3.1-1 分子式與實驗式
例題1 ―日大― 下圖是分析碳氫化合物組成的裝置。將試樣置於純氧中燃燒後,產生水蒸氣及二氧化碳,使之通過 甲、乙兩 U 型管。下列關於甲管的敘述,何者正確? (A)甲管裝氫氧化鈉,以吸收產生的水蒸氣 (B)甲管裝氫氧化鈉,以吸收產生的二氧化碳 (C)甲管裝過氯酸鎂,以吸收產生的水蒸氣 (D)甲管裝過氯酸鎂,以吸收產生的二氧化碳。 答案:(C) 解析:氫氧化鈉可吸收 CO2 及 H2O,過氯酸鎂僅可吸收 H2O,故產物之混合氣體必須先通過水蒸 氣吸收管,再通過二氧化碳吸收管,才能分別測出 H2O 及 CO2 的重量。 故甲管裝過氯酸鎂以吸收產生的水蒸氣,乙管裝氫氧化鈉以吸收產生的二氧化碳,兩管的順 序不可更換! 例題2 ―日大― 某有機化合物 6.51 毫克完全燃燒後,得到 20.47 毫克二氧化碳及 8.36 毫克水。則此有機化合物最 可能是下列何物質? (A) C6H14 (B) C6H12O6 (C) C4H10O4 (D) C5H10。 答案:(D) 解析:該有機化合物中的 C 重=20.47 × 12 12+16×2=5.58, H 重=8.36 × 1×2 1×2+16=0.93 ∵6.51-5.58-0.93=0 ∴該有機化合物只含有 C、H 兩種元素 該有機化合物的 C 原子數:H 原子數 =5,58 12: 0.93 1 =1:2 故須選擇化學式中的 C、H 原子數比為 1:2 者。 例題3 ―日大― 有 m 克的鎂片在氧中完全燃燒生成 n 克的氧化鎂,則鎂的原子量為下列何者? (A) m n m 8 - (B) n m m 16 - (C) n m m 24 - (D) n m m 32 - 。 答案:(B) 解析:氧化鎂的化學式為 MgO → 原子數 Mg:O=1:1=𝑚 𝑀: 𝑛−𝑚 16 → M= 16𝑚 𝑛−𝑚 例題4 ―87.推甄― 將碳酸鈉晶體 0.572 克加熱除去結晶水,可得到 0.212 克無水碳酸鈉粉末。碳酸鈉晶體的化學式為 Na2CO3.xH2O,則 x 為下列何值? (原子量:H=1,C=12,O=16,Na=23) (A) 2 (B) 3 (C) 8 (D) 10 (E) 12。 答案:(D) 解析:由晶體的化學式 Na2CO3.xH2O 可知: 莫耳數比 Na2CO3:H2O=1:x= 0.212 23×2+12+16×3: 0.572−0.212 1×2+16 → x=10例題5 ―89.日大― 超導體為具有零電阻及反磁性的物質,以 Y2O3、BaCO3 及 CuO 為原料,經研磨及燒結可合成一高 溫超導物質 YBa2Cu3Ox。現欲合成 0.50 莫耳此高溫超導物,依化學劑量比例,需取 Y2O3、BaCO3 及 CuO 的莫耳數分別為何? (A) 0.50,0.50,0.50 (B) 0.25,1.0,1.5 (C) 0.5,1.0,1.5 (D) 1.0,0.25,0.17 答案:(B) 解析:要合成 0.5 莫耳的 YBa2Cu3Ox,由原子不滅可知需要有 0.5 莫耳的 Y、1.0 莫耳的 Ba 和 1.5 莫
耳的 Cu,故需要 0.25 莫耳的 Y2O3、1.0 莫耳的 BaCO3 和 1.5 莫耳的 CuO。
例題6 ―93.指考― 某金屬之原子量為 w,若取該三價金屬之氧化物 x 克,將其完全還原後,可得 y 克金屬。試問該金 屬的原子量 w 可以用下列的哪一式子表示? (A) y x y 8 - (B) y y x 16( - ) (C) x 16 y x- (D) y 24 y x- (E) y x y 24 - 。 答案:(E) 解析:因是三價金屬,故其氧化物化學式為 M2O3。 原子數比 M:O=2:3=𝑌 𝑊: 𝑋−𝑌 16→ w= 24𝑌 𝑋−𝑌 例題7 ―97.指考― 含有碳、氫、氧的化合物進行元素分析時,須先將分析物完全氧化後,再以不同的吸收管吸收所生 成的二氧化碳及水蒸氣。下列有關元素分析實驗的敘述,哪些是正確的? (A)可用含水的過氯酸鎂吸收水蒸氣 (B)可用氫氧化鈉吸收二氧化碳 (C)化合物的含氧量,可由所生成的水蒸氣及二氧化碳中的含氧量相加求得 (D)由元素分析實驗可直接求得化合物的分子式 (E)若以無水氯化亞鈷試紙檢驗實驗中所產生的水蒸氣,則試紙呈粉紅色。 答案:(B)(E) 解析:有機化合物中碳和氫的元素分析如下圖所示: (A)要用無水的過氯酸鎂來吸收水蒸氣。 (C)生成的水蒸氣和二氧化碳中的氧,部分來自化 合物本身,部分來自外界提供的氧氣。故化 合物的含氧量,應先由二氧化碳求出碳重, 由水重求出氫重,再由化合物的重量扣除碳 重和氫重,才能求得氧重。 (D)由元素分析實驗只能求出化合物的實驗式。 例題8 ―98.學測― 食品中的蛋白質含量,可由測定其氮元素的含量來間接推算。臺灣在 97 年 9 月間發生的「毒奶」 風波,係不肖廠商在奶粉中添加三聚氰胺(分子式=C3H6N6、分子量=126),以造成蛋白質含量 較高的假象所導致。假設正常奶粉中的蛋白質,其平均含氮量約 16.6%,則三聚氰胺的含氮量約為 正常奶粉中蛋白質平均含氮量的幾倍? (A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 5 (E) 6。 答案:(C) 解析:三聚氰胺的含氮量= 14×6 12×3+1×6+14×6× 100%=66.7% 故三聚氰胺和蛋白質的含氮量之比值為 66.7% 16.6%=4
例題9 ―99.學測―
硝酸銅受熱分解,可用下列反應式表示:2Cu(NO3)2(s) △ 2CuO(s)+nX(g)+O2(g)
式中 n 為係數。試推出 X 是什麼化合物? (A) NO (B) NO2 (C) N2O (D) N2O3 (E) N2O5。 答案:(B) 解析:由原子不滅可知 nX 中含有 4 個 N 原子和 8 個 O 原子,則 X 的實驗式為 NO2,分子式可能 為 NO2 或 N2O4,故選(B)。 例題10 ―日大― 有甲、乙兩種氣體,各重 1.64 克及 0.5 克。在同溫、同壓時,甲氣體之體積為乙氣體之兩倍,若知 乙氣體之分子量為 28,則下列分子何者可能為甲氣體?(原子量:N=14,O=16) (A) NO2 (B) N2O (C) N2O4 (D) N2O5。 答案:(A) 解析:由亞佛加厥定律:同溫、同壓、同體積的氣體含有同數目的分子,又由題意在同溫、同壓時 ,甲之體積為乙的兩倍,故甲的莫耳數亦為乙的兩倍,則1.64 𝑀甲: 0.5 28=2:1,M甲=46 (A) NO2=14+32=46 (B) N2O=28+16=44 (C) N2O4=28+64=92 (D) N2O5=28+80=108 例題11 ―夜大― 下列哪一個化學式不是分子式? (A) CH4 (B) NaCl (C) C60 (D) C17H31COOH。
答案:(B) 解析:(B) NaCl 為離子固體,以實驗式表示。 例題12 ―91.指考― 有一烷類化合物(CnH2n+2)完全燃燒後,會產生 9 升二氧化碳及 10 升水蒸氣,則下列何者為此化 合物最有可能的分子式? (A) C7H16 (B) C8H18 (C) C9H20 (D) C10H22。 答案:(C) 解析:燃燒產物 CO2 中的 C 元素及 H2O 中的 H 元素均完全來自烷類,根據亞佛加厥定律,同溫、 同壓下的氣體分子數比 CO2:H2O=體積比=9:10,故 C 原子數:H 原子數=9 × 1:10 × 2 =9:20 →僅有(C) C9H20 符合 例題13 ―95.指考― 某碳氫化合物 2.2 克,經完全燃後產生 6.6 克二氧化碳,則此化合物最可能之分子式為何? (A) CH4 (B) C2H6 (C) C2H4 (D) C3H8 (E) C4H10。 答案:(D) 解析:原碳氫化合物 2.2 克中所含的 C 重=6.6 × 12 12+16×2=1.8(克),H 重=2.2-1.8=0.4(克) →該碳氫化合物的原子數比 C:H=1.8 12: 0.4 1 =3:8,故其實驗式為 C3H8 →其分子式為(C3H8)n,故為(D)。
例題14 ―100.學測―
鈉是鹼金屬,化性活潑可以構成許多化合物,例如 NaCl、Na2O、Na2O2、NaOH、NaHCO3、Na2CO3
。其中的四種鈉化合物若以甲、乙、丙、丁為代名,而已知 Na2O2 與水反應會產生氧,則由下列
反應式(係數未平衡)可推出,式中甲、乙、丙、丁的化學式。回答下列各題: 甲(s)△ 乙(s)+CO2(g)+H2O()
丙(s)+H2O()→丁(aq)+O2(g)
乙(aq)+Ca(OH)2(aq)→丁(aq)+CaCO3(s)
丙(s)+CO2(g)→乙(s)+O2(s)
(1)下列哪一個是丙的化學式?
