第43屆國際化學奧林匹亞競賽決選營理論測驗試題與參考解答

1 第 43 屆 國 際 化 學 奧 林 匹 亞 競 賽 決 選 營(R3)

理論測驗試題與參考解答評分標準

2

Periodic Table with Relative Atomic Masses

1 18 1 H 1.01 2 13 14 15 16 17 2 He 4.00 3 Li 6.94 4 Be 9.01 5 B 10.81 6 C 12.01 7 N 14.01 8 O 16.00 9 F 19.00 10 Ne 20.18 11 Na 22.99 12 Mg 24.30 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Al 26.98 14 Si 28.09 15 P 30.97 16 S 32.06 17 Cl 35.45 18 Ar 39.95 19 K 39.10 20 Ca 40.08 21 Sc 44.96 22 Ti 47.87 23 V 50.94 24 Cr 52.00 25 Mn 54.94 26 Fe 55.85 27 Co 58.93 28 Ni 58.69 29 Cu 63.55 30 Zn 65.38 31 Ga 69.72 32 Ge 72.64 33 As 74.92 34 Se 78.96 35 Br 79.90 36 Kr 83.80 37 Rb 85.47 38 Sr 87.62 39 Y 88.91 40 Zr 91.22 41 Nb 92.91 42 Mo 95.96 43 Tc -44 Ru 101.07 45 Rh 102.91 46 Pd 106.42 47 Ag 107.87 48 Cd 112.41 49 In 114.82 50 Sn 118.71 51 Sb 121.76 52 Te 127.60 53 I 126.90 54 Xe 131.29 55 Cs 132.91 56 Ba 137.33 57-71 72 Hf 178.49 73 Ta 180.95 74 W 183.84 75 Re 186.21 76 Os 190.23 77 Ir 192.22 78 Pt 195.08 79 Au 196.97 80 Hg 200.59 81 Tl 204.38 82 Pb 207.2 83 Bi 208.98 84 Po -85 At -86 Rn -87 Fr -88 Ra -89-103 104 Rf -105 Db -106 Sg -107 Bh -108 Hs -109 Mt -110 Ds -111 Rg - 57 La 138.91 58 Ce 140.12 59 Pr 140.91 60 Nd 144.24 61 Pm -62 Sm 150.36 63 Eu 151.96 64 Gd 157.25 65 Tb 158.93 66 Dy 162.50 67 Ho 164.93 68 Er 167.26 69 Tm 168.93 70 Yb 173.05 71 Lu 174.97 89 Ac -90 Th 232.04 91 Pa 231.04 92 U 238.03 93 Np -94 Pu -95 Am -96 Cm -97 Bk -98 Cf -99 Es -100 Fm -101 Md -102 No -103 Lr

-3

無機試題 (100 分) 編號：

注意！！

必須在各題題號後作答

題組一：

(共 25 分)

1. 若只考慮 sigma 的配位作用，畫出 ML6的分子軌域相關圖，並標出Δo (10 分)

答：

5

編號：

2. 若更近一步考慮 pi-鍵作用，請畫出 pi-鍵對 Δo 的影響，並寫出光譜化學系列( Δo 之強弱

系列) (8 分)

6

3. 下列各組錯合物的半生期如表列:

半生期小於一分鐘 半生期大於一天

[Cr(CN)6]4- [Cr(CN)6]

3-[Fe(H2O)6]3+ [Fe(CN)6]

4-[Co(H2O)6]2+ [Co(NH3)5(H2O)]3+(H2O

exchange) 從其電子結構，解釋半生期之不同 (7 分)

答：

 donor;  donor  donor; chelate effect

 donor;  acceptor

7

題組二：

( 共 25 分) 編號：

4. 醋酸在工業上是由甲醇羰基化 carbonylation 反應以銠觸媒在碘酸與水的溶液中製造。製 程中的步驟包含氧化加成、羰基化、還原消去等基本反應。使用[Rh(CO)2I2]-陰離子作為 觸媒，繪出此製程之催化循環反應機制。包含 HI 與水所扮演的角色。(7 分)

