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2011 年第八屆國際國中科學奧林匹亞競賽--理論試題

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(1)

2011 年第八屆國際國中科學奧林匹亞競賽

一一理論試題

國立臺灣師範大學

科學教育中心

第一部分:生物

問題 1 在醫學技術方面的進步,已經使醫生得以在嬰兒出生之前確定是否有異常的染色體。 其 中一種技術的例子是羊膜穿刺法,如圍 1 '此技術通常是在懷孕的第 18 週期間進行。檢 視下圖 I '並回答下列問題。 含有化學物質和胎兒細胞 J倉 Jt- :4 <ilt1i 茅盾 圖 l (a) 配合圖 I , A 、 B 和 C 的構造或部位 (X 欄) ,從 Y 欄中各選出一個正確的選項,將 號碼填在答案紙上。 X 欄 Y 欄

A.

可作為減震器的液體。

II.

內含紅血球以攜帶氧氣的清體。

B.

III. 代表人體懷孕時,胚胎發育 3-9 個月的構造。

(2)

c.

IV. 代表人體懷孕時,胚胎發育 1-2 個月的構造。

V.

在生產/分挽的第一階段期間,會擴張的構造。 V I.發生授精作用的場所 VII 在月經期間會被排除掉的構造。 VIII. 子宮肌層(肌肉質的壁)。 (l .5 分) (b) 指出下列所述為正確或錯誤,在答案紙的適當空格內打鉤(-1")。 正確 錯誤

(i)

...羊水內將不會含有細胞。 (0.25 分)

(ii)

...傷害胎兒的可能性增加。 (0.25 分) (0.5 分) (c) 檢視下列染色體圖(圖2)

Jr

JX

H~

n·x

~~

2

3

4

5

~H

HH

HH

~n

nx

xx

6

7

8

·9

10

11

12

nn

J(

K

~n

Ix

)(X

/(J

l0e

1c

t

13

14

15·

16

17

18

19

20

""I'

~X

自給

21

22

性染色質量

國 2

(i)

圖 2 的染色體圈可檢驗出某遺傳疾病,其相關症狀請在答案紙上圈出正確的英 文字母。 (0.5 分)

A.

第 8 號凝集因于缺乏或量不足。

8.

肌肉不發達,智力不足,而且身材矮小。

C

肺臟襄有粘液阻斷空氣通道。

(3)

科學教育月刊 第 356 期 中華民國 102 年 3 月

(i

i) 圖 2 的染色體聞所顯示的遺傳疾病是一種體染色體 (autosomal) 的病。這個敘述 正確或錯誤,在答案紙適當的空格內打鉤(./)0 (0.25 分)

(i i

i) 在你的答案紙上圈出正確的英文字母,以使整個句子有完整敘述。圖 2 為某小 孩的染色體圖,其性別是 。 (0.5 分) (d) 很多激素在懷孕期間具有至關重要的作用。 M 催產素 (Oxytocin) .泌乳激素 (Prolactin)

。雌性素 (Oestrogen)

P. 黃體素 (Progesterone) 在答案紙中最適當的格子襄打鉤(./) ,以使整個句子有完整敘述。

M

N

O

P

I、

(i)

由腦下垂體大分泌,以參與生小孩(分挽)的激素是... s‘、

(i

.I)、‘a 由胎盤大量分泌,以幫助維持子宮內膜的激素是...

(0.5x2=

I 分) 問題 2

:

下圖為動物形成合氮代謝廢物的流程圖,研究下圖並回答問題。

同丌

亞 |JEbk|

<:

A

I

A

箭號 A 代表對於排泄過程,水的需要量減少。

B.

箭號 A 代表對於含氮廢物的形成,能量的需要量減少。

C.

箭號 A 代表對於排泄過程,水的需要量增加。

D.