(A) Na2O (B) Na2O2 (C) NaOH (D) NaHCO3 (E) Na2CO3。
(2)下列哪一個是丁的化學式?
(A) NaCl (B) Na2O (C) Na2O2 (D) NaOH (E) NaHCO3。
答案:(1)(B);(2)(D)
解析:2Na2O2(s)(丙)+2H2O(l)→ 4NaOH (aq)(丁)+O2(g)
2Na2O2(s)+2CO2(g)→ 2Na2CO3(s)+O2(g)
Na2CO3(aq)(乙)+Ca(OH)2(aq)→ 2NaOH(aq)(丁)+CaCO3(s)
2NaHCO3(s)(甲)→ NaCO3(s)(乙)+CO2(g)+H2O(l) 例題15 ―98.指考― 下列有關化學式的敘述,哪些正確? (A)結構式可以表示化合物中原子間的排列情形 (B)網狀固體因為沒有分子的單位,所以無法以結構式表示 (C)使用示性式的主要目的是補足分子式未能表示的官能基結構特性 (D)從分子式可以得知分子中組成原子的種類、數目與原子連結順序 (E)分子化合物的簡式(實驗式)可以從其元素分析數據及組成原子的原子量求得。 答案:(A)(C)(E) 解析:(B)網狀固體有結構式。 (D)應為結構式。 例題16 ―83.推甄― 甲氣體 1 升剛好能與乙氣體 3 升化合,產生丙氣體 2 升。若甲氣體的分子式為 A3(即三原子分子) ,則乙氣體的分子式可能是下列哪一個? (A) AB (B) AB2 (C) A2B (D) A2B2。 答案:(B) 解析:同溫、同壓下,氣體分子數比=體積比,且依據道耳頓原子說──任何分子均由整數個原子 所組成。 1甲+3乙 → 2丙→ A3+3AxBy→ 2AmBn(x、y、m、n 均為正整數) 由原子守恆,則 3+3x=2m ……○1 3y=2n…………○2 2m 和 2n 為偶數,故可判斷出 x 為奇數,y 為偶數。 亦可由 1×3+3×x=2×m,3(x+1)=2m=偶數 …○3 3×y=2×n,3y=2n=偶數………○4 →可判斷得知 (x必為奇數、y必為偶數) 故乙的分子式可為 AB2,其餘各項不合。
例題17 ―86.推甄 裝有下列氣體的同體積、同壓力的五種氣球,以蠟燭將其燒破,何者的爆炸力會最大? (A)氫氣 (B)氫氣與氦氣(體積比 2:1)之混合氣體 (C)氧氣與氦氣(體積比 2:1)之混合氣體 (D)氫氣與氧氣(體積比 2:1)之混合氣體 (E)氧氣。 答案:(D) 解析:(A)只有 H2,而沒有助燃物 O2,H2 是不會燃燒的。 (B) He 是不可燃氣體;H2 雖可燃,但沒有 O2 亦不燃燒。 (C) He 是不可燃氣體。 (D)由 2H2(g)+O2(g)→ 2H2O,當 H2 和 O2 的體積比為 2:1 時,點火可以完全反應,放出的 熱量最大。 (E) O2 可助燃,但無可燃物與之反應。 例題18 ―92.學測― 化學需氧量是指用化學方法氧化耗氧有機物質所需消耗氧的量,常用以表示水受到耗氧有機物汙染 的程度。若化合物的莫耳數相同,則下列何者的化學需氧量最大? (A) C5H12 (B) C5H11OH (C) C4H9CHO (D) C4H9COOH。
答案:(A)
解析:根據各耗氧有機物被氧化的平衡反應式來判斷: (A) 1C5H12+8O2→ 5CO2+6H2O
(B) 1C5H11OH+ 15 2O2→ 5CO2+6H2O (C) 1C4H9CHO+7O2→ 5CO2+5H2O (D) 1C4H9COOH+ 13 2O2→ 5CO2+5H2O 故耗氧量以(A)最多。 例題19 ―91.學測補考― 在下列(1)、(2)題的圖中,以大灰球與小白球分別代表兩種不同的原子。 (1)有關甲、乙、丙、丁四個圖所含的物質,下列敘述何者最合理? 甲 乙 丙 丁 (A)甲圖中是化合物 (B)乙圖中是混合物 (C)丙圖中是純物質 (D)丁圖中是元素。 (2)下列的反應式,何者最適合描述下圖中的反應? (A) A2+B2→ A2B (B) 2A2+B2→ 2A2B (C) 3A2+6B2→ 6A2B (D) 12A+6B → 6A2B (E) 6A2+3B2→ 6AB2。 答案:(1)(D);(2)(B) 解析:(1)甲是由●與 ○兩種單原子分子所組成之混合物;乙只含有●○一種分子,為純物質;丙 是由 ●、○與●○ 三種分子所組成之混合物;丁只含有●一種分子,為純物質。 (2)若以 A 代表 ● 原子,B 代表○ 原子 →反應式為 3A2+6B2→ 6AB2,化簡係數可得 A2+2B2→ 2AB2 →無此選項;改以 A 代表○ 原子,B 代表● 原子 →反應式為 6A2+3B2→ 6A2B,化簡係數可得 2A2+B2→ 2A2B 故選(B)
例題20 ―93.學測―
水中的微生物會使水中的有機物(如 C6H10O5)轉化為 CO2 與 H2O,在這過程中所需 O2 的量,稱
為生化需氧量(BOD)。試問要將水中的 1 個 C6H10O5 分子完全變成 CO2 與 H2O,需要幾個氧分子
? (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5 (F) 6。 答案:(F)
解析:C6H10O5+6O2→ 6CO2+5H2O 由反應式係數知:1 個 C6H10O5 分子完全轉成 CO2 及 H2O,
需要 6 個氧分子。 例題21 ―95.學測―
在固定體積的密閉容器內,置入 X 和 Y 兩種氣體反應物後,會生成一種 Z 氣體產物,下圖表示反
應物和產物的濃度隨反應時間的變化關係。試根據上文回答問題: (1)下列哪一項可表示 X 和 Y 的化學反應式?
