2022 DSE 化學 模擬試題 | Past Paper 練習

考慮由 2-羥基丁酸經縮合聚合反應所形成的聚合物： (1) 它含有酯鍵。 (2) 它可透過水解作用進行生物降解。 (3) 它的實驗式與 2-羥基丁酸的相同。 哪些上述陳述是正確的？

已知標準燃燒焓為：\(\Delta H_c^\theta [\text{C(石墨)}] = -394\text{ kJ mol}^{-1}\)、\(\Delta H_c^\theta [\text{H}_2\text{(g)}] = -286\text{ kJ mol}^{-1}\)、\(\Delta H_c^\theta [\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3\text{(l)}] = -2006\text{ kJ mol}^{-1}\)。丙-2-醇(l) 的標準生成焓是多少？

下列哪一條反應路徑最適合用於以丙-1-醇為起點製備丙酸乙酯？

下列哪一個選項將各物種按鍵角遞減的順序排列？

下列關於使用惰性碳電極電解濃氯化鈉溶液的陳述，哪一項是正確的？

在不同溫度下測定某反應的速率常數 \(k\)。以 \(\ln k\) 對 \(\frac{1}{T}\)（其中 \(T\) 為絕對溫度，單位為開爾文）作圖，得到一條斜率為 \(-1.20 \times 10^4\text{ K}\) 的直線。該反應的活化能（\(E_a\)）是多少？（已知：氣體常數 \(R = 8.31\text{ J mol}^{-1}\text{ K}^{-1}\)）

下列關於過渡金屬及其化合物的陳述，哪些是正確的？ (1) 水套 \(\text{Cu}^{2+}\) 離子呈藍色，是因為它們在 d-d 電子躍遷過程中吸收了橙紅色的光。 (2) 鋅被歸類為過渡金屬，因為它位於元素週期表的 d 區。 (3) 過渡金屬通常表現出多種氧化態，因為 4s 和 3d 子殼層之間的能量差相對較小。

下列哪一種物質具有最高的沸點？

考慮一個使用熱氫氧化鉀水溶液（\(\text{KOH(aq)}\)) 作為電解質的氫氧燃料電池。下列哪一項陳述是正確的？

將一個 \(1.00\text{ g}\) 的不純碳酸鈣樣品與 \(50.0\text{ cm}^3\) 的 \(0.500\text{ mol dm}^{-3}\text{ HCl(aq)}\) 反應。過量的酸需要 \(40.0\text{ cm}^3\) 的 \(0.250\text{ mol dm}^{-3}\text{ NaOH(aq)}\) 進行完全中和。樣品中碳酸鈣（\(\text{CaCO}_3\)）的質量百分比是多少？（\(\text{CaCO}_3\) 的摩爾質量 \(= 100.1\text{ g mol}^{-1}\)）

已知碳、氫和丙烯的標準燃燒焓變分別為 \(-394\text{ kJ mol}^{-1}\)、\(-286\text{ kJ mol}^{-1}\) 及 \(-2058\text{ kJ mol}^{-1}\)。丙烯 (\(\text{C}_3\text{H}_6(g)\)) 的標準生成焓變是多少？

某聚合物的片段如下所示：\n\text{—CO—(CH}_2)_4\text{—CONH—(CH}_2)_6\text{—NH—}\n下列哪些敘述是正確的？\n(1) 它是一種聚醯胺。\n(2) 它是由加成聚合反應形成的。\n(3) 它的單體是己二酸和己二胺（1,6-己二胺）。

考慮以下反應步驟：\n\text{丙烯} \rightarrow \text{X} \rightarrow \text{丙烷-2-醇} \rightarrow \text{Y}\n其中 X 是由丙烯與 \text{HBr}(g) 在黑暗條件下反應而成，而 Y 是由丙烷-2-醇與酸化重鉻酸鉀溶液共熱而成。\nX 和 Y 的結構式分別是什麼？

