼斯方程（Arrhenius equation），並定義除 \(R\) 以外的所有物理量。(2分)
(b) 計算該反應的活化能 \(E_a\)，以 \(\text{kJ mol}^{-1}\) 為單位。（已知：\(R = 8.31 \text{ J mol}^{-1} \text{ K}^{-1}\)）(3分)
(c) 說明加入催化劑對 \(E_a\) 值的影響。(1分)

考慮以下平衡：\(\text{PCl}_5(g) \rightleftharpoons \text{PCl}_3(g) + \text{Cl}_2(g)\)
在某溫度下，將 \(1.00 \text{ mol}\) 的 \(\text{PCl}_5(g)\) 放入一個 \(2.0 \text{ dm}^3\) 的密閉容器中。當達到平衡時，剩餘 \(0.40 \text{ mol}\) 的 \(\text{PCl}_5(g)\)。

(a) 計算在此溫度下的平衡常數 \(K_c\)，並寫出其單位。(4分)
(b) 解釋若在恆溫下，容器的體積突然減少至 \(1.0 \text{ dm}^3\)，平衡位置會如何移動。(2分)

合成丁酸（\(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\)，摩爾質量 \(= 88.0 \text{ g mol}^{-1}\)）的其中一種工業路線是利用氧氣在催化劑存在下直接氧化丁-1-醇（\(\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}\)，摩爾質量 \(= 74.0 \text{ g mol}^{-1}\)）：
\(\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O} + \text{O}_2 \rightarrow \text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2 + \text{H}_2\text{O}\)

(a) 計算此反應的原子利用率（atom economy）。(3分)
(b) 另一種替代路線是使用酸化的重鉻酸鉀（\(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\)）氧化丁-1-醇。從綠色化學的角度來看，除了原子利用率之外，寫出使用氧氣和催化劑相比於酸化重鉻酸鉀的兩個優點。(2分)
(c) 提出一個在工業化學過程中追求高原子利用率的原因。(1分)

分析一個分子式為 \(\text{C}_3\text{H}_6\text{O}\) 的有機化合物 Y。

(a) 在 Y 的質譜中，於 \(m/z = 29\) 處觀察到一個顯著的峰。試建議產生此峰的物種的化學式。(1分)
(b) Y 的紅外光譜在約 \(1715\text{ cm}^{-1}\) 處顯示一個強吸收峰，但在約 \(3200-3600\text{ cm}^{-1}\) 處沒有寬吸收峰。
(i) 鑑定 Y 中存在的官能基。(1分)
(ii) 推導 Y 的結構式。根據紅外光譜和質譜解釋你的推論。(3分)
(c) 在學校實驗室中處理像 Y 這樣的易揮發性有機化合物時，寫出一項安全預防措施。(1分)

考慮丁-2-烯（but-2-ene）。

(a) 畫出丁-2-烯的兩種立體異構體的結構式，並分別標記為 *順式（cis）* 和 *反式（trans）*。(2分)
(b) 解釋為什麼丁-2-烯存在立體異構現象，而丁-1-烯則沒有。(2分)
(c) 丁-2-烯可以轉化為丁二醇（butane-2,3-diol）。
(i) 寫出此轉化所需的試劑和條件。(1分)
(ii) 產物丁二醇是否顯示對映異構現象（enantiomerism）？簡要解釋。(1分)

學生想測定蛋殼樣本中碳酸鈣（\(\text{CaCO}_3\)）的質量百分比。將 \(1.50\text{ g}\) 的乾燥蛋殼與 \(50.0\text{ cm}^3\) 的 \(1.00\text{ M HCl(aq)}\)（過量）進行反應。
反應後的混合物經過濾，濾液用蒸餾水稀釋至 \(100.0\text{ cm}^3\)。
取出 \(25.0\text{ cm}^3\) 的稀釋溶液，需要 \(28.80\text{ cm}^3\) 的 \(0.200\text{ M NaOH(aq)}\) 進行完全中和。