(A) X+Y → Z (B) X+2Y → Z (C) 2X+Y → Z (D) X+Y → 2Z (E) X+2Y → 2Z。 答案:(B) 解析:(1)由題圖判斷,反應進行時,反應物量減少,產物量增多。定體積下,單位時間內濃度的 變化關係與莫耳數的變化關係相同。因此由濃度變化量,可推得反應式係數,相同時間 內(0 ~ 80 秒)變化量:X(0.8 → 0.6)-0.2;Y(0.7 → 0.3)-0.4;Z(0 → 0.2 )+0.2,得反應式:(B) X+2Y → Z (2)若於相同的反應條件下,但在 X 和 Y 反應開始時加入催化劑,下列哪一圖最可表示反應物和 產物的濃度隨反應時間的變化? (A) (B) (C) (D) (E) 答案: (A) 解析:(2)催化劑縮短系統達平衡所需的時間,但不會破壞原有的平衡狀態。因此,加入催化劑後 ,平衡時 X、Y、Z 濃度不會改變,但達平衡所需時間會縮短。選(A)。 例題22 ―96.指考― 為達到環境保護及永續經營的目的,化學反應中,反應物的原子,應儘可能全部轉化為產物中的原 子。若要使下列反應: xH2C=CH2+yO2→z (式中的係數 x、y、z 均為整數)符合環境保護及永續經營的要 求,則(x+y+z)的最小數值為何? (A) 4 (B) 5 (C) 6 (D) 7 (E) 8。 答案:(B) 解析:反應式為 2H2C=CH2+ O2→2 ,即 x=2,y=1,z=2 故 x+y+z=2+1+2=5
例題23 ―96.指考―――――――――――――――――――――――――――――――
某些只含 C、H、O 三種元素的有機化合物,當 1 莫耳的該化合物完全燃燒時,所需氧的莫耳數及 所產生水的莫耳數,均與 1 莫耳的甲烷完全燃燒時相同。試問下列化合物中,哪些能滿足上述條件 ?(A) HCOOH (B) HCOOCH3 (C) CH3COOH (D) C2H5COOH (E) H2C(COOH)2
答案:(B)(C)(E)
解析:CH4+2O2→ CO2+2H2O
(A) HCOOH+1
2O2→ CO2+H2O (B) HCOOCH3+2O2→ 2CO2+2H2O
(C) CH3COOH+2O2→ 2CO2+2H2O (D) C2H5COOH+ 7
2O2→ 3CO2+3H2O
(E) H2C(COOH)2+2O2→ 3CO2+2H2O
例題24 ―98.指考― 家用的瓦斯有天然氣(主要成分為 CH4)或液化石油氣(主要成分為 C3H8)。若在同溫、同壓,分 別使同體積的 CH4 與 C3H8 完全燃燒,則 C3H8 所需空氣的量是 CH4 的幾倍? (A) 5 11 (B) 3 7 (C) 2 (D) 2.5 (E) 3。 答案:(D) 解析:同溫、同壓、同體積的 CH4 和 C3H8,其莫耳數相同,由
CH4(g)+2O2(g)→ CO2(g)+2H2O(l) C3H8(g)+5O2(g)→ 3CO2(g)+4H2O (l)
則 C3H8 所需的空氣為 CH4 的 2.5 倍。 例題25 ―98.指考― 四氧化二氮與甲聯胺(CH3NHNH2)的反應為登月小艇脫離月球返回地球時所用的動力來源。此兩 化合物反應的產物為水、氮氣與二氧化碳。試問此反應的平衡化學反應式中,水與氮氣的係數比為 何? (A) 4:3 (B) 3:4 (C) 3:2 (D) 3:1 (E) 1:3。 答案:(A) 解析:以觀察法加以平衡此化學反應式,可得: 10N2O4+8CH3NHNH2→ 8CO2+24H2O+18N2 故水與氮氣的係數比是 24:18=4:3 例題26 ―94.學測― 酒醉駕車是造成臺灣嚴重交通事故的主因。交通警察利用酒精(乙醇)吹氣濃度試驗,檢測駕駛者 體內酒精含量。其所依據的化學原理是乙醇在酸性條件下被氧化成乙酸,同時,二鉻酸根離子( Cr2O72 - )的顏色由橘黃色變成鉻離子的綠色,藉由顏色的變化檢測酒精含量。其反應式如下(係 數未平衡):
xK2Cr2O7+yH2SO4+3CH3CH2OH → 2Cr2(SO4)3+zK2SO4+3CH3COOH+11H2O
(1)下列有關酒精與人體反應的敘述,何者正確? (A)酒精中的鉻離子,使神經傳導變慢 (B)酒精與體內的鉻離子結合,使人反應遲鈍 (C)酒精促使人體進行無氧呼吸,以致能量不足,精神不濟 (D)肝臟是人體代謝酒精主要器官,過量飲酒易造成肝功能損害。 (2)下列有關平衡條數 x、y、z 之間的關係,何者正確?
(A) z>y (B) y > x+z (C) x+y=12 (D) y+z=6 (E) x+y+z=15。 答案:(1)(D);(2)(B) 解析:(1)(A)酒精中並無 Cr3+ 。(B)人體內並無 Cr3+ 。 (C)酒精並無促使無氧呼吸的功能,無氧呼吸是在進行劇烈運動時發生。 (2)先看 Cr,2x=4 x=2 K,2x=2z z=2 再看 S,y=6+z y=8 故(B) y>x+z 正確
例題27 ―日大― 在 1000 mL 的氧氣中進行放電,產生臭氧。反應後,在同溫、同壓下,其體積變為 900 mL,則臭 氧所占的莫耳分率為何? (A) 0.10 (B) 0.22 (C) 0.33 (D) 0.67。 答案:(B) 解析:設有 3x mL 的 O2 反應 3O2(g) → 2O3 初 1000 中 -3x +2x 末 1000-3x 2x → 1000-3x+2x=900 → x=100 ∴𝑉𝑂2=700, 𝑉𝑂3=200 由 PV=nRT 同 T、P 下→ n V ∴𝑋𝑂3= 𝑛𝑂3 𝑛𝑂2+𝑛𝑂3= 𝑉𝑂3 𝑉𝑂2+𝑉𝑂3= 200 900=0.22 例題28 ―83.推甄― 分子式為 C4H6 的 1,3-丁二烯 1 莫耳完全燃燒,可得二氧化碳及水蒸氣總共多少莫耳? (A) 4 (B) 5 (C) 6 (D) 7 (E) 10。 答案:(D) 解析:先寫出該反應的平衡反應式:1C4H6+ 11 2O2→ 4CO2+3H2O,由反應式的係數比,可知每 1 莫 耳 C4H6 完全燃燒,生成 4 莫耳 CO2 及 3 莫耳 H2O → 4+3=7(莫耳) 例題29 ―85.推甄― 汽車常裝有安全氣囊,當強烈碰撞時,瞬間引起下列反應:NaN3→ Na+N2(注意:此反應式尚未 平衡),其所產生的氣體,快速充滿氣囊,可以達到保護車內人員安全的目的,回答下列問題: (1)已知 Na 與 N 的原子量分別是 23 與 14。若氣囊中置有 65 克 NaN3,則其莫耳數為何? (A) 6.5 (B) 3.7 (C) 2.3 (D) 1.4 (E) 1。 (2)承(1)題,若 65 克 NaN3 完全分解,在 1 atm、25 ℃ 時,氣囊會膨脹至約多大的體積?(以理 想氣體計) (A) 15 升 (B) 20 升 (C) 25 升 (D) 30 升 (E) 35 升。 答案:(1)(E);(2)(E) 解析:(1) 65 23+14×3=1(莫耳) (2)先平衡該反應式的係數:2NaN3(s)→ 2Na(s)+3N2(g) 理想氣體在 1 atm、25 ℃下的莫耳體積為 24.5 升 → 1: 𝑉 24.5=2:3,生成 N2(g) 的體積 V=36.75(升),(E) 35 升最接近 例題30 ―90.學測― 天然氣可作為燃料,其主要成分為甲烷。甲烷燃燒可用下式表示: CH4(g)+2O2(g)→ CO2(g)+2H2O(g),下列敘述何者錯誤? (原子量:C=12,H=1,O=16) (A)甲烷燃燒屬於氧化還原反應 (B)完全燃燒 1 克甲烷,需要 2 克氧氣 (C)甲烷燃燒時,若空氣供應不足,會產生有毒的一氧化碳 (D)使 1 莫耳甲烷與 2 莫耳氧完全燃燒,並量得各氣體在標準狀況下的體積,則反應前後氣體的 總體積不變。