箭號 A 代表對於含氮廢物的形成,能量的需要量增加。

(4)

選擇兩個正確的敘述,並將正確的字母 (A 、 B 、 C 、 D)填寫於答案紙上。 (0.75 分 x

2

= 1. 5 分) 問題 3: 光合作用 下圖為環境因子影響光合作用速率的統計間,研究並回答下列問題。 (d)

仔細嗯啾自己騙川

(c

叫叫採騙

1000

光照強度

空氣中的二氧1tij炭含&Ppm

圖 33. 圖 3b. 指出下列敘述正確或錯誤,在答案紙的適當空格內打鉤(v")。 正確 錯誤 A. 圖 3a 的 (c)點之後進一步增加光強度,明顯增加光合作用的速率。 (0.25 分) B. 圖 3a 的 (c)點之後,光強度成為光合作用速率的限制因子。(0.25 分) c. 在兩個圓的(a)點上,植物只有在呼吸而沒有行光合作用。(0.25 分) D. 於固 3b 的 (d)點,植物的氧氣產生已經達到最高速率,而且光合作 用速率仍然維持一個穩定的程度。(0.25 分)

問題 4: 再生能源、:生質燃料的製造

能源作物,例如小麥,玉米,油菜種子,甜菜,牧草和柳樹,因為它們真有替代化石燃 料 (fossil fu 巴 I)成為燃料資源(fuel source)的潛力,而正被研究中。這些農作物的栽培成本 低,能量產值高,故可被利用以製成各種不同的生質燃料,例如沼氣(biogas) 、生質柴油

(5)

科學教育月刊 第 356 期 中華民國 102 年 3 月 (biodiesel)和酒精。下表(表) )顯示不同能源作物所製成的各種生質燃料的產量比較之數 據。 表 l 能量總產量(百萬焦耳/公頃年) 用於製造與轉換所消耗的能量 作物種類 (百萬焦耳/公頃/年)

l 酒精 I I.沼氣 Ill.生質柴油 I 酒精 I I.沼氣 III 生質柴油

A. 小麥

65

85

40

30

B. 甜菜

115

130

60

65

10

C 油菜種子

30

10

D. 牧草

75

25

E 玉米

125

35

F. 柳樹

65

30

重要&fj: Boη;esson

and

Mattiasson ρ 00 η

(a) 分別計算以 A ,

B

,

D

,

E 作物製成的沼氣,其能量的淨產量(百萬焦耳/公頃/年)。 寫出你所有計算的過程。 (0.25X 4=1 分) (b) 寫出可製成具有最高能量淨產量的沼氣之農作物的英文字白。 (0.25 分) (c) 從非沼氣的生質燃料中,寫出真有最高能量淨產量的農作物之英文字母。 (0.5 分) (d) 替代他石燃料的生質燃料將具有潛力減低溫室氣體的排放。圖 4 顯示他石燃料及生 質能源釋放二氧化碳 (C0

2

) 量的平均值。 m864PJ4P 句。可叩

萃的裝時眼觀個\毯已騙川做

岡山

質油

生柴

,由 h-、 山前 J V田

,一~九

他石燃料與生質能源

(Iff&

fj:

Borjesson

&

Mattiasson ρ 00 η 國 4 、化石燃料與生質能源的製造輿燃燒所產生的二氧化碳平均淨產量。

(6)

參考圍 4 回答下列各題。

(i)

假如柴油被生質柴油所取代,估計二氧化碳的排放量會減低多少百分比?寫出你 的計算過程。(1分) (ii) 那一種生質能源對於降低二氧化碳的釋放,效率最佳?在最適當的格子真打鉤(

.r)

|

生質無油

|

沼氣

|

酒精

|

甲醇

(0.5 分)

第二部分:化學

酸在我們的生活中佔重要的部分,它們使甘貝熊 (Gummy Bears) 具有酸味,造成酸雨腐蝕 重要的雕像和損壞歷史建藥。最近有名的例子是三千萬美元的自由女神像 (Statue

of

Liberty) 修護計畫。酸也讓許多詹姆斯龐德(James Bond) 電影出名,因他帶有一支充 滿酸的金筆,當龐德被抓監禁時,他從他的筆中倒出一些酸到監牢的鐵杆上,酸將金屬 溶解而龐德得以逃出。 問題 1 1. 1 氯化氫可以方便地用濃H2S04 與 NaCI 固體反應製得。寫出此反應的平衡反應式。 (0.5 分) 1. 2 配合表 l 中的敘述,從表 2 中找出相當的合理說明之字母。(0.25 分) 表 l NaCI 在室溫時是固體,在804°C 時融解(熔化)(melt) 。 表 2 對於 NaCI 的理由

A

Na+和 CI-的共價吸引導致鹽分子內兩離子之間的吸引力

B

Na+和 CI- 的靜電吸引導致鹽分子內兩離子之間的吸引力

C

Na+和 CI- 的靜電吸引導致鹽分子問兩離子之間的吸引力

D

電中性的鹽導致 Na 原子和 CI 原子的共價吸引

(7)

科學教育月刊 第 356 期 中華民國 102 年 3 月

1.