下列哪一項將各物種按鍵角遞減的順序排列？

使用碳電極電解濃氯化鈉溶液時，下列哪些敘述是正確的？\n(1) 陽極釋放出一種具窒息性氣味的黃綠色氣體。\n(2) 電解質的 pH 值整體上升。\n(3) 陰極釋放出氧氣。

在不同溫度下測定某一級反應的速率常數 \(k\)。以 \(\ln k\) 對 \(\frac{1}{T}\)（其中 \(T\) 的單位為開氏度）作圖，得到一條斜率為 \(-1.20 \times 10^4\text{ K}\) 的直線。該反應的活化能 (\(E_a\)) 是多少？\n（已知：氣體常數 \(R = 8.31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1}\)）

下列哪種化合物的沸點最高？

金屬 X 與冷水反應釋放出氫氣。金屬 Y 不與水蒸氣反應，但其氧化物可與碳共熱而被還原。金屬 Z 不與稀鹽酸反應，但只需加熱其氧化物即可獲取。這些金屬的活性由大至小的順序是什麼？

在下列哪一個反應中，帶底線的物質扮演還原劑的角色？

考慮在溫度 \(T\) 下，於固定體積的密閉容器中進行的以下氣態平衡系統：\n2\text{SO}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{SO}_3(g) \quad \Delta H < 0\n若在保持體積不變的情況下升高系統的溫度，下列哪項敘述是正確的？

某有機化合物 \(X\) 的分子式為 \(C_4H_8O\)。\(X\) 不與酸化 \(K_2Cr_2O_7\)(aq) 反應，亦不與 \(NaHCO_3\)(aq) 反應。然而，\(X\) 在黑暗中能使溶於 \(CH_2Cl_2\) 的溴迅速褪色。下列哪項最可能是 \(X\) 的結構？

已知在 \(298 \text{ K}\) 下的標準燃燒焓變（\(\Delta H^{\theta}_c\)）如下：\n\(C(s, \text{石墨}) = -393.5 \text{ kJ mol}^{-1}\)\n\(H_2(g) = -285.8 \text{ kJ mol}^{-1}\)\n\(C_3H_6(g) = -2058.0 \text{ kJ mol}^{-1}\)\n丙烯（\(C_3H_6(g)\)）的標準生成焓變是多少？

聚乳酸（PLA）是一種具有以下重複單元的合成聚合物：\n\(-[O-CH(CH_3)-CO]_n-\)\n下列關於 PLA 的敘述，哪些是正確的？\n(1) 它是可生物降解的，因為其酯鍵可以被水解。\n(2) 它是一種熱塑性聚合物。\n(3) 用於製備 PLA 的單體含有一個手性碳原子。

某氯的氧化物按質量計含有 42.5% 的氯。下列哪項是該氧化物的實驗式？\n（相對原子質量：O = 16.0，Cl = 35.5）

使用碳電極電解濃氯化鈉溶液（食鹽水）時，下列哪項組合正確描述了陽極產物、陰極產物以及陰極附近溶液 pH 值的變化？

在不同溫度下測定某一級反應的速率常數 \(k\)。若將 \(\ln k\) 對 \(\frac{1}{T}\)（其中 \(T\) 為以 \(\text{K}\) 為單位的絕對溫度）作圖，得到一條斜率為 \(-1.20 \times 10^4 \text{ K}\) 的直線。該反應的活化能（\(E_a\)）是多少？\n（通用氣體常數 \(R = 8.31 \text{ J mol}^{-1} \text{ K}^{-1}\)）

下列關於過渡金屬及其化合物的敘述，哪些是正確的？\n(1) 它們在化合物中能呈現多種氧化態。\n(2) 它們的大多數水合離子是有顏色的。\n(3) 它們能在各種化學反應中充當催化劑。