(a) 寫出 \(\text{CaCO}_3\) 與 \(\text{HCl}\) 反應的化學方程式。(1分)
(b) 計算蛋殼樣本中與 \(\text{CaCO}_3\) 反應的 \(\text{HCl}\) 的摩爾數。(4分)
(c) 計算蛋殼樣本中 \(\text{CaCO}_3\) 的質量百分比。（\(\text{CaCO}_3\) 的摩爾質量 \(= 100.1\text{ g mol}^{-1}\)）(1分)

某學生組裝了一個化學電池，由 \(\text{Zn(s)}|\text{Zn}^{2+}\text{(aq)}\) 半電池和 \(\text{Cu(s)}|\text{Cu}^{2+}\text{(aq)}\) 半電池組成，兩者用鹽橋連接。

(a) 寫出在陽極和陰極發生的反應的半方程式。(2分)
(b) 說明鹽橋的功能，並建議一種合適的電解質來製備鹽橋。(2分)
(c) 解釋若將 \(\text{Zn(s)}|\text{Zn}^{2+}\text{(aq)}\) 半電池替換為 \(\text{Mg(s)}|\text{Mg}^{2+}\text{(aq)}\) 半電池，電池電壓會發生什麼變化。(2分)

根據以下給出的標準燃燒焓變（\(\Delta H_c^\theta\)），計算液態乙醇（\(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)}\）的標準生成焓變：
\)\Delta H_c^ heta [\text{C(石墨)}] = -393.5\text{ kJ mol}^{-1}\)
\(\Delta H_c^\theta [\text{H}_2(g)] = -285.8\text{ kJ mol}^{-1}\)
\(\Delta H_c^\theta [\text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)}] = -1367.3\text{ kJ mol}^{-1}\)

(a) 定義「標準燃燒焓變」一詞。(2分)
(b) 構建一個焓循環（或利用赫斯定律方程）來計算 \(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)}\) 的標準生成焓變。(4分)

一個分子式為 \(\text{C}_3\text{H}_7\text{Br}\) 的有機化合物 P 可以轉化為化合物 Q（\(\text{C}_3\text{H}_8\text{O}\)），接著 Q 可被氧化為化合物 R（\(\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_2\)）。

(a) 推導 P、Q 和 R 的結構。假設 P 是一個一級鹵代烷。(3分)
(b) 寫出將 P 轉化為 Q 所需的試劑和條件。(1分)
(c) 寫出在濃硫酸存在下 R 與甲醇反應的化學方程式，並指出反應的類型。(2分)

乙醇（\(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}\)）、甲醚（\(\text{CH}_3\text{OCH}_3\)）和丙烷（\(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_3\)）具有相近的相對分子質量，但沸點卻有很大差異。

(a) 將這三種化合物按沸點遞增的順序排列。(1分)
(b) 從分子間作用力的角度解釋乙醇和甲醚之間沸點的差異。(3分)
(c) 解釋為什麼乙醇極易溶於水，而丙烷則幾乎不溶。(2分)

在 \(500\text{ K}\) 下，將 \(1.0\text{ mol}\) 的 \(\text{CO}(g)\) 和 \(2.0\text{ mol}\) 的 \(\text{H}_2(g)\) 放入一個 \(2.0\text{ dm}^3\) 的密封容器中。系統按以下方程式達到平衡：

\(\text{CO}(g) + 2\text{H}_2(g) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{OH}(g)\)

達到平衡時，生成了 \(0.4\text{ mol}\) 的 \(\text{CH}_3\text{OH}(g)\)。

(a) 計算該反應在 \(500\text{ K}\) 下的平衡常數 \(K_c\)，並寫出其單位。 (4分)

(b) 若在恆溫下將容器體積突然減半，指出並解釋這對 \(\text{CH}_3\text{OH}(g)\) 平衡產率的影響。 (2分)