答：

 

8

編號：

  5. 下列所示為烯類歧化或置換反應 (Olefin metathesis)之化學式。此反應經由有機烯類物質 與金屬卡賓錯合物(LRu=CR1R2)反應先形成中間體的金屬環丁烷(metallocyclobutane)，再 形成產物，繪出此製程之催化循環反應機制。若下列所示環庚烷(cycloheptene)或降莰烯 (norbornene)可藉由此機制生成聚合物，繪出由單體構成之聚合物 (8 分)        

答：

[(CH2)5-CH=CH]n- and

9

編號：

  6. MeMn(CO)5的甲基羰基化可能有兩種路徑，即甲基遷移或是 CO 嵌入。(問題一)使用下圖 之化合物 A(*CO 是用同位素標示的 CO)如何分辨這兩種路徑？化合物 B 也可以用來分辨 這兩種路徑，(問題二)化合物 B 如何製造？(問題三)使用下圖之化合物 B 如何分辨這兩種 路徑？(10 分)  

答：

 

10

題組三：

( 共 25 分) 編號：

1. 利用分子軌域圖推測下列分子的未成對電子數目。(9 分) (a) B2 (b) BN (c) O2

-答：

(b) B2: 1g21u21u2 (2 unpaired electrons) (c) BN: 1g21u21u4 (0 unpaired electron) (d) O2-: 1g21u22g21u41g3 (1 unpaired electron) 2. (a) 對於三個 1s軌域有幾個可能的線性組合？ (b) 對於一個假設的線形 H3分子，試繪出其 H1s軌域的線性組合？ (c) 利用未鍵結與反鍵結作用力數目的觀念，試依能量上升之順序， 排列上述線形 H3分子的分子軌域。 (15 分)

答：

(a) There are three linear combinations for three H atoms. (b)

11

題組四：

( 共 25 分) 編號：

1. 氫氣分子可以配位鍵結在金屬離子上，詳述氫分子金屬錯合物的鍵結模式？(15  分)                 

答：

氫氣分子可藉其鍵結電子對向金屬離子上空的d-軌域進行-donating 的交互作用力，此 外，金屬離子d-軌域中已填電子對也會和氫分子的 anti-bonding 軌域以-back-donating 的方式作用，而使氫分子配位到金屬離子上。     2.詳述純化氫氣的方法。(10  分)                       

答：

因為鈀－銀合金管柱中的壓力差與氫原子在鈀－銀合金中的流動性，使得氫氣可以經由 氫原子的形式擴散進入鈀－銀合金管柱中，但雜質卻沒有辦法如氫氣般進入鈀－銀合金管 柱中，因此可用此方法來純化氫氣.。

12 順式稠環雙環化合物（cis-fused bicyclic compound）

有機試題 (150 分) 編號：

注意！！

必須在各題題號後作答

題組五：(共 50 分)

1. Isocaryophyllene (K)為存在於植物的雙環烯類化合物，此化合物可以幫助植物抵抗昆蟲的 危害。（每小格4 分，共 40 分） O + H H O h , pentane -40oC NaH, (MeO)2CO dioxane, 80oC NaH, dioxane; MeI, 40oC Li OMe OMe THF, 0oC 1. H₂, Pd/C, KOH, MeOH 2. CrO3, HOAc, H2O, 15oC NaCH2SOCH3 DMSO NaBH4, MeOH, 0oC TsCl, Py CH2Cl2, 0oC 1. 1 N NaOH, 40oC 2. Py, 115oC NaCH2SOCH3 DMSO t-BuOH Ph3P=CH2 DMSO H H CO2Me Me O O E (A) 含有酮基 （分子式 : C10H14O） (B) 含有酮和酯基 （分子式：C12H18O3） (C) 含有酮和酯基 （分子式：C13H20O3） (D) 含有酯基，羥基和縮醛 （分子式：C18H28O5） (K) 含有烯烴官能基 （分子式：C15H24） (F) 含有酯基，羥基和酮基 （分子式：C16H24O4） (G) 含有羥基和酮基 （分子式：C14H22O2） (H) 含有二醇（diol group） （分子式：C14H24O2）