考慮以下化合物：\n(1) 丙-1-醇\n(2) 丙醛\n(3) 丁烷\n下列哪項顯示這些化合物沸點由高至低的正確順序？

在針筒中，\(NO_2(g)\)（褐色）與 \(N_2O_4(g)\)（無色）的混合物達到平衡：\n\(2NO_2(g) \rightleftharpoons N_2O_4(g) \quad \Delta H < 0\)\n若在恆溫下突然將針筒活塞推入以使氣體混合物的體積減半，混合物的外觀會發生什麼變化？

在利用電解法進行銅的工業精煉中，含有鋅、銀、金雜質的粗銅塊用作陽極，純銅片用作陰極，電解質為硫酸銅(II)溶液。\n下列關於該過程的敘述，哪些是正確的？\n(1) 鋅在陽極被氧化，並以 \(Zn^{2+}(aq)\) 形式留在溶液中。\n(2) 銀和金不被氧化，並沉積在底部形成陽極泥。\n(3) 電解質中 \(Cu^{2+}(aq)\) 的濃度會逐漸減少。

有機化合物 \(W\) 的分子式為 \(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\)。當它與稀氫氧化鈉溶液共熱回流時，會生成兩種產物 \(P\) 及 \(Q\)。產物 \(P\) 可被酸化的 \(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\text{(aq)}\) 氧化以生成酮。化合物 \(W\) 的 IUPAC 名稱是什麼？

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) \(2\text{C}_2\text{H}_2\text{(g)} + 5\text{O}_2\text{(g)} \rightarrow 4\text{CO}_2\text{(g)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \quad \Delta H_3 = -2598.8\text{ kJ mol}^{-1}\) 乙炔 \(\text{C}_2\text{H}_2\text{(g)}\) 的標準生成焓變是多少？

某合成加成聚合物的片段結構如下： \(-\text{CH}_2-\text{CH(Cl)}-\text{CH}_2-\text{CH(Cl)}-\text{CH}_2-\text{CH(Cl)}-\) 下列關於此聚合物及其單體的陳述，哪些是正確的？ (1) 此聚合物的單體是氯乙烯。 (2) 此聚合物可透過加熱軟化。 (3) 該單體含有具順反異構現象的碳-碳雙鍵。

下列哪一個化學物種具有三角錐形的分子形狀？

使用碳電極電解濃氯化鈉水溶液（食鹽水）。下列哪一個組合正確描述了在電極處的觀察結果/產物以及陰極周圍溶液的 pH 值變化？（格式：陰極產物 / 陽極產物 / 陰極附近的 pH 值）

在不同溫度 \(T\) 下測定了某反應的速率常數 \(k\)。若以 \(\ln k\) 對 \(\frac{1}{T}\) 作圖，可得一條斜率為 \(-1.20 \times 10^4\text{ K}\) 的直線。此反應的活化能 (\(E_{\text{a}}\)) 是多少？（已知：氣體常數 \(R = 8.31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1}\)）

學生設計了一項實驗來測定丙-1-醇（\( \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH} \)）的燃燒焓變。在銅製卡計中，\( 150.0\text{ g} \) 的水被加熱。燃燒 \( 0.90\text{ g} \) 的丙-1-醇使水溫上升了 \( 32.5 ^\circ\text{C} \)。\n(a) 計算丙-1-醇的實驗燃燒焓變。（水的比熱容 = \( 4.2\text{ J g}^{-1}\text{ K}^{-1} \); 丙-1-醇的摩爾質量 = \( 60.0\text{ g mol}^{-1} \)）\n(b) 提出兩個原因，解釋為什麼實驗所得的數值比文獻值釋放較少能量（較少放熱）。\n(c) 建議一個對實驗裝置的修改以提高準確度。

學生提出了一項從環己酮經環己烯合成 1,2-二溴環己烷的路線。\n(a) 建議將環己酮轉化為環己醇，再將環己醇轉化為環己烯的試劑和反應條件。\n(b) 指出環己醇轉化為環己烯的反應類型。\n(c) 建議將環己烯轉化為 1,2-二溴環己烷的試劑和條件。描述此反應中預期的顏色變化。