五氧化二氮的熱分解反應 \(2\text{N}_2\text{O}_5(g) \rightarrow 4\text{NO}_2(g) + \text{O}_2(g)\) 是一級反應。
在 \(298\text{ K}\) 時，速率常數 \(k_1\) 為 \(3.4 \times 10^{-5}\text{ s}^{-1}\)。
在 \(318\text{ K}\) 時，速率常數 \(k_2\) 為 \(5.0 \times 10^{-4}\text{ s}^{-1}\)。

(a) 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)

(b) 在同一坐標軸上，草擬該系統在兩個不同溫度（\(298\text{ K}\) 和 \(318\text{ K}\)）下的麥克斯韋-玻爾茲曼分佈曲線。清晰標示各曲線、坐標軸和活化能 (\(E_a\))。 (2分)

考慮以下從丙-1-醇開始的反應序列：

\(\text{丙-1-醇} \xrightarrow{\text{試劑 X}} \text{丙烯} \xrightarrow{\text{HBr}(g)} \text{化合物 Y} \xrightarrow{\text{NaOH}(aq)} \text{丙-2-醇}\)

(a) 辨識試劑 X，並指出步驟 1 所需的反應條件。 (2分)

(b) 畫出化合物 Y 的結構式。 (1分)

(c) 指出丙-1-醇與丙-2-醇之間所顯示的構造異構類型。 (1分)

(d) 建議一項化學測試以分辨丙-1-醇與丙-2-醇。指出每種化合物的預期觀察結果。 (2分)

為測定乾燥蛋殼樣本中碳酸鈣 (\(\text{CaCO}_3\)) 的質量百分比，學生進行了返滴定法。

將 \(2.00\text{ g}\) 的蛋殼樣本與 \(50.00\text{ cm}^3\) 的 \(1.00\text{ M HCl}(aq)\) 混合。溫熱混合物以確保反應完全，過濾後，將濾液及洗滌液轉移至容量瓶中，並用蒸餾水稀釋至 \(250.0\text{ cm}^3\)。

然後，移取 \(25.00\text{ cm}^3\) 的稀釋溶液，需用 \(22.40\text{ cm}^3\) 的 \(0.100\text{ M NaOH}(aq)\) 進行完全中和。

(a) 寫出蛋殼 (\(\text{CaCO}_3\)) 與 \(HCl(aq)\) 反應的平衡化學方程式。 (1分)

(b) 計算 \(250.0\text{ cm}^3\) 容量瓶中過量 \(HCl(aq)\) 的摩爾數。 (2分)

(c) 計算該蛋殼樣本中 \(\text{CaCO}_3\) 的質量百分比。 (3分)
（摩爾質量：\(\text{CaCO}_3 = 100.1\text{ g mol}^{-1}\)）

甲部 [8分]
(i) 在有催化劑的情況下，於不同温度下測定了氣相反應 \(2\text{N}_2\text{O}_5(g) \rightarrow 4\text{NO}_2(g) + \text{O}_2(g)\) 的速率常數 \(k\)：
在 \(500\text{ K}\) 時，\(k_1 = 2.45 \times 10^{-4}\text{ s}^{-1}\)。
在 \(600\text{ K}\) 時，\(k_2 = 3.82 \times 10^{-3}\text{ s}^{-1}\)。
計算該催化反應的活化能（\(E_a\)），以 \(\text{kJ mol}^{-1}\) 為單位。（氣體常數 \(R = 8.31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1}\)） (4分)
(ii) 在沒有催化劑的情況下，該反應的活化能為 \(180\text{ kJ mol}^{-1}\)。利用麥克斯韋-玻爾茲曼（Maxwell-Boltzmann）分佈曲線，解釋為何催化劑的存在能加快反應速率。 (4分)