(I) 含有二醇（diol group） （分子式：C21H30O4S）

(J) 含有酮基和烯烴官能基 （分子式：C14H22O）

13

答：

編號：

14

編號：

2. 反應（1）和（2）為兩個 σ 遷移重排（sigmatropic rearrangements）。試解釋為什麼反應（1）

會經由［1,3］－σ 遷移重排且得到立體反轉（an inversion of the stereochemistry）的產物，

而反應（2）會經由［1,5］－σ 遷移重排所得到的產物卻為立體組態保留（a retention of the

stereochemistry），如下圖所示。（每小題 5 分，共 10 分）

15

題組六(A)：( 共 50 分) 編號：

答：

1. 下列哪個醛醣以 NaBH4還原後可得右式的山梨糖醇﹝D-glucidol﹞? OH OH HO OH OH O H H H H H HO HO OH HO H O H OH H H H (A) OH O HO OH OH OH H H H (B) (C) (D) OH O HO OH OH O H H H H 2. 右式的葡萄糖在鹼性條件下可易構化生成右式的甘露糖，下列何者為正確的反應中間體結 構? CHO H O HO H H OH H OH CH2OH (A) (B) OH HO H H OH H OH CH2OH O (C) O HO H H OH H OH CH2OH OH (D) H OH HO H H OH H OH CH2OH HO O 1.C 2.B

16

編號：

I. 試對下列多步驟的合成提供適當的產物結構或反應試劑。 I. 苯巴比妥的合成如下，試提供適當的化合物 A-F 的結構? (每小題 2 分，共 12 分) NH HN O O O phenobarbital

答：

Br CO2H O Cl O O O O O O O O O O NH HN O O O phenobarbital A B C D E F

17

編號：

2. 2-甲基-2–環己烯酮的合成如下，試提供適當的產物結構或反應試劑﹝每小題 2 分，共 6 分﹞ O OCH3 O H3CO NaOMe MeOH heat C8H12O3 Br2 CH3CO2H C7H11BrO O CH3 ?

答：

O OCH3 O 1) NaOMe 2) CH3Br 3) H3O+ heat O CH3 Br2 CH3CO2H O CH3 Br O CH3 pyridine 3. 下列哪些化合物會進行醛醇縮合反應，試畫出適當的產物的結構? ﹝每小題 2 分，共 8 分﹞ O (a) (b) H O Br (c) O H (d) H O

答：

O (a) (b) H O (c) (d) H O O or no aldol condensation no aldol condensation Ph

18

編號：

4. 分別畫出下列單醣的半縮醛形式，其結構中哪些 OH 基在軸向? ﹝共 8 分﹞ (a)　　-D-mannopyranose﹝甘露糖﹞ (b) 　-D-idopyranose﹝艾杜糖﹞

(c) 　-D-allopyranose﹝阿洛糖﹞ (A) OH H OH HO HO O H H H OH H D-mannose OH H H H HO O OH H HO OH H D-idose OH H OH H H O OH OH H OH H D-allose (B) (C)

答：

(A) OH H OH HO HO O H H H OH H D-mannose OH H H H HO O OH H HO OH H D-idose OH H OH H H O OH OH H OH H D-allose (B) (C) O OH OH HO HO OH O OH OH OH HO OH O OH OH OH HO OH (2 pts) (3 pts) (3 pts)

19

編號：

5. 一未知的雙醣以多倫試劑測試呈陽性反應，以醣酐水解脢進行水解可得右式半乳糖和甘露 糖，此雙醣以 Ag2O 和碘甲烷處理，然後以鹽酸進行水解可得 2,3,4,6-四-氧-甲基半乳糖