聚乳酸 (PLA) 是一種由乳酸（\( \text{CH}_3\text{CH(OH)COOH} \)）合成的可生物降解聚合物。\n(a) 畫出 PLA 的重複單位。\n(b) 從結構和化學性質的角度，解釋為什麼 PLA 可以被生物降解，而聚乙烯則不能。\n(c) 提出一個使用 PLA 代替傳統塑料（如聚乙烯）的環保優點（減少垃圾堆填區累積除外）。

考慮三氟化氮（\( \text{NF}_3 \)）和三氟化硼（\( \text{BF}_3 \)）。\n(a) 畫出這兩種分子的電子圖（在適當情況下顯示八隅體電子）。\n(b) 指出每種分子的形狀和鍵角。根據價層電子對互斥（VSEPR）理論解釋它們形狀不同的原因。\n(c) 確定每種分子是極性還是非極性。解釋原因。

電解濃氯化鈉溶液（食鹽水）是重要的工業過程。\n(a) 繪畫一個使用碳電極電解濃氯化鈉溶液的實驗室裝置標記圖。\n(b) 分別寫出在陽極和陰極發生的反應的半化學方程式。\n(c) 解釋隨著電解進行，陰極附近電解質的 pH 值的變化。\n(d) 寫出陽極產生的氣體的一項工業用途。

二氧化氮的分解反應，在 \( 600\text{ K} \) 下的速率常數為 \( 1.3 \times 10^{-3}\text{ dm}^3\text{ mol}^{-1}\text{ s}^{-1} \)，在 \( 650\text{ K} \) 下為 \( 2.3 \times 10^{-2}\text{ dm}^3\text{ mol}^{-1}\text{ s}^{-1} \)。\n(a) 利用阿倫尼烏斯方程 \( \ln\left(\frac{k_2}{k_1}\right) = -\frac{E_a}{R}\left(\frac{1}{T_2} - \frac{1}{T_1}\right) \)，計算該反應的活化能（\( E_a \)），以 \( \text{kJ mol}^{-1} \) 為單位。\n（氣體常數 \( R = 8.31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1} \)）\n(b) 參考活化能，簡述催化劑如何增加該反應的速率。

聯氨（\( \text{N}_2\text{H}_4 \)）是一種用作火箭推進劑的液體。\n利用以下標準燃燒焓變（\( \Delta H_c^
ormal_standard \)）：\n\( \text{H}_2(\text{g}) + \frac{1}{2}\text{O}_2(\text{g}) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \quad \Delta H_c^
ormal_standard = -286\text{ kJ mol}^{-1} \)\n\( \text{N}_2\text{H}_4(\text{l}) + \text{O}_2(\text{g}) \rightarrow \text{N}_2(\text{g}) + 2\text{H}_2\text{O}(\text{l}) \quad \Delta H_c^
ormal_standard = -622\text{ kJ mol}^{-1} \)\n(a) 寫出液態聯氨標準生成焓變（\( \Delta H_f^
ormal_standard \)）的化學方程式。\n(b) 構建一個焓變循環（赫斯定律循環），將聯氨的生成與上述燃燒反應聯繫起來。\n(c) 計算液態聯氨的標準生成焓變。

有三種有機同分異構體：丙酮、丙醛和丙-2-烯-1-醇。\n(a) 畫出每一種化合物的結構式。\n(b) 描述一種化學測試（試劑和觀察結果），可用以區分丙醛和丙酮。\n(c) 描述一種化學測試（試劑和觀察結果），可用以將丙-2-烯-1-醇與丙酮及丙醛區分開。

二氧化矽（\( \text{SiO}_2 \)）和二氧化碳（\( \text{CO}_2 \)）均為第 IV 族元素的氧化物，但它們表現出截然不同的物理性質。\n(a) 比較二氧化矽和二氧化碳的熔點，並從結構和鍵合的角度解釋其差異。\n(b) 指出並解釋二氧化矽在熔融狀態下能否導電。

