第四十屆國際化學奧林匹亞競賽選訓營初選試題(含解答)

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姓名︰編號:

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IChO 2008)國際化學學奧林匹亞競賽

國家代表隊選訓營․初選筆試

試題題本

97 年 1 月 5 日（星期六） 14:00~16:00

考試時間︰120 分鐘

成績滿分︰180 分

注意事項

z 學生證(或身分證)請置於桌面右上角備查。考生不得帶電子計算機與手機。 z 試題共分為單選題(答錯倒扣 1 分)、多選題(作答不完整或部分答錯均不予計分)、填空題, 分佈在連同本頁共 7 頁(1-7) A-4 紙。請詳細檢查試題題本，如有缺頁或印刷不清者，請舉手由監試委員更換題本。 z 作答必須在 A-4 答案紙上所標明題號處作答，其它地方不予計分。 z 試題題本首頁請寫上編號與姓名，但本試題答案紙的每一頁，都要寫上編號與姓名，考試完畢，連同試題需一起繳交監試委員，不得攜帶出試場外。 z 呼叫器、行動電話、計時器必須關機。 z 作答時請用藍、黑色原子筆，可使用立可白塗改，如修改不清楚不予計分。 z 考生不得再 14 時 20 分以後進入試場。14 時 40 分以後才可以交卷。 z 考試時間共計 120 分鐘。主辦單位：教育部執行單位：國立高雄師範大學 (初選決選階段)

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一、單選題（每題答對得 3 分，答錯倒扣 1 分，共 60 分）

1. 在 STP(0oC, 1atm)條件下,下列物質何者為氣體?

(A) NI3； (B) BF3；(C) PCl3； (D) Li2O； (E) CH3COOH。

2. 下列有關氫氣(H2)和氮氣(N2)在溫度 300K 的條件下,其分子的平均動能和平均速率之比較,何者正確? 平均動能平均速率 (A) H2 = N2; H2 = N2 (B) H2 = N2; H2 > N2 (C) H2 = N2; H2 < N2 (D) H2 > N2; H2 = N2 (E) H2 < N2; H2 = N2 3. 某一過渡金屬錯化合物其結構為 MX42+，如果金屬中心為d8電子組態，則此錯化合物結構為： (A) 八面體；(B) 四方角錐；(C) 四面體；(D) 雙三角錐；(E) 平面四邊形。 4. 考慮下列八面體結構，圖中 1,2-乙二胺(ethylene diamine)為一雙牙基團，X 與 Y 為一單一基團，請問下列何者互為光學異構物？ (A)1 與 2； (B) 1 與 3； (C) 1 與 4； (D) 3 與 4； (E) 以上皆非。 5. 蔗糖水解是一級反應，不同時間的蔗糖濃度如下表：(提示：ln 2 = 0.693) 時間(小時) [蔗糖], 莫耳/升 0.0 0.50 0.5 0.45 1.0 0.40 1.5 0.36 3.0 0.25 則此反應的速率常數(小時-1)是： (A) 1.5； (B) 3.0； (C) 0.5； (D) 0.23；(E) 以上皆非。 6. 下述水溶液的混合，何者最適合作為緩衝溶液？ (A) 等體積之 1.0 M 醋酸水溶液和 0.005 M 醋酸鈉水溶液。 (B) 等體積之 0.5 M 醋酸水溶液和 0.5 M 氫氧化鈉水溶液。 (C) 等體積之 0.1 M 醋酸水溶液和 0.05 M 氫氧化鈉水溶液。 (D) 等體積之 0.1 M 醋酸鈉水溶液和 0.1 M 氫氧化鈉水溶液。 (E) 等體積之 0.005 M 醋酸水溶液和 1.0 M 醋酸鈉水溶液。 7. 矽為太陽能電池之重要元素，下述那一種元素加入矽晶後中後可製成 N-type 層？ (A) 鋁； (B) 磷；(C) 硼； (D) 鎳； (E) 銅。

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8. 下列配製溶液的操作會引起所謂濃度偏高的是: (A) 用 1 Kg 98%的濃 H2SO4加入4 Kg 水中配製 1:4 的稀 H2SO4。 (B) 在 80 mL 水中，加入 18.4 mol/L H2SO4溶液20 mL，配製 3.68 mol/L 稀 H2SO4。 (C) 在 100 mL 無水乙醇中加入 2 g 甲醛配製 2%的甲醛酒精溶液。 (D) 量取一定濃度的 NaOH 溶液加入量液瓶，最後加水至量液瓶稀釋到標線，塞好塞子搖動倒轉均勻後，發現液面低於標線。 (E) 以上皆非。 9. 最近，國際上提出的”綠色化學”是指化學工業生產中的 (A) 對廢氣、廢水、廢渣進行嚴格處理。 (B) 在化工廠種草種樹，使其成為花園式工廠。 (C) 在化工生產中，不使用任何化學物質。 (D) 在化學生產中少用或不用有害無質以減少或不排廢有害物質。 (E) 以上皆非。 10. 一克鎂粉在氧氣中燃燒時，增重0.64 克，而在空氣中燃燒時，增重卻不足 0.64 克，其原因是何？ (A) 鎂粉在空氣中沒有燃燒完全。 (B) 燃燒生成的氧化鎂沒有全部稱量。 (C) 鎂在空氣中燃燒時有副產物生成。 (D) 鎂在空氣中燃燒時部份與二氧化碳反應。 (E) 以上皆非。 11. 在室溫下，將 SO2氣體緩慢通入飽和的H2S 溶液，溶液中的 pH 值随通入的 SO2 體積而變化，下列圖示中何者可表示 SO2 體積與 pH 值的關係？(Volume of SO2: SO2的體積) (E) 以上皆非。