﹝2,3,4,6-tetra-O-methylgalactose﹞和 2,3,4-三-氧-甲基甘露糖﹝2,3, 4-tri-O-methylmannose﹞， 試提出雙醣的結構﹝共 5 分﹞

答：

6. 試解釋為何維他命 C 的 C-3 上的 OH 基的酸性大過 C-2 上的 OH 基的酸性?﹝共 5 分﹞ O HO OH O H OH CH2OH pKa: 4.17

答：

20

編號：

題組六(B)：( 共 50 分)

EtO CN O CHO C CN D N N O O Me2SO4 K₂CO₃ B E N N La(OTf)3 N[(CH2)2OH]3 99% _81% OMe CO2Me CN O O NH F Et3SiOTf N G Swern 氧化 A H 100% 50% 52% 100% a _b c d LiN(SiMe₃)₂ F (A) 在 A 中哪一種質子酸性最高? (3 分) (B) B 是烯酮。寫出 B 之結構式。(6 分) (C) 寫出 C 之結構式。 (6 分) (D) 寫出 D 之結構式。 (8 分) (E) 寫出 E 之結構式。 (8 分) (F) 寫出 La(OTf)3 在反應中的功用? (3 分) (G) F 之分子式 為C29H51NO5Si2。 寫出 F 之結構式。 (8 分) (H) G 之分子式 為 C17H23NO5及其紅外譜吸收為 3500 cm-1。寫出 G 之結構式。 (8 分)

答：

21

O

OMe

O

OMe

MeO

₂

C

O

MeO

CO

₂

Me

CHO

O

OMe

CO

₂

Me

CN

HO

OSiEt

₃

OMe

CO

₂

Me

CN

Et

₃

SiO

O

OMe

CO

₂

Me

CN

HO

(a) H

_a

(b)

(c)

(d)

(f) 催化劑或路易士酸

(e)

(g)

(h)

22

物化試題 (100 分) 編號：

注意！！

必須在各題題號後作答

題組七：( 共 32 分)

1. 某酵素(E)催化受質混合物(S1和S2)之反應，可生成對應之產物 P1和P2，其催化機制如下： 為了決定各動力學參數(k2、k2、Km、Km)，遂在 25C 進行 R (= [S2]o/[S1]o)為 1 和 4 的兩系 列實驗；並在[E]o = 0.10 M 的條件下，測定各實驗生成總產物(P1 + P2)之初始速率(vo)；再以 [E]o/vo對1/[S]o作圖([S]o = [S1]o + [S2]o)而得下圖。 0 5 10 15 0 2 4 6 8 10 1/[S]o /10 3 M-1 [E ]o /vo /1 0 -3 s 試回答下列各題。 E + S1 ES1 E + P1 E + S2 ES2 E + P2 k1 k-1 k2 k1 k-1 k2 Km = Km = k-1 + k2 k1 k-1 + k2 k1 y = 0.001207 + 6.90×10-7 x R = 4 R = 1 y = 0.001585 + 1.22×10-6 x

23

編號：

(A) 利 用 ES1 和 ES2 之 穩 態(steady-state) 近 似 法 ， 證 明 m m m o K S K S K S E ES     / ] [ / ] [ 1 / ] [ ] [ ] [ 2 1 1 1 和 m m m o K S K S K S E ES      / ] [ / ] [ 1 / ] [ ] [ ] [ 2 1 2 2 。 (8 分)

答：

(A) 8% (B) 3% (C) 3% (D) 16% (E) 5%

(A) Steady-state approximation for ES1 & ES2gives: (8%)

0 ] )[ ( ] ][ [ ] [ 1 2 1 1 1 1      k ES k S E k dt ES d ; m K S E k k S E k ES ] [ ][ ] [ ][ ] [ 1 2 1 1 1 1     (1) 0 ] )[ ( ] ][ [ ] [ 2 2 1 2 1 2         k ES k S E k dt ES d ; m K S E k k S E k ES         ] ][ [ ] ][ [ ] [ 2 2 1 2 1 2 (2)