3

(i)

氯和戴在週期表中是同一族的元素。當它們的氫化合物溶解在水中,一個被認 為是強酸,而另一個被認為是弱酸。寫出此弱酸和強酸的化學式並分別指明它 們是弱酸或強酸。 (0.25 分)

(ii) 指明下列的每一敘述是對的或是錯的o

1.氣的氫化合物之鍵解離能 (bond

dissociation

energy) 比氯的高。 2. 氯的電負度(e1ectronegativity)比氣高。

3. 氣的氫化合物之分子間作用力比氯的氫化合物高。 4. 氣的氫他合物之沸點比氯的氫{七合物高。

5. 氣的氫他合物在液態和氣態、都有氫鍵結合0( 1. 25 分)

1. 4 在南非,氫氣酸是從含磷酸鹽的岩石,特別是氣磷灰石(fluoroapatite) ,採用濕式法

(wet

process) 製造磷酸時產生的副產物。揮發性副產物氧化氫(hydrogen

fluoride)

,

用下列未平衡的反應製成用於淨化水的有用物質:

Si02(s) + HF

A(g) + S

(l)

寫出 A 和 B 的他學式和平衡的化學反應式。(0.75 分) 1. 5 指出下列各個混合的溶液是否為緩衝溶液(buffers)0 (0.5 分) 混合的溶液 ~三3 否

A

HC1+H 2S0

4

B

HF + H20

C

HF + NaF

D

HF+ 過量 NaOH

E

HC1

+過量 NaOH

1. 6 在 25°C 時,一滴的純水 (0.050 cm

3

) 含有少個多個 H+ ?寫出全部的計算過程。(水的

密度=

1.0

g

cm-

3 ) 問題 2 人造的各種無機汙染物會在大氣中反應、產生酸性物質。一種大家熟知的例子是燃燒碳氫 化合物燃料會釋放出硫的氧化物。這些硫的氧化物之另一來源是工業上用接觸法 (Contact Process) 製造硫酸。 接觸法的第 2 個製造步驟是下列反應:

2S0

z(

g) + 02(g)

~

2S0

3

(g)

~H

= .

197 kJ mor

l 2.1 對於 (i)-(iii) ,選出完成題目句子的正確敘述 O

(8)

(0.25 分)

(i)

依據勒沙特列(la Chatelier)原理,有利於正反應的條件為

(A) 低溫和高壓 (B) 低溫和低壓 (c)高溫和高壓 (0) 高溫和低壓

(

ii) 在真實的情況中,此條件不能實際應用的理由是: (0.5 分) (A) 在低溫反應會變慢,等待真正平衡的達成是不經濟的。在高壓有不要的副 反應 (side reaction)發生。 (B) 在高溫時反應太快以致難控制產物的生成。在低壓有不要的副反應發生。 (C) 在低溫反應會變慢,等待真正平衡的達成是不經濟的。在高壓時,要建造 能耐此高壓的{七學工廠花費太高。 (0) 在高溫時反應太快以致難控制產物的生成。在高壓時,要建造能耐此高壓 的他學工廠花費太高。

(

iii) 在 (ii) 中所敘述的問題可用下列哪種方法來克服: (0.25 分) (A) 用強的奈米材料來建造反應容器。 (B) 反應在惰性氣體 (inert atmosphere) 中進行。 (C) 用超臨界流體來代替氣體反應物。 (0) 催化轉化 (catalytic conversion) 。

