九十學年度全國高級中學化學科能力競賽
決賽試題
國立臺灣師範大學 化學系
壹、筆試一
選擇題：
選擇適當的答案，並以其代碼填寫 到答案卷上號碼相應的【 】中，請 注意題號！答對一格得三分，答錯 倒扣一分。 (60%) 題組 1 ∼ 3 已知有三物質：元素 X 、元素 Y 、及 X 和 Y 所形成的化合物 Z ，其中 X 原子 M 的電 子層具有 2 個價電子，而 Y 原子的 M 的電子 層具有 7 個價電子，試回答下列 1 ∼ 3 各題。 1 . 試從下列選項中分別選一數字相當於 X 、 Y 的原子序。 X 【1】、 Y【2】 (A) 4 (B) 7 (C) 9 (D) 10 (E) 12 (F) 13 (G) 15 (H) 17 2 . 化合物 Z 的化學式是下列選項中哪一個？ 【3 】(A) MgO (B) NaF (C) NaCl (D) KCl (E) MgCl2 (F) CaF2 (G) Al2O3 3 . 元素 X 、元素 Y 的純質及化合物 Z 所含的 原子之間，分別以何種化學鍵結而結合在 一起的？試從下列擇一最適當的選項，同 一答案可重複選擇。 X 的純質【4】、 Y 的純質【5】、化合物 Z 【6 】 (A) 離子鍵 (B) 共價鍵 (C) 金屬鍵 4 . 下列各現象敘述內容與其最有相關的專有 名詞間的配對上，何者正確？【7】 現象敘述：(P) 醃製泡菜時，在蔬菜上灑鹽 後 靜 置 ， 水 會 從 蔬 菜 跑 出 來。 (Q) 在雪地上灑上氯化鈉防止道 路結冰。 (R)一家烤肉，萬家香。 專有名詞：(a) 吸附 (b) 潮解 (c) 滲透壓 (d) 凝固點下降 (e) 擴散 (A) Pa, Qb, Rc (B) Pb, Qc, Rd (C) Pc, Qd, Re (D) Pd, Qe, Ra 5 . 下列各現象的敘述中，哪一個畫線的部份 是錯誤的？【8 】 (A) 因為活性碳的表面積大，可有效吸附 有色分子，所以實驗室常用活性碳作 為脫色劑。 (B) 因為油污會被清潔劑分子水解而變得 易溶於水，所以一般家庭常用清潔劑 去除油污。 ( C ) 打針前在皮膚上擦拭酒精時，因為汽 化熱的關係而會感到冰涼。 (D) 在河流的出海口，微細的泥巴常易沈 積而形成三角洲，這是膠體溶液的凝 聚現象之一。 ~~~~~
( E ) 蒸 煮 的 魚 汁 放 入 冰 箱 的 冷 藏 庫 而 固 化 ， 這 是 動 物 性 膠 質 溶 液 的 膠 化 現 象。 6 . 二個原子1 4 C 和1 6 O 中下列那一項數值相 等？【9】 (A) 質量數 (B) 質子數 (C) 中子數 (D) 電子數 (E) 原子序 7 . 在 一 大 氣 壓 下 純 水 從 常 溫 下 開 始 緩 緩 冷 卻，直到全部凍結為止，以冷卻時間和溫 度 作 關 係 圖 ， 下 列 那 一 個 圖 最 正 確 ？ 【1 0 】 (A) ( B ) (C) ( D ) 8 . 下列有關從混合物中分離某物質的各實驗 操作，各有一最相關的方法或物質【(a) ~ (e)中選一】，則哪一答案組合正確？【11】 甲、利用乙醚分離溶於水中微量的 1 - 丁 醇。 乙、冷卻飽和的硝酸鉀水溶液，以便分離 硝酸鉀。 丙、由甲醇水溶液分離甲醇。 丁、由 食 鹽 和 蔗 糖 的 混 合 水 溶 液 除 去 食 鹽。 a 、蒸發 b 、蒸餾 c 、萃取 d 、再結晶 e 、離子交換樹脂 題組 9 ∼ 1 5 試從下列專有名詞中擇一最適當者，分 別以代碼填入各問題的【 】內作答。 ( A )甲烷、(B) 乙烷、( C )丙烷、( D ) 丁烷、 (E)水玻璃、( F )硼玻璃、( G )強化玻璃、 (H) 鈉玻璃、 (I)果糖、(J)阿斯巴糖、 (K) 寡醣、(L) 肝糖、(M) PE（聚乙烯）、 (N) PS（聚苯乙烯）、 (O) PVC（聚氯乙烯）、(P) Nylon（耐綸）、 (Q) 陶瓷、( R )植物纖維、( S )消炎劑 9 . 衛生餐具的樹脂材料(保麗龍、 polyron)為 【12 】 。 1 0 .一般超市的購物袋乃以 【1 3 】 為材料製 成的。 1 1 .市販的打火機內裝有液化的化合物主要成 分為 【1 4 】 。 1 2 .市販的大桶裝瓦斯裝有液化的化合物主要 成分為 【1 5 】 。 1 3 .女性絲襪的主要原料為 【16 】 纖維。 1 4 .電視的飲料廣告中， oligo 或 mini-oligo 指 的是什麼東西？ 【17 】 6 8
1 5 .電磁爐上加熱烹飪用的玻璃器皿屬哪一種 類？ 【18 】 1 6 .假設有一長一短的兩根材質粗細相同的蠟 燭和大玻璃杯，長、短蠟燭長度分別為玻 璃杯高度的 2/3 與 1/3 ，如下圖所示，今用 大玻璃杯蓋上並排點燃的兩根蠟燭，發現 蠟 燭 會 逐 漸 熄 滅 ， 且 長 蠟 燭 較 短 蠟 燭 先 熄。試問下列哪一敘述最能合理解釋該現 象？【19 】 (A) 玻璃杯內的空氣逐漸消失殆盡。 (B) 同溫同壓下，二氧化碳的比重較空氣 大。 ( C ) 同溫同壓下，二氧化碳的比重較空氣 小。 (D) 燃燒造成空氣對流，二氧化碳的比重 變得較空氣大。 ( E ) 燃燒造成上下溫差，二氧化碳的比重 變得較空氣小。 1 7 .燃料的莫耳燃燒熱是每莫耳燃料完全燃燒 時所放出的熱量。下表為一些常見的莫耳 燃燒熱，其中液態氫是最適合用來當作火 箭 推 進 的 燃 料 ， 其 主 要 的 原 因 可 能 是 ？ 【2 0 】 (A)分子量最小 (B)莫耳燃燒熱最大 ( C ) 單位重量燃燒熱最大 (D)容易液化，方便攜帶。
說明題：
(40%) 有關實驗室製備氣體的問題。試回答下 列各題。 1 . 實驗室製備氣體所用的稀硫酸，常以市售 的濃硫酸（9 8 . 0 % , 1 . 8 0 g / m L）稀釋來調 製。 ( a ) 試 計 算 市 售 濃 硫 酸 的 莫 耳 濃 度 ( m o l / L) 。 (b) 欲調製 3mol/L 的稀硫酸溶液 1L ，需要 上述的濃硫酸多少 m L ？ (c) 試寫出此稀釋的操作及其注意事項。 2 . 依指示說明實驗室製備(1)NH3、( 2 ) O2、 (3) H2、(4) Cl2、(5)CO2各氣體的方法， 說明順序按( A ) ~ ( E )依序詳記。( A )必要的 試劑（從I 群
的試劑中選用）、(B)實驗操 作需加熱與否、( C ) 收集氣體的方法（從II 群
的方法中選用）、(D)氣體的性質（從III 群
的氣體性質中選用）、(E)化學反應 式〔I群：試劑〕
(a)二氧化錳、( b )氯化鈉、( c )氯化銨、 (d)氫氧化鈣、(e)碳酸鈣、( f )雙氧水、 (g)金屬銅、(h)金屬鋅、( i )稀鹽酸、 (j)濃鹽酸、(k) 稀硫酸、( l )濃硫酸、 ( m )稀硝酸、(n) 濃硝酸〔II群：收集氣體的方法〕
(a) 排水集氣法、( b )向上排氣法、 (c)向下排氣法〔III群：氣體的性質〕