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12. 指出化合物 X 何者符合可進行下列方程式且僅得到單一的 E2 產物？ CH₃ONa CH3OH Compound X (A) 2-溴基-2,4-二甲基戊烷；(B)3-溴基-2,4-二甲基戊烷；(C)2,3-二溴基 -2,4-二甲基戊烷；(D)1-溴基-2,4-二甲基戊烷；(E) 4-溴基-2,4-二甲基戊烷。 13. 下面哪一化合物不被認為是一親電性有機分子？ (A)H+； (B) BF； (C) +NO2； (D) Fe 3+ ； (E) CH2=CH2 14. 下列化合物何者進行水解速率最快? CH3COCH3 O CH3CN(CH3)2 CH3COCCH3 O O O CH3COH O (E) CH3CN (A) (B) (C) (D) 15. TMS 是檢測1H NMR 圖譜化學位移常用的參考試劑，TMS 的化學結構為? (A) (CH3CH2)S；(B) (CH3)2S；(C) CH3CN；(D) (CH3)4Si；(E) CHCl3。 16. 為了確定一個反應 A → B 是一級反應，以 t 代表時間，則下列何種圖形必須是一絛直線？

(A) [A]對 1/t； (B) 1/[A]對 t；(C) ln[A]對 t； (D) ln[A]對 1/t； (E) 以上皆非。

17. 反應甲從溫度 T1增加至溫度T2 , 反應速率常數增加為 2 倍, 反應乙從溫度 T1增加至溫度T2, 反應速率常數增加為 4 倍, 此二反應之活化能分別為 a 和 b, 請問: a 和 b 的關係最接近下列何者? ( 提示: k = A exp { - E / ( R T ) } , 其中k 為反應速率常數, A 為指數前因子(視為常數且假設此二反應之 A 相等), E 為活化能(視為常數), R 為氣體常數( R = 8.314 J K-1 mol-1 ) ) , T 為絕對溫度。)

(A) b = 2a； (B) b = 1.5 a；(C) a = b；(D) a = 1.5 b；(E) a = 2b。 18. 下列分子那一個不具有偶極矩：

(A) NF3；(B) ClF3； (C) SO3； (D) XeO3；(E) 以上皆非。

19. 下列那一個不是直線形：(A) CO2；(B) N2O；(C) N3-；(D) O3；(E) 以上皆非。

20. 依據價電理論，在[Ni(CN)4]2- 錯化合物中，其金屬中心混成軌域為：

(A) sp3； (B) dsp2；(C) d2sp；(D) d2sp3；(E) 以上皆非。

二、多選題（每題 5 分，全部答對才計分，不倒扣，共 50 分） 1. 下列物質何者與酸雨的形成有直接關聯?

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2. 任何一化學反應到達平衡時，則：(A) 正反應的速率等於逆反應的速率； (B) 生成物的濃度等於反應物的濃度；(C) 生成物與反應物的濃度不再變化； (D) 所有的反應皆停止；(E) 正反應的速率停止。 3. 下列何者對分子結構的描述是正確的？ (A) I3-是線型結構； (B) [PtCl4]2- 是四面體結構； (C) I3+是彎曲型結構；(D) 氣態 BeF2是彎曲型結構； (E) H3+ 是線型結構。 4. pKa 與 pH 常用於表示酸鹼特性，有關兩者之操作型關係，下列之敘述那些是正確的？(A) 兩者均為對數值； (B) 其值小於 7 為酸，大於 7 為鹼的敘述，在兩者是對的；(C)當 pH = pKa 時，所敘述之化合物平均所帶電荷為 0.5； (D)當 pH = pKa 時，所敘述之化合物有 50%解離，50%未解離； (E)對於一弱酸，當 pH = pKa + 1 時，此弱酸化合物有 10%解離，90%未解離。 5. 未來用鐵酸鈉 (Na2FeO4) 對河湖的淡水消毒可能是城市飲用水處理的一種新技術，下列對Na2FeO4可用於飲用水消毒處理的理由正確的是：