答案:(B)
解析:(A)在反應 CH4(g)+2O2(g)→ CO2(g)+2H2O(g) 中,CH4 被氧化,O2 被還原。
(B) 𝑊1 12+1×4: 𝑊2 16×2=1:2 → W1:W2=1:4≠1:2 (D)根據反應式的係數可知,每消耗 1 莫耳 CH4(g) 與 2 莫耳 O2(g) 時,會生成 1 莫耳 CO2(g) 與 2 莫耳 H2O(g),故在同溫、同壓下,氣體的總體積不變。 例題31 ―90.日大― 銀戒指在含硫化氫的空氣中,會產生反應而生成黑褐色的硫化銀與水。回答下列問題: (1)寫出此反應的化學反應式。 (2)若 1.080 克銀戒指在含 0.0170 克硫化氫和 0.320 克氧的空氣中完全反應後,可得硫化銀若干克 ?(原子量:H=1.0;O=16.0;S=32.0;Ag=108)
答案:(1) 4Ag+2H2S+O2→ 2Ag2S+2H2O;(2) 0.124
解析:Ag=1.08 108=0.01(莫耳),H2S= 0.017 34 =0.0005(莫耳),O2= 0.32 32=0.01(莫耳),其中 H2S 為 限量試劑,故可生成 Ag2S 0.0005 莫耳,0.0005 × 248=0.124(克) 例題32 ―91.學測補考― 在實驗室中可藉氯酸鉀分解反應製氧,藉碳酸鈣分解產生二氧化碳。汽車的安全氣囊則利用汽車遭 強力撞擊時,引發三氮化鈉(NaN3)瞬間分解,產生氮氣充滿氣囊,以達到保護作用。三氮化鈉 的分解反應式為 2NaN3(s)→ 2Na(s)+3N2(g),在常溫、常壓下,若氮氣的莫耳體積是 24.5 升∕莫耳, 則 13.0 克三氮化鈉(其物質之質量為每莫耳 65.0 克)最多可以產生多少升的氮氣? (A) 7.35 (B) 4.90 (C) 3.68 (D) 2.45 (E) 1.63。 答案:(A) 解析:根據平衡反應式:2NaN3(s)→ 2Na(s)+3N2(g) → 13.0 65.0: 𝑉 24.5=2:3 生成 N2(g) 的體積 V=7.35 升 例題33 ―92.學測― 汽車的安全氣囊在汽車發生車禍時,會利用疊氮化鈉的高溫分解反應,迅速產生氮氣(2NaN3(s)→ 2Na(s)+3N2(g)),以達到保護駕駛的目的。若在常溫、常壓下,要產生 73.5 升氮氣,則需完全分解 多少克 NaN3?(NaN3 的式量為 65.0 克∕莫耳,常溫、常壓下理想氣體的莫耳體積是 24.5 升∕莫耳) (A) 6.5 (B) 65.0 (C) 130 (D) 260。 答案:(C) 解析:根據反應平衡式:2NaN3(s)→ 2Na(s)+3N2(g) 𝑊 65.0: 73.5 24.5=2:3 →所需 NaN3 的質量 W=130(克) 例題34 ―92.學測― 甲烷(CH4)是家用天然瓦斯的主要成分,下列有關甲烷的敘述,何者正確? (A)在甲烷分子中,氫所占的質量百分率組成為 25% (B)甲烷具有臭味,因此瓦斯外洩時容易被察覺 (C)每 1 莫耳甲烷完全燃燒,需消耗 3 莫耳氧 (D)甲烷燃燒時,反應物的能量比產物的能量高。 答案:(A)(D) 解析:(A) 𝐶𝐻4中的𝐻質量 𝐶𝐻4質量 = 1×4 1×4+12=0.25=25% (B)烷類氣體本身無色、無臭,一旦外洩時不易被察覺,容易引發危險,故業者在瓦斯中添 加具有臭味的“硫醇”類物質,以利察覺。 (C) CH4+2O2→ CO2+2H2O,故 1 莫耳甲烷完全燃燒須耗 2 莫耳氧氣。 (D)燃燒均為放熱反應,表示反應物的能量比產物的能量高。
例題35 ―92.指考― 工廠的廢氣以及汽、機車的排氣是空氣汙染的主要來源,但廢氣中的氮與氧的化合物可藉由適量的 氨氣及催化劑,將其還原成無毒的 N2 與 H2O。今有 NO 與 NO2 的混合氣體(簡稱為 NOx)3.0 升 ,若用與 NOx 同溫同壓的氨氣 3.0 升,恰好可使該 NOx 完全反應變成 N2 與 H2O。試問該混合氣體 NOx 中,NO 與 NO2 的莫耳比為何? (A) 1:1 (B) 1:2 (C) 1:3 (D) 3:1 (E) 2:1。 答案:(A) 解析:6NO+4NH3→ 5N2+6H2O 6NO2+8NH3→ 7N2+12H2O 設 NO 有 x 莫耳,NO2 有 y 莫耳,在同溫、同壓下,莫耳數比=體積比,故將題中體積數據 ,視為莫耳數據處理 x + y = 3 NOx莫耳數 x ×4 6+ y 8 6= 3 NH3莫耳數 解聯立,得 x:y=1:1 例題36 ―93.指考補考― 金屬鎂與鹽酸反應會生成氫氣,在 25 ℃、1 atm 的情況下,過量的鎂與 5.00 M 的鹽酸 100 mL 完 全反應,則可產生多少 L 的氫氣? (A) 24.4 (B) 18.3 (C) 12.2 (D) 6.11。 答案:(D) 解析:25 ℃、1 atm 下,氣體的莫耳體積為 24.5 L。 因化學反應式為 Mg(s)+2HCl(aq)→ MgCl2(aq)+H2(g) 5.00 × 100 1000: 𝑉 24.5=2:1 → V=6.125(L),故選(D) 例題37 ―94.學測― 將 60 克的葡萄糖(C6H12O6)完全燃燒後,可得到多少克的水? (原子量:H=1,C=12,O=16) (A) 9 (B) 18 (C) 27 (D) 36 (E) 45。 答案:(D)
解析:C、H、O 化合物完全燃燒後,生成 CO2 及 H2O,其反應式為 C6H12O6+6O2→ 6CO2+6H2O
,反應式中各物質莫耳數變化量的比等於其反應係數比 → 60 12×6+1×12+16×6: 𝑊 1×2+16=1:6 故生成之水重 W=36(克) 例題38 ―94.指考― 於 25 ℃,將 0.1 莫耳丁烷與過量的氧氣在定體積的容器內完全燃燒。燃燒後,溫度回復至 25 ℃, 則下列有關此反應之敘述,哪些是正確的? (A)需消耗氧氣 0.9 莫耳 (B)可產生 0.5 莫耳的 H2O (C)可產生 0.4 莫耳的 CO2 (D)燃燒前後,分子數目不變 (E)燃燒後,容器內的壓力會降低。 答案:(B)(C)(E) 解析:由: C4H10(g) + 13 2O2(g) → 4CO2(g) +5H2O() 1 6.5 4 5 -0.1 -0.65 +0.4 +0.5 (A)消耗 0.65 莫耳 O2。 (D)分子數目增加。 (E)由反應知,氣體消耗的莫耳數和比生成氣體之莫耳數還多,故總壓會降低。
例題39 ―95.學測―
尿素 (NH2)2CO(分子量=60)是工業上重要的化學原料,也可作為農作物的肥料成分。由氨與二
氧化碳反應可得尿素和水,若在高壓反應容器內加入 34 克氨(分子量=17)與 66 克二氧化碳(分子量
=44),假設氨與二氧化碳完全反應後,則下列有關此反應化學計量的敘述,哪幾項是正確的? (A)平衡的化學反應式是 NH3(g)+CO2(g)→ (NH2)2CO(aq)+H2O()
(B)剩餘 8.5 克氨未反應 (C)剩餘 22 克二氧化碳未反應 (D)生成 60 克尿素 (E)生成 18 克水。 答案:(C)(D)(E) 解析: 化學反應式 2NH3(g) + CO2(g) → (NH2)2CO(aq) + H2O() 莫耳數 2 1.5 0 0 反應原始量(克) 34 66 0 0 反應消耗量(克) -34 -44 +60 +18 剩餘(產)量(克) 0 22 60 18 例題40 ―95.指考― 綠色化學的概念強調化學製程中原子的使用效率,若製程中使用很多原子,最後這些原子卻成為廢 棄物,就不符合綠色化學的原則。原子的使用效率定義為:化學反應式中,想要獲得的產物的莫耳 質量(分子量)除以所有生成物的莫耳質量(分子量)。甲基丙烯酸甲酯是一個製造壓克力高分子 的單體,以往是由丙酮製造,完整的製程可以用下列平衡的化學反應式表示: CH3COCH3 + HCN + CH3OH + H2SO4 → CH2=C(CH3)CO2CH3 + NH4HSO4