2.2 計算在 25 DC 時濃度為 0.25

mol dm-

3

H

2

S0

4

(aq)溶液的 pH 值。假設完全解離。 (0.5

分) 2.3 將 75.0 em3 10.Omoldm-3 H

2

S0

4

溶液稀釋成 1. 75

moldm-

3 H

2

S0

4

溶液,最後的體 積將為多少?寫出所有的計算步驟。

(0.5 分)

2 .4完成滴定 10.0 err戶的 0.138

mol dm-

3

H

2

S0

4

試樣至終點

(end

point)

,需要 O.IOlmol

dm-

3 NaOH 溶液多少 em3 ?寫出所有的計算步驟。 (0.75 分)

2.5 電解稀 H

2

S04 溶液時,各個電極上發生的反應式為何? (1. 0 分)

2.6 一個體積為 500 dm

3

S02 從位在南非 KwaZulu-Natal

Richards

Bay 市的工廠釋放。

假設在釋放時,在海平面的壓力為 1.20

atm

'溫度為 3 1. 2

DC

0 假如此氣體裝在氣球 中上升至中氧層 (mesosphere) 時,其高度為 5 1. 2

km

'溫度為 -8 1. 2

DC

' 而壓力為海

平面壓力的 0.0122

%

'計算此時這氣體試樣的密度。(1. 75 分)

第三部分:物理

問題 1

(9)

科學教育月刊 第 356 期 中華民國 102 年 3 月 一座光橋上架設了下列元件: ﹒一個燈泡,其燈絲當作成像的物。 .一個色白屏幕,其基座可移動。 ﹒一個匯聚透鏡,焦距為 10

em

'架在可移動的基座上。

r

UI

1-1 遠鏡與燈泡距離固定為 12

em

'調整屏幕直到燈絲清晰成像於屏幕。 回答下列各題,並在答案紙上適當的空格畫叉 (X)

:

(i)

下列哪些項目可用於描述燈絲的成像性質?(0.5 分)

i

實像

l

虛像

|

放大

i

縮小

|

(i i) 如果遠鏡的上半部份被黑紙遮住,燈絲的成像會有什麼變化? (0.5 分) 無法成像 只能看見燈絲 只能看見燈絲 仍可看見燈絲 成像下半部分 成像上半部分 成像全部 (iii) 將透鏡從基座移除。燈絲的成像會有什麼變化? (0.5 分) 無法成像 可看見較大的 可看見燈絲的 可見燈絲的 燈絲成像 直立成像 較暗成像 1-2 移除原來的匯聚透鏡,換上另一個未知焦距的匯聚透鏡。調整透鏡與屏幕位置,直 到燈絲清晰成像於屏幕。此時還鏡與屏幕距離為 30

em

。一個發散透鏡放置於匯聚 透鏡的右方 16 em 處。之後必需將屏幕再向右移動 20 em 才能夠使燈絲清晰成像於 屏幕。 計算發散遠鏡的焦距。 (2 分) 問題 2 2-1 摩天輪上一個質量為 50 峙的乘客沿著一個半徑為 35 m 的鉛垂大圓運行。摩天輪 以 50 s 一園等速率旋轉。當座椅轉到大圓底部之時,計算座椅對乘客作用力的量 值。假設重力加速度為 9.8

m

S·2 0 (1. 5 分)

(10)

2-2 附圓顯示質量為 m 的小木塊,以長度為 L

1

的細線連接於一固定軸。木塊在無摩擦 桌面上繞水平圓周等速運行。另一相同質量為 m 的小木塊,以長度為 L] 的細線連 接於第一個木塊,也繞圓周等速運行,如圖所示。

'"

4峙

,

..,.

,.

"

/

1

',

',‘、 、h

-

.回﹒

--

--~

...

....

-

'"

如果旋轉週期為 T , 導出細線 L

1

之張力 F

T1

的表達式,並以所給參數表示。 (2 分) 問題 3 在一個加速器中,質子束的電流為 600μA ,其中每個質子的動能為 9.6 X

10-

13

J

。質子

束截面的半徑為 1.50

111m

0 質子的質量為1.67

X

10-

27 旬,電量為

1. 6

X

10-

19

C

3-1 計算質子的速率。 3-2 計算質子束中單位體積之內的質子數。

(

I 分) (2 分)

參考文獻

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