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。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。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。平
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。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 (C02
) 量的平均值。 m864PJ4P 句。可叩萃的裝時眼觀個\毯已騙川做
醇
甲
精
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。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 (Statueof
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(hydrogenfluoride)
,
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
4B
HF + H20
C
HF + NaF
D
HF+ 過量 NaOHE
HC1
+過量 NaOH1. 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(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-
3H
2S0
4(aq)溶液的 pH 值。假設完全解離。 (0.5
分) 2.3 將 75.0 em3的 10.Omoldm-3 H2
S04
溶液稀釋成 1. 75moldm-
3 H2
S04
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-
3H
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的
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. 2DC
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. 2km
'溫度為 -8 1. 2DC
' 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
八
UI
凸
1-1 遠鏡與燈泡距離固定為 12em
'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 30em
。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 9.8m
S·2 0 (1. 5 分)2-2 附圓顯示質量為 m 的小木塊,以長度為 L