凱芙拉（Kevlar）是一種高強度的合成聚醯胺，用於防彈背心。\n(a) 畫出用於合成凱芙拉的兩種單體的結構。\n(b) 指出合成凱芙拉所涉及的聚合反應類型。\n(c) 解釋相鄰聚合物鏈之間的分子間作用力如何促成凱芙拉異常高的抗張強度。

進行了一項實驗以測定碳酸氫鋰分解反應的焓變：
\(2LiHCO_3(s) \rightarrow Li_2CO_3(s) + CO_2(g) + H_2O(l)\)

(a) 描述如何在聚苯乙烯杯中，將固體 \(LiHCO_3(s)\) 加入過量的鹽酸中以測量其溫度變化，並提出一項減少熱量流失的預防措施。 (3分)

(b) 在一次實驗中，將 \(3.40\text{ g}\) 的 \(LiHCO_3(s)\)（摩爾質量 = \(68.0\text{ g mol}^{-1}\)）加入聚苯乙烯杯內的 \(50.0\text{ cm}^3\) \(1.0\text{ M } HCl(aq)\) 中。混合物的溫度由 \(21.5\ ^\circ\text{C}\) 下降至 \(17.2\ ^\circ\text{C}\)。計算該反應的焓變 \(\Delta H_2\)（以 \(\text{kJ mol}^{-1}\) 為單位）。
\(\quad LiHCO_3(s) + HCl(aq) \rightarrow LiCl(aq) + CO_2(g) + H_2O(l) \quad \Delta H_2\)
（假設最終混合物的質量為 \(50.0\text{ g}\)，其比熱容為 \(4.2\text{ J g}^{-1}\ \text{K}^{-1}\)。） (2.46分)

(c) 已知固體 \(Li_2CO_3\) 與鹽酸反應的焓變為 \(\Delta H_1 = -25.0\text{ kJ mol}^{-1}\)：
\(\quad Li_2CO_3(s) + 2HCl(aq) \rightarrow 2LiCl(aq) + CO_2(g) + H_2O(l) \quad \Delta H_1\)
計算碳酸氫鋰分解反應的焓變。 (1分)

PLGA 是一種用於醫療用途的合成共聚物，例如可生物降解的手術縫合線。它是由羥基乙酸（\(HO-CH_2-COOH\)）與乳酸（\(HO-CH(CH_3)-COOH\)）合成而成。

(a) 指出形成 PLGA 所涉及的聚合反應類型。畫出含有一個羥基乙酸單元和一個乳酸單元的 PLGA 重複單位結構。 (2.46分)

(b) 從結構角度解釋為什麼 PLGA 是可生物降解的，而聚乙烯則是不可生物降解的。 (2分)

(c) PLGA 的降解速率可以通過改變兩種單元的比例來調節。解釋為什麼乳酸比例較高的共聚物降解速度較慢。 (2分)

五氧化二氮的熱分解是一個一次反應：
\(2N_2O_5(g) \rightarrow 4NO_2(g) + O_2(g)\)

(a) 闡釋「活化能」一詞的含意。 (1分)

(b) 在兩個不同溫度下測得該反應的速率常數（\(k\)）：
- 在 \(298\text{ K}\) 時，\(k_1 = 3.46 \times 10^{-5}\text{ s}^{-1}\)
- 在 \(328\text{ K}\) 時，\(k_2 = 1.50 \times 10^{-3}\text{ s}^{-1}\)

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 \(R = 8.31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1}\)） (3.46分)

(c) 該反應的焓變（\(\Delta H\)）為 \(-110\text{ kJ mol}^{-1}\)。草擬該反應的已標記能量剖面圖。在圖中標示活化能（\(E_a\)）和焓變（\(\Delta H\)）。 (2分)