Since the enzyme can exist in 3 forms (E, ES1, and ES2), therefore

[E]o = [E] + [ES1] + [ES2] = _

        m m K S K S E] 1 [ ] [ ] [ 1 2 ∴ m m o S K S K E E     / ] [ / ] [ 1 1 ] [ ] [ 2 1 (3)

Substitution of eq. (3) into eq. (1) & eq. (2) gives

m m m o K S K S K S E ES     / ] [ / ] [ 1 / ] [ ] [ ] [ 2 1 1 1 ; m m m o K S K S K S E ES      / ] [ / ] [ 1 / ] [ ] [ ] [ 2 1 2 2 (B) 導出產物 P1之生成速率的表示式。 (3 分)

答：

m m m o K S K S K S E k ES k dt P d v       / ] [ / ] [ 1 / ] [ ] [ ] [ ] [ 2 1 1 2 1 2 1 1

24

編號：

(C) 導出產物 P2之生成速率的表示式。 (3 分)

答：

m m m o K S K S K S E k ES k dt P d v          / ] [ / ] [ 1 / ] [ ] [ ] [ ] [ 2 1 2 2 2 2 2 2

(D) 試求 k2、k2、Km和Km之值。 (16 分)

答：

m o m o m o m o o o K S K S K S k K S k E v v v          / ] [ / ] [ 1 ) / ] [ / ] [ ( ] [ 2 1 2 2 1 2 2 1 R = 1; o m m m m m m o o S K k K k K k K k K K v E ] [ 1 / / 2 / / / 1 / 1 ] [ 2 2 2 2            7 2 2 10 90 . 6 / / 2 _{ }     m m k K K k (1) slope 3498 intercept 2 1 1      m m K K (2) R = 4; o m m m m m m o o S K k K k K k K k K K v E ] [ 1 / 8 . 0 / 2 . 0 1 / 8 . 0 / 2 . 0 / 8 . 0 / 2 . 0 ] [ 2 2 2 2            1300 slope intercept 8 . 0 2 . 0     m m K K (3) 6 2 2 10 22 . 1 / 8 . 0 / 2 . 0 1 _{ }     m m k K K k (4)

From equations (2) & (3): Km = 0.40 mM; (4%)

Km = 1.0 mM (4%)

Substitution of Km & Km into equations (1) & (4) gives:

2500 k2 + 1000 k2 = 2.90 × 106 (1) 500 k2 + 800 k2 = 8.20 × 105 (4)

∴ k2 = 1000 s-1; (4%)

25

編號：

(E) 當 S1 和 S2 之初始濃度均為 1.0 mM 時，試求 P1 和 P2之生成初始速率的比 值。 (5 分)

答：

25 . 6 / / 2 2 2 1     m m K k K k v v

2. 計算下列過程的熵變化，用理想氣體常數表示你的答案： a) 理想氣體的等溫可逆膨脹，體積變為兩倍 (8 分)

答：

理想氣體的等溫可逆膨脹(ideal gas isothermal reversible expansion)，

E  q  w  0, q_rev  w  RT lnV2 V₁  RT ln2 S qrev T  Rln2 b) 理想氣體的自由膨脹，體積變為兩倍   (8 分)

答：

熵是狀態函數，只要初始與最終狀態一樣，熵變化就一樣(entropy change is a state function, therefore)，所以S_{free expansion}  Rln2

 

3. 用玻茲曼公式，計算下列系統在絕對零度的微觀態數及熵

a) 一莫耳的一氧化碳晶體。假設每個分子可有完全等價的兩個排列方式：CO 與 OC。 (8 分)

答：

每有 CO 有兩個取向，一莫耳共有 2N

個微觀態( each CO has two optional directions, therefore, one mole of CO has 2N

microstates)。 (4%)

用 Boltzamann 公式 (From Boltzmann formula for entropy)