新的製程則用觸媒催化丙炔、甲醇與一氧化碳反應直接生成產物: CH3C≡CH + CH3OH + CO → CH2=C(CH3)CO2CH3 使用丙炔的新製程,沒有製造任何廢棄物,原子使用效率為 100%。試問使用丙酮製程的原子使用 效率,最接近下列哪一項? (A)18 % (B) 29 % (C) 47 % (D) 55 % (E) 69 %。 簡答:(C) 解析:原子使用效率 = 甲基丙烯酸甲酯分子量 甲基丙烯酸甲酯分子量+硫酸氫銨分子量×100 % = 100 100+115×100 % = 46.5% 例題41 ―96.指考― 王同學取 2.00 克柳酸(分子量=138)與 4.00 毫升乙酐(分子量=102,比重=1.08),在濃硫酸的 催化下反應,所得產物經純化、再結晶及烘乾後,得到 1.80 克阿司匹靈。柳酸與乙酐反應生成阿 司匹靈的反應式如下: 試問王同學在本實驗所得的產率(%)為何? (A) 35 (B) 47 (C) 52 (D) 69 (E) 78。 答案:(D) 解析:柳酸= 2 138=1.45 × 10 -2(莫耳),乙酐=4×1.08 102 =4.24 × 10 -2(莫耳) 故柳酸為限量試劑,最多可生成阿司匹靈 1.45 × 10-2 莫耳 故產率= 1.8 1.45×10−2×180 × 100%=69%
例題42 ―98.學測― 每人每天平均約需消耗 540 升的氧氣以維持其生存與活動之所需,而若欲於冬天提供一個人淋浴所 需的熱水,則天然氣的供氣速率約需達每分鐘 30 升。當供應的天然氣為純甲烷,且能完全燃燒而 消耗了 540 升的氧氣(每人一天生存與活動所需的氧)時,約可維持一個人多少分鐘的淋浴時間? (A) 4.5 (B) 9 (C) 18 (D) 36 (E) 72。 答案:(B) 解析:在同溫、同壓時,氣體反應的體積比=莫耳數比=反應式的係數比 則由 CH4(g)+2O2(g)→ CO2(g)+2H2O 可知: 540 升氧氣能與 270 升甲烷反應,故270 30=9(分鐘 例題43 ―98.學測― 已知蔗糖的分子量為 342 克∕莫耳,而其水溶液的發酵可用下列反應式表示: C12H22O11+H2O → 4C2H5OH+4CO2 取蔗糖 3.42 克,溶於水後,加酵母使其發酵。假設只考慮蔗糖變為酒精的發酵,且蔗糖的發酵只 完成 50%,則在此發酵過程中,所產生的二氧化碳總共有幾毫升?(在標準狀態) (A) 112 (B) 224 (C) 336 (D) 448 (E) 896。 答案:(D) 解析:生成的 CO2= 3.42 342× 50% × 4=0.02(莫耳) 0.02 × 22.4 × 103=448(毫升) 例題44 ―98.學測― 近年來,大氣中 CO2的濃度上升已成為全球性的問題,因而興起節能減碳運動,國內的環保團體 也宣導「中秋節不烤肉」。假若超市賣的烤肉用木炭,其含碳量為 90 %,則一包 10 公斤的木炭完 全燃燒後,會產生幾公斤的 CO2? (A) 44 (B) 33 (C) 22 (D) 11 (E) 5.5。 答案:(B) 解析:木炭完全燃燒的反應式:C + O2 → CO2,木炭 10 公斤= 10000 克,完全燃燒後,會產生 CO2 (分子量 44): 10000 12 ×90 %×44= 33000(克)= 33(公斤)。 例題45 ―99.學測― 有一個體積可調整的反應器中,於 27 ℃、1 大氣壓,注入 10 毫升的 A2 氣體與 30 毫升的 B2 氣體 (A 與 B 為兩種原子)。假設恰好完全反應,產生甲氣體。 (1)已知甲的分子式與其實驗式相同,則下列哪一個是甲的分子式? (A) AB (B) AB2 (C) AB3 (D) A2B3 (E) A2B。 (2)將所生成的甲氣體降溫至 27 ℃,並將體積調整為 10 毫升時,反應器中的壓力變為幾大氣壓 ? (A) 0.5 (B) 1.0 (C) 1.5 (D) 2.0 (E) 3.0。 答案:(1)(C);(2)(D) 解析:(1)同溫、同壓時,氣體的體積比等於莫耳數比,故 A2(g)+3B2(g)→ 甲,甲可能為 AB3 或 A2B6 ,故選(C),反應式為 A2(g)+3B2(g)→ 2AB3(g) (2)由上述反應式可知,反應後的氣體體積為 20 毫升,若將體積壓縮成 10 毫升,則壓力加 倍為 2.0 大氣壓。 例題46 ―99.指考― 開發能源與維護環境是現代科技所面臨的兩大挑戰。若能利用太陽能來電解水,產生氫氣與氧氣以 供氫氧燃料電池使用,就可以獲得有用的能量與非常乾淨的水,這樣就不會造成環境的問題。試問 90 公斤的水,完全電解可產生幾公斤的氫? (A) 0.5 (B) 1 (C) 5 (D) 10 (E) 20。 答案:(D) 解析:由 2H2O → 2H2+O2 → H2O= 90×103 18 × 2 × 10 -3=10(公斤)
例題47 ―99.指考― 氣體燃燒時非常劇烈,若控制不當常引致爆炸,稱為氣爆。下列(A)至(E)選項中數字比值分別代表 五支試管中混合均勻的天然氣與空氣的體積比。若將混合氣體點火,試問哪一個混合比的爆炸最劇 烈? (A) 1:1 (B) 1:2 (C) 1:10 (D) 1:15 (E) 1:20。 答案:(C) 解析:氣體在相同狀態時,莫耳數∝體積,由 CH4+2O2→ CO2+2H2O,又空氣中 O2 約占1/5,則 天然氣與空氣的體積比=1:10。 例題48 ―99.指考― 稱取含有結晶水的草酸鎂(MgC2O4.nH2O)樣品(代號 A)1.00 克後,由 25 ℃徐徐加熱至 700 ℃ 。在加熱的過程中,不斷通入一大氣壓的乾燥氬氣,結果 A 的質量隨溫度的增高而減輕的情況如 下表所示。已知 A 在 100 ℃以上才會逐漸失去結晶水,並約在 230 ℃時完全失去結晶水。 溫度(℃) 25 170 230 400 450 700 質量(g) 1.00 0.88 0.76 0.76 0.27 0.27 (1)試以溫度為橫軸(x),質量為縱軸(y),繪出樣品 A 的質量隨溫度而改變的圖。 (注意題幹中畫線的敘述) (2)為簡化運算,試以 Mg 的原子量為 24.0,MgC2O4 的分子量為 112,列式計算樣品 A 中的 n, 並寫出 A 的化學式。 (3)以完整的化學反應式(包括物質的狀態),表示在 400 ℃至 450 ℃間所發生的化學變化。 答案:(1) (2) MgC2O4.2H2O
(3) MgC2O4(s)→ MgO(s)+CO2(g)+CO(g)
解析:(2)由題意可知,在 230 ℃時 MgC2O4.nH2O →MgC2O4+nH2O 則莫耳數比 MgC2O4:H2O= 0.76 112: 0.24 18=1:2,即 n=2,故化學式為 MgC2O4.2H2O 例題49 ―100.學測――――――――――――――――――――――――――――――― 某金屬(M)的碳酸鹽(MCO3)與稀鹽酸反應,產生二氧化碳的反應式如下:
MCO3(s)+2HCl(aq)→ MCl2(aq)+CO2(g)+H2O()
若 0.84 克的 MCO3 與稀鹽酸完全作用,所產生的氣體,換算成標準狀態的乾燥二氧化碳,恰為 224
毫升。M 應為下列哪一種金屬?