本題包括 (a)、(b) 和 (c) 三部分。

**第 (a) 部分**
在酸性氧化鋁催化劑上，甲醇催化脫水製備二甲醚（\(2\text{CH}_3\text{OH}(g) \rightarrow \text{CH}_3\text{OCH}_3(g) + \text{H}_2\text{O}(g)\))的速率常數 \(k\) 在兩個不同溫度下測定如下：
- 在 \(523\text{ K}\) 時，\(k_1 = 1.45 \times 10^{-3}\text{ s}^{-1}\)
- 在 \(573\text{ K}\) 時，\(k_2 = 1.12 \times 10^{-2}\text{ s}^{-1}\)
計算此反應的活化能（\(E_a\)），以 \(\text{kJ mol}^{-1}\) 為單位。
（已知：氣體常數 \(R = 8.31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1}\)）（6分）

**第 (b) 部分**
甲醇脫水製備二甲醚是一個可逆的放熱反應：
\[2\text{CH}_3\text{OH}(g) \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{OCH}_3(g) + \text{H}_2\text{O}(g) \quad \Delta H < 0\]
(i) 預測並解釋增加壓強對二甲醚平衡產率的影響。（3分）
(ii) 在工業上，該反應通常在約 \(250 - 300^\circ\text{C}\)（即 \(523 - 573\text{K}\)）的溫度下進行，而非在室溫下進行。試從動力學和熱力學的角度解釋原因。（3分）

**第 (c) 部分**
(i) 從反應途徑和活化能的角度，闡述酸性氧化鋁催化劑的作用。（2分）
(ii) 假設二甲醚是唯一的預期產物，計算此二甲醚合成反應的原子利用率。
（相對原子質量：\(\text{H} = 1.0\)，\(\text{C} = 12.0\)，\(\text{O} = 16.0\)）（3分）
(iii) 討論除原子利用率外，在該工業生產二甲醚的過程中體現或可應用的兩項綠色化學原則。（3分）

本題包括 (a) 和 (b) 兩部分。

**第 (a) 部分**
從水果提取物中分離出一種分子式為 \(\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2\) 的有機液體化合物 \(W\)。
(i) \(W\) 的紅外（IR）光譜在 \(1735\text{ cm}^{-1}\) 處顯示出強而尖銳的吸收峰，但在 \(2500 - 3300\text{ cm}^{-1}\) 或 \(3230 - 3670\text{ cm}^{-1}\) 區域均未見寬吸收峰。推導 \(W\) 中存在的官能團。（2分）
(ii) \(W\) 的質譜顯示分子離子峰位於 \(m/z = 88\)，且有一顯著的碎片離子峰位於 \(m/z = 57\)。解釋此碎片峰如何有助於推導 \(W\) 的結構，並寫出 \(W\) 的結構式。（5分）

**第 (b) 部分**
某學生利用比色法測定一款膳食補充劑藥片中鐵的質量。
(i) 簡述比色法在定量分析中的原理。（2分）
(ii) 藥片中的鐵以鐵(II)離子（\(\text{Fe}^{2+}\)）形式存在。試解釋為何在測量吸光度前，須向樣品溶液中加入過量的 1,10-菲囉啉（它能與 \(\text{Fe}^{2+}\) 形成深紅橙色的配合物）。（2分）
(iii) 概述該學生應如何配製一系列標準溶液，並利用它們繪製校正曲線。（3分）
(iv) 將一片重 \(0.520\text{ g}\) 的藥片溶於酸中、過濾，並在容量瓶中定容至 \(250.0\text{ cm}^3\)（溶液 A）。然後，用移液管吸取 \(10.0\text{ cm}^3\) 的溶液 A 置於 \(100.0\text{ cm}^3\) 容量瓶中，加入過量的 1,10-菲囉啉及緩衝溶液，並用去離子水定容至刻度（溶液 B）。
利用校正曲線，測得溶液 B 中鐵的濃度為 \(3.15\text{ mg dm}^{-3}\)。
計算：
(1) 藥片中鐵的質量（以 mg 為單位）。（4分）
(2) 藥片中鐵的質量百分比。（2分）