26

編號：

b) 一莫耳的冰，見下圖。假設每個氧原子有兩個氫氧共價鍵，以及兩個氫鍵，我們稱 此為化學條件。（暗示：1. 一莫耳的冰中共有 2N 的氫原子。2. 沿著相鄰的兩個氧原 子上的氫原子，可有兩個位置，所以共有 22N 個微觀態 (microstates)。3. 然而並不是所 有的微觀態都滿足化學條件，在這個問題中，你需要找出滿足微觀態的比例。）(8 分)

答：

一莫耳的冰中共有 2N 的氫原子。 沿著相鄰的兩個氧原子上的氫原子，可有兩個位置，所以共有 22N 個微觀態 (microstates)。 (one mole of ice water has two mole (2N) of H atoms, and each H atom may have two optional directions, therefore it may have total of 22N

microstates)

然而並不是所有的微觀態都滿足化學條件，假設每個 OH4 旁的氫原子是獨立的，則某個

氧原子旁的四個氫原子可分為下列五種情形：(However, not every microstate is satisfied, they can be divided into the following situations, and each may have its own microstates as followings:)

滿足化學條件的比例是 (only the following ratio is satisfied)

6 16

所以所有的微觀態為 (therefore all the satisfied microstates is)   6 16       N 22N  3 2       N (4%) 絕對零度的熵為 (the entropy at absolute zero is) S k ln  k ln 3

2       N  Rln3 2 (4%)

27

編號：

4. 已知 Li2+是類氫原子,其原子光譜中來曼系列的第一條(波長最長的躍遷譜線的波數是

740747 cm-1,(a)試計算其雷得堡常數(Rydberg constant)(RLi2+)為多少?(5%) (b)試估算其巴

耳曼系列(Balmer series)的第一條譜線(最長波長)的波數為若干? (5%) (c)試估算該離子的 游離能為若干(cm-1)? (5 分)

答：

(a)來曼系列(Lyman series) n1=1  1 ,.. 4 , 3 , 2 ), 1 1 ( ₂ 2      n v n R v _Li 1 1 987663 ), 4 1 1 ( 740747 2 2   _{   }   R cm R cm _{Li Li} (5%) (b)巴耳曼系列(Balmer series) n1=2,  1 ,.. 4 , 3 ), 1 4 1 ( ₂ 2      n v n R v _Li 1 137175 ), 9 1 4 1 ( 987663     v cm v (5%) (c) 游離能(ionization energy) 1 2), 987663 1 1 ( 2 2          n v R  cm n R v _{Li Li} (5%)

5. 利用 Hückel 近似法來預測丙烯自由基(C3H5·) (a) π-電子在基態的能量(以 α and β 為表示

單位), (8 分) (b)將該分子的π-電子從基態打到第一激發態所需的能量為若干? (以 α and β 為表示單位) (4 分)

答：

CH2=CH-CH2· 0 1 0 1 1 0 1  x x x , x0, 2   E x  ,   E or E  2, or E 2

(a) ground state Pi energy, E2( 2)1 3 2 2 (8%)

(b) the HOMO-LUMO gap is E  2 (4%)

6. 試以分子軌域理論將 NO, NO+, and NO-,依穩定度由大到小的順序排列。(6 分)

28

分析試題 (100 分) 編號：

注意！！

必須在各題題號後作答

題組八：化學分離 (共 30 分)

5-氟化苯及苯的層析圖如下：未滯留物種的沖提時間為 1.06min，開放管柱的長度為 30m，內 徑為0.530mm，管徑內靜相的厚度為 3.0μm 1. 試求出兩個化合物的容積因子(capacity factor, k) (5 分)

答：

I-1.C6HF5: (12.98-1.06)/1.06=11.25 C6H6: (13.20-1.06)/1.06=11.45 2. 試求出選擇因子(selectivity factor, α) (5 分)

答：

I-2. α=11.45/11.25=1.018

29

編號：

3. 如果兩物質的半波寬(W1/2)為 5-氟化苯(0.124min)與苯(0.121min)，計算這兩個化合物的理論 板高(5 分)