(原子量:Be=9,Mg=24,Ca=40,Zn=65,Ba=137) (A) Be (B) Mg (C) Ca (D) Zn (E) Ba。
答案:(B) 解析:CO2 莫耳數=MCO3 莫耳數= 0.224 22.4=0.01(莫耳),MCO3 式量= 0.84 0.01=84 → M=2 例題50 ―87.推甄― 下列 a ~ f 為測定無機鹽的莫耳溶解熱所需的步驟:a. 加此鹽於盛水的燒杯,攪拌使其完全溶解; b. 計算莫耳溶解熱;c. 決定溫度的變化;d. 測量水的溫度;e. 記錄溶液的溫度;f. 稱鹽的重量,計 算其莫耳數。下列哪一項是正確的實驗順序?
(A) f,d,a,e,c,b (B) d,e,f,a,c,b (C) b,f,a,d,e,c (D) f,a,d,e,c,b (E) a,d,e,c,f,b。
答案:(A) 解析:(1)莫耳溶解熱:1 莫耳鹽溶解於水中的能量變化。 (2)鹽的莫耳數由鹽的重量決定。 (3)水的量(體積或質量)及溫度變化(△t)測得時,可求出能量變化。 ∴順序為:稱鹽重 → 水重或體積 → 水溫度 → 將已稱重的鹽加入水中使溶解 → 溶液溫 度 → 決定△t → 計算△H。 例題51 ―91.指考― 有一暖暖包內含 100 毫升的水,暖暖包中另有一塑膠袋子,內裝有 40 克氯化鈣。使用時稍微用力 敲打暖暖包,使其中之塑膠袋破裂,讓水與氯化鈣混合。已知氯化鈣的溶解熱為-82.8 kJ/mol,而 水的比熱為 4.20 J g-1 K-1。假設氯化鈣的比熱甚小可以忽略,而氯化鈣溶解所釋出的熱量,完全 由 100 毫升的水所吸收。若在阿里山上,取出一個 5 ℃的暖暖包打開使用,試問該暖暖包的溫度最 高可升到幾 ℃?(原子量:Cl=35.5,Ca=40) (A) 36 (B) 51 (C) 76 (D) 91。 答案:(C) 解析:CaCl2=40+35.5 × 2=111 由△H(J)=m × s × △T → 40 111× 82.8 × 10 3=(100 × 1)× 4.20 ×(t-5) → t=76( ℃) 例題52 ―95.學測― 人體內每一莫耳葡萄糖(C6H12O6;分子量=180)經代謝後,可以產生熱量 670 千卡。某人手術後 僅能依靠注射 5%(重量百分率濃度)葡萄糖水溶液補充能量。假使維持身體的能量每小時是 100 千 卡,則至少需要每小時注射葡萄糖水溶液多少克? (A) 33.8 (B) 67.5 (C) 135 (D) 270 (E) 540。 答案:(E) 解析:假設需 5% 葡萄糖水溶液 x 克 則𝑥×5%×670 180 =100,解得 x=537 例題53 ―100.學測― 化學反應的反應熱(H)與產物及反應物的熱含量有關,而物理變化也常伴隨著熱量的變化。下 列有關物理變化的熱量改變或反應熱的敘述,哪些正確? (A)水的蒸發是吸熱過程 (B)汽油的燃燒是放熱反應 (C)化學反應的 H 為正值時,為一放熱反應 (D)反應熱的大小與反應物及產物的狀態無關 (E)化學反應的 H 為負值時,反應進行時系統的溫度會上升。 答案:(A)(B)(E) 解析:(C)ΔH 為正值時,是吸熱反應。 (D)反應熱和物質的狀態有關。
例題54 ―101.學測― 圖 1 及圖 2 分別代表 H2O(g)和 NO(g) 的生成反應過程中,反應物與生成物的能量變化,則下列敘述 何者正確? (A) H2O(g)的生成反應為吸熱反應 (B) NO(g)的生成反應為吸熱反應 (C) H2(g)燃燒產生水蒸氣的反應為吸熱反應 (D) NO(g)分解為氮氣和氧氣的反應為吸熱反應 (E) H2O(g)分解為氫氣與氧氣的反應為放熱反應。 解析:(B)。 由位能圖知 H2O 的生成為放熱反應,NO 的生成為吸熱反應,當方程式逆向時則水的分解為吸熱反 應,NO 的分解為放熱反應。 例題55 ―日大― 在 1 大氣壓 300 K 時,下列 1 升的氣體完全燃燒後,何者放出之熱量最大? (A)甲烷 (B)乙炔 (C)丙烯 (D)三種氣體燃燒產生之熱量相同。 答案:(C) 解析:因為同溫、同壓、同體積,則三種烴類的莫耳數相同,等莫耳的烴類完全燃燒生成的二氧化 碳和水愈多,則放熱愈多。 (A) CH4+2O2→ CO2+2H2O (B) C2H2+ 5 2O2→ 2CO2+H2O (C) C3H6+ 9 2O2→ 3CO2+3H2O 例題56 ―99.學測― 已知:2H2(g)+O2(g)→ 2H2O(g),H=-484 kJ。下列有關此熱化學反應式的敘述,何者正確? (A)生成 1 莫耳的 H2O(g) 會放熱 242 kJ (B)此反應的能量變化可使周遭的溫度上升 (C) 2H2O(g) 所含的能量比(2H2(g)+O2(g))所含的能量高出 484 kJ (D)若此一反應的產物是 2H2O(),則反應的能量變化大於 484 kJ (E)使 1 莫耳 H2(g) 與 2 莫耳 O2(g) 的混合物反應,則能量的變化為 484 kJ。 答案:(A)(B)(D) 解析:(C)應為(2H2(g)+O2(g))所含的能量比 2H2O(g) 高出 484 kJ。 (E) H2 為限量試劑,故 H2(g)+ 1 2O2(g)→ H2O(g),∆ H=-242 kJ 例題57 ―101.學測― 已知一定質量的無水乙醇(C2H5OH)完全燃燒時,放出的熱量為 Q,而其所產生的 CO2 用過量的 澄清石灰水完全吸收,可得 0.10 莫耳的 CaCO3 沉澱。若 1.0 莫耳無水乙醇完全燃燒時,放出的熱 量最接近下列哪一選項? (A) Q (B) 5Q (C) 10Q (D) 20Q (E) 50Q。
答案:(D) 解析:由 C2H5OH+3O2→ 2CO2+3H2O CO2+Ca(OH)2→ CaCO3+H2O 可知 1.0 莫耳乙醇完全燃燒可生成 2.0 莫耳二氧化碳,以足量的石灰水吸收 可得 2.0 莫耳 碳酸鈣沉澱。 則 0.1 𝑄= 2.0 𝑥 ∴x=20Q 例題58 ―98.指考― 下列有關反應熱及物質能量轉換的敘述,何者正確? (A) 1 莫耳的純物質,由液體氣化為氣體所需的熱量,少於其由氣體凝結為液體所放出的熱量 (B)有一化學反應,其產物的莫耳生成熱比反應物的莫耳生成熱小,則此反應為吸熱反應 (C)二氧化碳溶於水的莫耳溶解熱等於二氧化碳的莫耳凝結熱 (D)二氧化碳的莫耳生成熱等於石墨的莫耳燃燒熱 (E)二氧化碳的莫耳汽化熱等於乾冰的莫耳昇華熱。 答案:(D) 解析:(A) 1 莫耳的純物質,由液體氣化為氣體所需的熱量,等於其由氣體凝結為液體所放出的熱 量。 (B)化學反應之產物的莫耳生成熱比反應物的莫耳生成熱小,則此反應可能為放熱反應。 (C) 1 莫耳二氧化碳溶於水所放出的熱量,就是二氧化碳溶於水的莫耳溶解熱;而 1 莫耳二 氧化碳氣體凝結為液體所放出的熱量,就是二氧化碳的莫耳凝結熱,兩者並不相同。 (D) C(s)+O2(g)→ CO2(g) 之反應熱,為二氧化碳的莫耳生成熱,也是石墨的莫耳燃燒熱。 (E) CO2(l)→ CO2(g) 是二氧化碳的莫耳汽化熱,CO2(s)→ CO2(g) 是乾冰的莫耳昇華熱,乾冰 的莫耳昇華熱大於二氧化碳的莫耳汽化熱。 例題59 ―日大― 醋酸是重要的工業原料,可用(甲)酒精氧化發酵、(乙)乙烯氧化、(丙)甲醇與一氧化碳化合、(丁)直 接以組成元素合成等相關方法來製造,其化學反應式分別表示如下: (甲) CH3CH2OH()+O2(g)→ CH3COOH()+H2O() (乙) C2H4(g)+O2(g)→ CH3COOH() (丙) CH3OH()+CO(g)→ CH3COOH() (丁) 2C(s)+2H2(g)+O2(g)→ CH3COOH() 已知各化合物的生成熱(kJ/mol)分別是 CH3CH2OH()(-277.7)、 H2O()(-285.8)、CH3COOH()(-484.5)、C2H4(g)(+52.3)、 CH3OH()(-237.8)、CO(g)(-110.5)。若要獲得 1 莫耳醋酸,哪一項反應會釋出最多熱量? (A)(甲) (B)(乙) (C)(丙) (D)(丁)。 答案:(B) 解析:△H=Σ(產物生成熱)-Σ(反應物生成熱) (A)(甲) △ H=〔(-484.5)+(-285.8)〕-〔(-277.7)+0〕=-492.6(kJ) (B)(乙) △ H=(-484.5)-(52.3+0)=-536.8(kJ) (C)(丙) △ H=(-484.5)-〔(-237.8)+(-110.5)〕=-136.2(kJ) (D)(丁) △ H=(-484.5)-(2 × 0+2 × 0+0)=-484.5(kJ) 故以(乙)的放熱值最多。
例題60 ―日大― 液態水的莫耳生成熱為-285.8 kJ。2 mol 液態過氧化氫分解成氧氣及液態水時放熱 196.4 kJ。下列 敘述何者錯誤? (A)當 1 g 液態過氧化氫分解成氧氣及液態水時,可放熱 2.89 kJ (B)液態過氧化氫的莫耳生成熱為-187.6 kJ (C)當 2 mol 氫完全燃燒時,可放熱 285.8 kJ (D)液態過氧化氫分解成氧氣及液態水時,其熱化學反應式中的H 應為負值。 答案:(C) 解析:依題意:H2(g)+ 1 2O2(g)→ H2O(l) △H=-285.8 kJ……○1 2H2O2(l)→ O2(g)+2H2O(l) △H=-196.4 kJ……○2 (A)由○2 : 1 1×2×+16×2 × −196.4 2 =-2.89(kJ),故放熱 2.89 kJ (B) △ H=Σ(產物生成熱)-Σ(反應物生成熱) 由○2 :〔0+2 ×(-285.8)〕-(2 × x) =-196.4 → x=-187.6(kJ) (C)由○1 :2H2(g)+O2(g)→ 2H2O(l) △H=-285.8 kJ × 2=-571.6 kJ (D)放熱反應的△H 為負值。 例題61 ―84.推甄― 已知碳燃燒成二氧化碳可分為下列兩階段進行反應。 C(s)+ 2 1 O2(s)→ CO(g)+110 千焦………○1 CO(g)+ 2 1 O2(g)→ CO2(g)+283 千焦 …………○2 同溫時,C(s)+O2(s)→ CO2(g)+Q 千焦反應的 Q 值,何者正確? (A) 73 (B) 110 (C) 283 (D) 393。 答案:(D) 解析: C(s)+ 1 2O2(s)→ CO(g)+110 千焦 ………○1 CO(g)+ 1 2O2(g)→ CO2(g)+283 千焦 ………○2 C(s)+O2(s)→ CO2(g)+Q 千焦 ………○3 ○3=○1 +○2 Q=110+283=393(千焦) 例題62 ―93.指考― 在標準狀況下,已知 CO2 之標準莫耳生成熱為-393.6 kJ,且已知:
3C(s)+2Fe2O3(s)→ 4Fe(s)+3CO2(g),H=463.6 kJ
試問 Fe2O3 之標準莫耳生成熱應為多少? (A) 70 kJ (B)-70 kJ (C)-822.2 kJ (D)-857.2 kJ (E)-1644.4 kJ。 答案:(C) 解析:反應熱△H=產物生成熱之和-反應物生成熱之和,而標準狀況下,各元素最穩定態的標準 莫耳生成熱為零。 463.6=〔4 × 0+3 ×(-393.6)〕-(3 × 0+2 × x) → x=-822.2(kJ)
例題63 ―91.指考― 已知 C3H8(g)、CO2(g) 和 H2O() 的標準莫耳生成熱分別為-23、-94 及-68 千卡,則下列敘述何者 正確? (A)每莫耳丙烷完全燃燒需消耗 5 莫耳氧氣 (B)石墨之標準莫耳燃燒熱為 94 千卡 (C)氫氣之標準莫耳燃燒熱為-34 千卡 (D)丙烷之標準莫耳燃燒熱為-531 千卡 (E)鑽石與石墨之標準莫耳燃燒熱相同。 答案:(A)(D) 3𝐶(𝑠)+ 4𝐻2(𝑔) → 𝐶3𝐻8(𝑔) ,∆𝐻1 = −23千卡 ……….. ① 𝐶(𝑠)+ 𝑂2(𝑔) → 𝐶𝑂2(𝑔) ,∆𝐻2 = −94千卡 ……….. ② 𝐻2(𝑔)+1 2𝑂2(𝑔) → 𝐻2𝑂(𝑔) ,∆𝐻3 = −68千卡 ……….. ③
(A) C3H8(g)+5O2(g)→ 3CO2(g)+4H2O(),C3H8 與 O2 反應的莫耳數比為 1:5
(B)反應○2是 CO2(g) 的生成反應,同時也是 C(s)(標準狀態時的最常見穩定態為石墨)的燃燒 反應,故石墨之標準莫耳燃燒熱為-94 千卡。 (C)反應○3是 H2O() 的生成反應,同時也是 H2(g) 的燃燒反應,故氫氣之標準莫耳燃燒熱為- 68 千卡。 (D) C3H8 的燃燒化學反應式為 C3H8(g)+5O2(g)→ 3CO2(g)+4H2O(),相當於「-①+3 × ②+4 × ③」 故其△H=△H1 ×(-1)+△H2 × 3+△H3 × 4 →(-23)×(-1)+(-94)× 3+(-68)× 4=-531 即丙烷之標準莫耳燃燒熱為-531 千卡。 (E)鑽石與石墨的結構不同,碳與碳間的鍵解離能不同,故標準莫耳燃燒熱亦不同。 例題64 ―96.指考― 已知有關 A2(g)、B2(g) 與 AB(g) 的熱化學反應式如下: 2A(g) ⇌A2(g)+36 kJ 2B(g) ⇌ B2(g)+86 kJ AB(g)+70 kJ⇌A(g)+B(g) 試問下列反應式中的 Q 值為何? A2(g)+B2(g) ⇌ 2AB(g)+Q kJ (A) 18 (B) 35 (C) 43 (D)-35 (E)-18。 答案:(A) 解析:由 A2(g) → 2A(g),△H=36 kJ B2(g) → 2B(g),△H=86 kJ +)2A(g)+ 2B(g) → 2AB(g),△H=(-70 kJ) × 2 A2(g)+B2(g)→ 2AB(g),△H=-18 kJ 即 A2(g)+B2(g)→ 2AB(g)+18 kJ
例題65 ―推甄―
根據下表中化學鍵能的值(kJ/mol),甲烷(CH4)的莫耳燃燒熱(kJ/mol)為若干?