(A) Na2FeO4在溶液中是強酸性，能消毒殺菌； (B) 在 Na2FeO4中Fe 為+6

價，具有強氧化性，能消毒殺菌； (C) Na2FeO4 的還原產物 Fe3+水解為 Fe(OH)3膠體，可使水中懸浮物凝聚沉降； (D) Na2FeO4的還原產物Fe2+水解為Fe(OH)2膠體，可使水中懸浮物凝聚沉降； (E) 以上皆是。 6. 實驗室製備氣体，所使用氣体發生裝置可以為相同的是：(A) H2, O2； (B) CH4, NH3； (C) Cl2, HCl； (D) C2H4, C2H2； (E) 以上皆不相同。 7. 下列反應何者包含碳陽離子的中間產物？ (A) 親核基加成反應； (B)經由重排生成更穩定的碳陽離子； (C) 經由質子加成反應生成烷類化合物； (D) 經由脫去質子反應生成烷類化合物； (E)第三丁基醇與氯化氫的取代反應。 8. 下列何者反應是製備胺類(amines)有效的方法? NO₂ 1. Sn, HCl 2. HO -CH3CH2CN HCl, H₂O Δ CH₃CH₂CH₂Br 1. NaN₃ 2. H2/Pt/C C O NH₂ 1. LiAlH₄ 2. H2O (E) O + HN(CH₃)₂ NaB(CN)H₃ (A) (B) (C) (D)

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9. 選出錯誤的敘述： (A) 某一個溫度的容器內的所有氣體分子具有相同動能；

(B) 化學反應進行時其反應速率及反應速率常數均固定不變； (C) 放熱反應

的速率比吸熱反應快； (D) 即使反應物碰撞能量超過活化能也不一定會變成

產物； (E) 催化劑不會改變化學反應的反應熱。

10. 下列氧化數何者是正確：(A) K3CoF6中Co 為+4； (B) KMnO4中Mn 為+7；

(C) VO2+中V 為+6；(D) SbO(OH)中 Sb 為+3； (E) WO42+中W 為+6。 三、填充題（每格 7 分，共 70 分） 1. 在原子系統中,主量子數 n = 3 的能階可填入之電子數最多有 (A) 個。 2. 水在 25℃時，其蒸氣壓為 23.76 torr。如果將 25.0 g 的未知物加入 200.0 g 的水中，其蒸氣壓變為23.42 torr。假設此未知物為非揮發性化合物，則其分子量為 (B) 。 3. 在甲苯溶液中且加熱下，化合物 I 與過量的 PPh3反應，可首先產生化合物Ⅱ，然後再產生化合物Ⅲ，依據下列NMR 數據，化合物Ⅱ的立體結構式為 (C) ，化合物Ⅲ的立體結構式為 (D) 。 I Ⅱ Ⅲ 1 H: 4.83 (單峰) 7.62, 7.41 (多重峰, 15H) 7.70, 7.32 (多重峰, 15H) 4.19 (多重峰, 4H) 3.39 (單峰, 2H) 13 C: 224.31 231.02 237.19 187.21 194.98 201.85 185.39 189.92 193.83 184.01 188.98 127.75-134.08 (數個吸收峰) 73.33 129.03-134.71 (數個吸收峰) 68.80 72.26

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4. 化合物 A 的最簡單式為 XY3，其中X 的質量百分含量為 80%。以 X，Y 兩種

元素組成的化合物B 中 X 的質量百分比約為 88.24%，化合物 B 的最簡式為

(E) 。

5. 在綠色化學的推動，重視化學反應之原子效率(Atom efficiency)，原子效率以反應目標產物之原子質量(mass of atoms)除以反應物之原子質量來評估。甲基第三丁基醚(methyl tert-butyl ether, MTBE)為無鉛汽油填加劑，由異丁烯 (isobutylene)與甲醇在固態酸為摧化劑進行加成反應而得，其化學反應方程式為C4H8 + CH3OH → (C4H9)-O-CH3，此反應之原子效率為 (F) %。(C = 12； O = 16；H = 1) 6. 化合物 1,6-二甲基環己烯的結構式為 (G) 。 7. 一 0.1 m 單質子弱酸水溶液，其凝固點為 -0.197℃，則其解離度 (H) %(取一位有效數字)；假設濃度 0.1 m = 0.1 M，此弱酸的酸解離常數為 (I) (取三位有效數字)。(水的凝固點為 0.000℃；Tf = 1.86) 8. 在同時存在 0.1 M 的 Ni2+和0.1 M 的 Co2+的酸性水溶液中逐漸加入NaOH。當 Ni2+離子沉澱到達該離子在水溶液中的濃度為原先濃度的1/1000 時，Co2+離子在水溶液中的濃度為 (J) M。([Ni2+_][OH-_]2 _{= K} sp = 6 x 10-16；[Co2+][OH-]2 = Ksp = 1.3 x 10-15)