乙部 [8分]
(i) 環氧乙烷（\(\text{C}_2\text{H}_4\text{O}\)）與二氧化碳（\(\text{CO}_2\)）反應生成碳酸乙烯酯（\(\text{C}_3\text{H}_4\text{O}_3\)）：
\(\text{C}_2\text{H}_4\text{O} + \text{CO}_2 \rightarrow \text{C}_3\text{H}_4\text{O}_3\)
指出此反應製造碳酸乙烯酯的原子經濟性。解釋你的答案。 (2分)
(ii) 乙二醇（\(\text{CH}_2(\text{OH})\text{CH}_2(\text{OH})\)）可通過以下兩種不同的工業方法製造：
方法 A（環氧乙烷的水解）：
\(\text{C}_2\text{H}_4\text{O} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CH}_2(\text{OH})\text{CH}_2(\text{OH})\)
方法 B（1,2-二氯乙烷與氫氧化鈉的反應）：
\(\text{CH}_2\text{ClCH}_2\text{Cl} + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_2(\text{OH})\text{CH}_2(\text{OH}) + 2\text{NaCl}\)
計算這兩種方法製造乙二醇的原子經濟性。（相對原子質量：\(\text{H} = 1.0\)，\(\text{C} = 12.0\)，\(\text{O} = 16.0\)，\(\text{Na} = 23.0\)，\(\text{Cl} = 35.5\)） (4分)
(iii) 從廢物管理和危害預防的角度，建議為何方法 A 比方法 B 更綠色。 (2分)

丙部 [4分]
(i) 甲醇可通過以下可逆反應製備：
\(\text{CO}(g) + 2\text{H}_2(g) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{OH}(g) \quad \Delta H = -91\text{ kJ mol}^{-1}\)
預測並解釋增加壓強對甲醇平衡產率的影響。 (2分)
(ii) 甲醇的工業合成通常在催化劑存在下，於約 \(250^\circ\text{C}\) 和 \(50\text{ atm}\) 下進行。解釋為何 \(250^\circ\text{C}\) 被稱為「妥協温度」。 (2分)

甲部 [9分]
使用不同方法分析了一種分子式為 \(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\) 的未知有機化合物 X：
- X 的紅外（IR）光譜在 \(1735\text{ cm}^{-1}\) 顯示強吸收峰，但在 \(3200 - 3600\text{ cm}^{-1}\) 或 \(2500 - 3300\text{ cm}^{-1}\) 附近沒有寬吸收峰。
- X 的質譜顯示在 \(m/z = 88\) 處有分子離子峰，並在 \(m/z = 59\) 和 \(m/z = 29\) 處有顯著的碎片峰。
(i) 鑑定 X 中存在的官能基，並解釋如何根據紅外光譜排除其他含氧官能基。 (3分)
(ii) 藉着分析質譜中 \(m/z = 59\) 和 \(m/z = 29\) 的碎片，推導 X 的結構。寫出負責這兩個峰的物種的化學式。 (3分)
(iii) 寫出 X 的 IUPAC 名稱。 (1分)
(iv) 建議一個化學測試以區分 X 及其異構體丁酸。說明這兩種化合物的預期觀察結果。 (2分)

乙部 [6分]
含有乙酸乙酯、丙酸甲酯和丁酸的混合物可用氣相色譜法（GC）分離。
(i) 闡述氣相色譜法的工作原理。 (2分)
(ii) 若使用非極性固定相，比較乙酸乙酯（沸點 \(77^\circ\text{C}\)）和丁酸（沸點 \(164^\circ\text{C}\)）的保留時間。解釋你的答案。 (2分)
(iii) 說明氣相色譜法如何與另一種儀器方法結合，以同時分離和鑑定混合物中的組分。命名該結合技術。 (2分)

丙部 [5分]
將含有無水碳酸鈉（\(\text{Na}_2\text{CO}_3\)）和氯化鈉（\(\text{NaCl}\)）的 \(2.50\text{ g}\) 混合物樣品溶解於蒸餾水中，配製成 \(250.0\text{ cm}^3\) 的溶液。吸取該溶液的 \(25.00\text{ cm}^3\) 部分，需要 \(22.40\text{ cm}^3\) 的 \(0.0950\text{ M}\) 鹽酸（\(\text{HCl}\)）進行完全中和。
(i) 寫出碳酸鈉與鹽酸反應的平衡化學方程式。 (1分)
(ii) 計算原始混合物中碳酸鈉的質量百分比。 (4分)