(A) 379 (B) 808 (C) 1656 (D) 2532。 化學鍵 O=O C-H O-H C=O
鍵能 (kJ/mol) 497 414 463 803 答案:(B) 解析: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O O=O O=O O=C=O △H=(4 × 414+2 × 497)-(2 × 803+4 × 463)=-808(kJ) 例題66 ―97.指考― 統計資料顯示:國人去年平均每人消耗汽油 448 公升。假設汽油的主要成分為正辛烷(分子式為 C8H18,密度為 0.70 g/mL,燃燒熱為 5430 kJ/mol),且所使用的汽油完全燃燒成水與二氧化碳,試 問 448 公升的汽油完全燃燒所釋放出的熱量約可使多少質量的 0 ℃冰塊(熔化熱為 6.0 kJ/mol)融 化成 0 ℃的水? (A) 224 公噸 (B) 44.8 公噸 (C) 2.24 公噸 (D) 448 公斤 (E) 22.4 公斤。 答案:(B) 解析: ∆𝐻 =448 × 1000 × 0.7 114 × 5430 ≅ 1.5 × 10 7𝑘𝐽 𝑤 =1.5 × 10 7 6 × 18 = 4.48 × 10 7𝑔 = 44.8 公噸 例題67 ―98.學測― 下列哪些氣體分別與空氣混合(室溫,體積比為 1:1),在密閉的容器內點燃時,有可能發生爆炸? (甲)甲烷;(乙)氫氣;(丙)一氧化碳;(丁)二氧化碳;(戊)二氧化氮 (A)(甲)(乙)(丁) (B)(乙)(丙)(戊) (C)(丙)(丁)(戊) (D)(甲)(乙)(丙) (E)(甲)(乙)(戊)。 答案:(D) 解析:(甲)(乙)(丙)甲烷、氫氣、CO 皆為可燃性氣體;(丁)(戊) CO2、NO2 則無法燃燒。 例題68 ―99.學測――――――――――――――――――――――――――――――― 氧的元素符號是 O,水的分子式是 H2O。下列哪一個是雙氧水(過氧化氫)的分子式? (A) O2-H2O (B) H2O3 (C) HO2 (D) H2O2 (E) H3O2。 答案: (D) 解析:過氧化物中氧的氧化數為 1,所以與氫(氧化數為+ 1)化合的化學式是H2O2。
例題69 ―98.指考― 已知某元素 R 的氧化物 1.00 克中含有 0.40 克的 R。回答下列問題: (1)列出計算式,求出 R 的原子量,並寫出 R 的元素符號。 【提示:作答時,參考週期表,由原子量找出 R 所代表的元素】 (2)寫出該氧化物的分子式。 答案:(1) 32,S;(2) SO3 解析:(1)氧化物中,某元素與氧元素的質量比為 0.4:0.6=2:3,設分子式為 R2On 0.4 𝑀: 0.6 16=2:n → 𝑀 𝑛= 16 3 → n=6,則 M=6 × 16 3=32 → 得元素 S 例題70 ―94.指考― 鋁粉與過氯酸銨的混合物可用為火箭推進器的燃料,其反應式如下: 3Al(s)+3NH4ClO4(s)→ Al2O3(s)+AlCl3(s)+3NO(g)+6H2O(g)+2677 kJ
將鋁粉與過氯酸銨各 1.0 mol,放入一個體積為 1.0 L、溫度為 400 K 的定體積恆溫反應槽內反應,並測量槽內氣體總壓力隨時間 的 變化,得兩者的關係如下圖。(假設其氣體為理想氣體,在 8 分 鐘 時,生成的氣體有 0.0183 莫耳) 試根據下圖,回答下列問題: (1)求出鋁粉之消耗速率(mol/min)。 (2)計算鋁粉在 5 分鐘內的消耗量(mol)。 (3)此反應在 5 分鐘內放出多少熱量(kJ)。 答案:(1) 7.62 × 10-4;(2) 3.81 × 10-3;(3) 3.40 解析:(1)先分析題圖上的關鍵點(0.6 atm、8 min),再由壓力著手思考反應式:
3Al (s)+3NH4ClO4(s)→ Al2O3(s)+AlCl3(s)+
└───┘ 3NO(g)+6H2O(g) 3 mol Al 產生 9 mol 氣體 故知 0.6 atm 的氣體: n= RT PV = 400 082 . 0 1 6 . 0 . . =1.83 × 10-2(mol) 推得於 8 分內所消耗的鋁莫耳數為: 1.83 × 10-2 × 9 3 =0.61 × 10-2(mol) 故知鋁粉之消耗速率: min 8 mol 10 61 . 0 -2 =7.62 × 10-4 mol/min (2)鋁粉在 5 分鐘內的消耗量: 8 10 61 . 0 -2 × 5=3.81 × 10-3(mol) (3)於 5 分鐘內所放出的熱量: mol 3 kJ 2677 × 3.81 × 10-3 mol=3.40 kJ ↑
例題71 ―97.指考― 王同學欲以實驗測定金屬的原子量,請李老師指導。李老師給王同學一瓶未貼標籤的常見金屬粉末 ,建議王同學以氧化法,測定該金屬的原子量。王同學做實驗,每次以坩堝稱取一定量的金屬,強 熱使其完全氧化,冷卻後再稱其重,扣除坩堝重後,可得該金屬氧化物的質量。王同學重複做了十 多次實驗,就所得的實驗數據與李老師討論後,選取了較有把握的六次實驗,其數據如下表: 金屬粉末的質量 (g) 金屬氧化物的質量 (g) 0.10 0.17 0.50 0.91 0.60 1.13 0.70 1.29 0.80 1.50 0.90 1.64 根據上表的實驗數據,回答下列問題: (1)試在方格紙上以金屬粉末的質量為橫軸(即 x 軸)作圖,求出該金屬的大約原子量。(須作圖 求出其原子量) (2)寫出該金屬氧化物的化學式。 答案:(1)圖見解析,27;(2) Al2O3 解析: 由作圖可觀察出實驗所得的第一個數據,可能是金屬取樣的量太少,引起比較大的誤差,明 顯偏離關係線,因此須刪除。然後任取兩組數據,即可計算出斜率。 例如:取第二組與最後一組數據計算 斜率= x y = 0.50 0.90 0.91 64 . 1 - - =1.83 設 價數 原子量 =當量(E) 又氧原子的當量= 價數 氧的原子量 = 2 16 =8 因為物質反應化合後的當量數相等 所以 ) 當量( 金屬的質量 E = 8 氧的質量 = 8 E+ 金屬氧化物的質量 斜率= 金屬的質量 金屬氧化物的質量 = E 8 E+ 則 1.83= E 8 E+ ,解得 E=9.64 由斜率判斷,此金屬的原子量約為 9 ~ 10 的整數倍,因題幹中提到為常見金屬粉末,因此 大膽假設為鋁,其原子量為 27,氧化態為+3 價,即 E= 價數 金屬原子量 = 3 27 =9,符合上述推 論,因此該金屬的原子量為 27,該金屬氧化物的化學式為 Al2O3。