答：

C6HF5: N=5.55x(12.98)2/(0.124)2=6.08x104 ; H=L/N= 30m/6.08x104 = 0.493mm C6H6: N=5.55x(13.20)2/(0.121)2=6.6x104 ; H=L/N= 30m/6.6x104 = 0.455mm 4. 量測圖中的峯底部寬度(W)，計算這兩個化合物之理論板數(5 分)

答：

W(C6HF5)=0.22 ; W(C6H6)=0.239 C6HF5: N=16x(12.98)2/(0.220)2=5.57x104 ; C6H6: N=16x(13.20)2/(0.239)2=4.88x104 ; 5.根據 I-4 的答案，求解此二者之間的解析度(5 分)

答：

Resolution = (13.2-12.98)/0.229=0.96

30

題組九 : 環境議題 (共 25 分) 編號：

1. 課堂上介紹過"持久性有機污染物(POPs)"，皆是有機氯化合物，請列出其四個顯著的特性。

答：

1. 在環境中穩定不易分解 2. 水溶性低 3. 易溶於碳氫化合物的環境, 如活體的脂肪 4. 對蟲類有高毒性，對人類為低毒性 2. 請將 2.0 mg/L 以 "parts-per" 表示: ___2.0 ppm _______________ (如 ppm, ppb or ppt).

3. 克大法 (Kjeldahl nitrogen analysis)常用來檢測樣品中氮含量，也用來檢測奶製品中蛋白質 含量，請以化學反應式說明此檢測方法的原理。

答：

1. 消化 C, H, N → NH4+ + CO2 + H2O (in Boiling H2SO4) 2.中和 NH4+: NH4+ + OH– → NH3(g) + H2O 3. 蒸餾進入鹽酸 NH3 + H+ → NH4+ 4. 逆滴定過剩鹽酸 NH3: H+ + OH– → H2O 4. 若有一氨基酸溶液，以克大法檢測出其中含有一莫耳的氮含量，若黑心商人又添加了一莫 耳的三聚氰胺於其中，請問理論上氮含量會增加幾倍?

答：

6 倍

31

題組十 : 光譜原理

(共 25 分) 編號：

1.  解釋或定義下列光譜測定原理: (9 分)  A. 化學發光 chemiluminescence   

答：

化學反應發生時產生激態分子，藉由放光形式降回基態。  B. 比爾定律 Beer‐Lambert’s Law (in molarity)  C. 斯托克飄移 stokes shift      D. 比爾定律 Beer‐Lambert’s Law (in molarity) 

答：

A=bc  A:  吸收度(無單位)  :  消光係數，單位  L mol‐1  cm‐1  B:  光徑長度，公分  C:  濃度  (M)  E. 斯托克飄移 stokes shift   

答：

stokes shift  係指入射激發光與放出光波的波長不同，偏移後的螢光波長會較入射光有更 長的波長。  2. 請描述電磁波光譜的各波長區段，並說明各區段所對應的量子變化  (quantum change)與所 屬光譜類型(type of spectroscopy)。(16 分) 

答：

32

題組十一 : 電化學

(共 20 分) 編號：

1. 請使用下列特殊原料製造電池: 銦Indium 以及 釔Yttrium.

Yttrium Y+3(aq) + 3e-  Y(s) Eo = -2.38 V

Indium In+3(aq) + 2e-  In+(aq) Eo = -0.444 V

以標準電池表示法，標示出正極、負極、陽極、陰極、電流、氧化半反應與還原半反應的所在 位置。最後，請寫出淨反應、預期電壓並完成電池的表示式(line diagram).

答：

電流由右向左 右邊: 正極 陰極 還原反應 銦In的半反應 使用Pt為電極，因為物種皆為離子 左邊 負極 陽極 氧化反應 釔Y的半反應 電極為金屬 Y Y+3 在溶液中 Line diagram: Y|Y+3||In+, In+3|Pt Net reaction:

3In+3(aq) + 2Y(s)  3In+(aq) + 2Y+3(aq)