( a ) 產生無色無臭的氣體，有助燃性。 (b) 產生無色氣體，但一觸空氣即變成褐 色。 (c) 產生無色無臭的氣體，該氣體是所有 氣體中最輕者。 (d) 產生無色無臭的氣體，通入澄清的石 灰水中，則呈白濁。 (e) 產生無色具有刺激臭的氣體，該氣體 靠近濃氨水，則產生白煙。 (f) 產生無色具有刺激臭的氣體，該氣體 易溶於水呈鹼性。 (g) 產 生 無 色 氣 體 ， 在 空 氣 中 燃 燒 該 氣 體，產生多量的黑煙灰。 ( h ) 產生刺激臭的褐色氣體，溶於水，則 呈強酸性。 (i) 產生刺激臭的黃綠色氣體，該氣體的 水溶液具有漂白作用。 (j) 產生無色具有刺激臭的氣體，該氣體 通入於硫化氫的水溶液，則呈白濁。 (k) 產 生 臭 蛋 味 的 氣 體 ， 通 入 硝 酸 鉛 溶 液，則產生黑色沉澱。 色褪去可得下列何種產物？ (A)1- 溴丙烷 (B)2- 溴丙烷 (C)1,3 二 溴丙烷 (D)1,2 二溴丙烷。 ( ) 2. 丙烯與氫氣在金屬的催化劑作用下， 可得何種化合物？ (A)丙醇 (B)丙烷 (C)丙酸 (D)丙炔。 ( ) 3. 苯與溴在溴化鐵的催化下反應可以得 到溴苯(C6 H5 Br)，此反應屬於何種反 應？ (A)加成反應 (B)脫去反應 (C)取代反 應 ( D )氫化反應。 ( ) 4. 苯與硝酸在硫酸的催化作用下可以得 到硝苯(C6 H5 NO2 )，此反應屬於何種 反應？ (A)氧化反應 (B)加成反應 (C)脫去反 應 ( D )取代反應。 ( ) 5. 有關甲烷與氯氣反應可得到氯甲烷之 反應的敘述，下列何者錯誤？ ( A ) 另一產物為氯化氫 ( B ) 需要照光 (C)為加成反應 (D)需要加熱。 ( ) 6. 下列有關催化劑的敘述，何者錯誤？ (A) 催化劑可與反應物形成位能較低 的活化複體。 (B) 催化劑可改變生成物之產率。 ( C ) 催化劑可改變反應途徑。 (D) 反 應 結 束 後 催 化 劑 質 量 沒 有 改 變。 ( ) 7. 已知鉛蓄電池之陰極為 P b O2，陽極 為 P b ，電解液為濃硫酸，下列敘述 何者錯誤？(A) 電池放電時 PbO2被還原為 PbSO4 ~~~~~ ~~~~~ ~~~~~
貳、筆試二
一、選擇題
(每題 3 分，共 60 分；每題有一 個正確答案) ( ) 1. 丙烯與溴在四氯化碳溶液混合後，顏。 (B) 放電時 Pb 被氧化成 PbSO4。 ( C ) 充電時為放電時之逆反應。 (D) 充電時硫酸濃度降低。 ( ) 8. 下列有關氧化數(Oxidation number) 的 敘述，何者錯誤？ (A) 氧化物中氧元素的氧化數為 -2 。 (B) 氫與非金屬元素化合時，其氧化 數為 +1 。 ( C ) 任何原子最大氧化數為其價電子 數。 (D) 元素態的物質其原子之氧化數為 零。 ( ) 9. 下列有關氧化劑與還原劑之敘述何者 錯誤？ (A) H2O2為還原劑產生 O2。 (B) X-為氧化劑產物為 X 2。 ( C ) H2S 為還原劑產物為 S 。 (D) MnO2為氧化劑產物為 Mn2+。 ( )10. 把鋅片置入硫酸銅溶液中，鋅片會消 失而析出銅，且硫酸銅溶液的顏色會 消 失 。 利 用 此 反 應 來 做 成 一 個 電 池 時，下列敘述何者為錯誤？ (A) 鋅片為陽極，發生氧化反應。 (B) 銅片為陰極，發生還原反應。 ( C ) 電子流由銅極流向鋅極。 (D) 正離子流向陰極。 ( )11.下列有關「金屬」性質之敘述，何者 錯誤？ (A) 過渡金屬為電與熱的導體。 (B) 鹼金屬價電子組態為 ns1，其氧化 物溶於水呈鹼性。 ( C ) 鹼土金屬之金屬鍵較鹼金屬弱。 (D) 過渡元素大都具有多種氧化態。 ( )12.有關鋁之製備何者有誤？ (A) 利用郝耳發明的電解法。 (B) 電解槽內襯石墨作為陰極。 ( C ) 槽內碳棒作為陰極。 (D) 電解熔融的氧化鋁及冰晶石 (Na3AlF6)。 ( )13.有關鐵之敘述何者錯誤？ (A) 地球核心之主要成份。 (B) 鐵之化性活潑具強還原性。 ( C ) 為最具磁性之物質。 (D) 冶鐵時用的鼓風爐，使用灰石為 還原劑。 ( )14. 有關氟元素之應用，何者錯誤？ (A) 在自來水中加入氟氣體可以預防 齲齒。 (B) 四 氟 乙 烯 的 高 分 子 聚 合 物 稱 為 (Teflon)，為抗化性物質。 ( C ) 六 氟 化 鈾 氣 體 用 於 鈾 同 位 素 分 離。 (D) 氟氯碳烷( F r e o n )作為冷媒，會破 壞臭氧層。 ( )15. 下列有關磷之敘述何者錯誤？ (A) 磷酸( H3 PO4 )為三質子酸。 (B) 亞磷酸( H3 PO3 )為三質子酸。 ( C ) 磷酸可做磷肥。 (D) 兩個磷酸分子脫去一分子水，可 得焦磷酸( H4 P2 O7 )。 ( )16.有關矽之製備何者有誤？ ~~~~~ ~~~~~ ~~~~~ ~~~~~ ~~~~~ ~~~~~ ~~~~~ ~~~~~ ~~~~~
~~~ ~~~ (A)工業上以石墨還原熔融的白砂。 (B) 實 驗 室 中 則 以 鎂 或 鋁 當 作 還 原 劑。 ( C )矽與氯作用產生四氯化矽液體。 (D)以金屬鈉來還原四氯化矽可得純 矽。 ( )17.有關氯之含氧酸何者有誤？ (A)氧化數最小的為次氯酸(HClO)。 (B) 次氯酸是強酸及強氧化劑。 ( C )氯酸(HClO3)之水溶液為強酸。 (D)過氯酸(HClO4)鹽類之氧化力強可 作爆炸物。 ( )18. 有關稀有氣體之敘述何者錯誤？ (A)氦氣可由天然氣中分離出來。 (B) 氖氣可由液態空氣中分餾而得。 ( C )氬氣可作為燈泡之充填材料。 (D)氙 氣 可 用 來 稀 釋 氧 氣 避 免 潛 水 病。 ( )19. 有 關 一 般 汽 車 使 用 的 觸 媒 轉 化 器 (catalytic converter)，下列敘述何者 錯誤？ (A)可將一氧化碳及未燃燒的碳氫化 合物氧化成二氧化碳及水。 (B) 可將氮的氧化物還原成氮氣。 ( C )通常使用過渡金屬之氧化物及鈀 鉑等。 (D)對所有汽油皆為有效。 ( )20. 有關溶液酸鹼度 p H 值之敘述何者錯 誤？ (A)可測得任何溶液之酸鹼強度。 (B) 酸性溶液的 pH 值小於 7 。 ( C ) 在攝氏 25℃時，中性溶液的 pH 等 於 7 。 (D) pH 值可以為負數。
二、多重選擇題
(全對者每題得 5 分，共 40 分) ( ) 1. 有關於氧之敘述何者正確? (A) 氧為地殼中含量最多的元素。 (B) 大氣對流層中之氧以 O2 為主。 ( C ) 臭氧(O3 )會吸收太陽的紫外線。 (D) 非金屬氧化物溶於水呈鹼性。 ( E ) 臭氧是強氧化劑可作飲水之殺菌 劑。 ( ) 2. 下列離子中與 A r 相同電子組態者有 那些? (A) Fe3+ (B) Ca2+ (C) K+ (D) Cl -(E) Ti3+ 。 ( ) 3. 有關電子組態之敘述正確的有那些? (A) 每個原子只有一個電子組態。 (B) 電子優先佔有低能階的軌域。 ( C ) 3d 能階小於 4s 。 (D) 同軌域內電子自旋相反。 ( E ) 當數個電子佔據相同能階之軌域 時，可有最多數自旋方向相同的 電子。 ( ) 4. 下列有關鹵素之敘述正確的有那些？ (A) 鹵素之氧化力隨原子序增加而遞 減。 (B) 溴可以使氯離子氧化。 ( C ) 與金屬反應時，金屬被氧化。 (D) 與非金屬反應時則共用電子。 ~~~~~ ~~~~~ ~~~~~( E ) 氟分子鍵能最大。 ( ) 5. 有關鹼金屬之敘述有那些正確？ (A) 電解食鹽水陰極可得氫氧化鈉。 (B) 電 解 熔 融 的 氯 化 鈉 ， 陰 極 可 得 鈉。 ( C ) 鉀比鈉活潑。 (D) 可用液態鈉還原鉀離子來製鉀。 ( E ) 鉀、鈉皆可與氧氣反應形成超氧 化物( KO2， NaO2 )。 ( ) 6. 下列那些方法可以增加反應速率? (A) 增加溫度。 (B) 增加反應之濃度。 ( C ) 增加接觸面積。 (D) 加入催化劑。 ( E ) 反應物分壓加大。 ( ) 7. 有關酸雨之敘述何者正確？ (A) 酸雨之來源為硫及氮之氧化物。 (B) 酸雨可與土壤中之氧化鋁反應產 生有害之鋁離子。 ( C ) 酸雨可腐蝕大理石。 (D) 要減少酸雨就要少用化石燃料。 ( ) 8. 有關烷類之反應何者正確？ (A) 烷類可以和強氧化劑如高錳酸鉀 反應。 (B) 甲烷與硝酸在高溫加熱可得硝甲 烷。 ( C ) 正丁烷在高溫下行脫氫反應得到 1- 丁烯。 (D) 丙烷與氯反應，可得四種二氯丙 烷異構物。
參、筆試三
一、單一選擇題：
（每題 3 分、共 30 分） ( ) 1. 有一硫酸溶液比重為 1.18 、而其體積 摩耳濃度為 3.0 M；則此硫酸溶液的 重量百分率濃度為：（1）10%；（2） 3 0 %；（3）1 5 %；（4）25% 。 ( ) 2. 空氣大約含 80% 的氮氣與 20% 的氧氣 (以摩耳為基準)。在 1atm 與 0 oC 下有 一 22.4 公升的容器裝滿著空氣樣本， 若將 6.0 克的氫氣裝入此容器中，而 溫度維持不變；則最後混合氣體的平 均分子量為：（1）17.4；（2）8.70； （3）7.95；（4）34.8 g/mole 。 ( ) 3. 兩 容 器 分 別 裝 有 氬 氣 體 ( 原 子 量 為 40g/mole)與氖(原子量為 20g/mole)氣 體。氬容器的絕對溫度值為氖容器的 二 倍 ， 而 氬 氣 的 密 度 卻 為 氖 氣 的 一 半；則兩容器氣體的壓力比 PAr / PNe 為：（1）0.50；(2) 2.0；（3）1.0； （4）0 . 2 5 。 ( ) 4. 下列那一個敘述是錯誤的？（1）將含 有 M n O4-與 M n2 + 的溶液加熱則產生 MnO2沉澱。（2）BaCO3會溶解在酸 性 溶 液 中 ， 而 B a S O4 則 否 。（3 ） M g O 、 B e O 均可溶解在鹼性溶液 中。（4）Hg2+ 和 Zn2+ 離子均可以與 硫離子形成沉澱， ZnS 會溶解在酸性 溶液中，而 H g S 則否。 ~~~~~( ) 5. 在 25℃、 1 atm 下： 丙烷 C3H8燃燒生成 H2O( )、 CO2(g) ；其生成熱為：（1）- 2 2 2 0 . 8； （2）- 1 0 2 5；（3）- 1 3 0 1 . 8； （4）-2621.6 kJ/mol 。 ( ) 6. 下列物質依融點由小至大排列，何者 為正確：（1 ）C ( 鑽石) 、 C1 0H8 、 AlPO4、 LiI；（2）C10H8 、 AlPO4、 LiI 、 C(鑽石)；（3）C10H8 、 LiI 、 AlPO4、 C( 鑽石)；（4）C10H8 、 C (鑽石)、 LiI 、 AlPO4。 ( ) 7. 下列敘述何者是錯誤的？（1）烯類能 與 H2、 HCl 、 Br2發生加成反應。（2） Br2可用來滴定環己烯 C6H10；（3）烯 類在酸性溶液中可被過錳酸鉀氧化。 （4 ）將氯氣通過海水可製得溴。 ( ) 8. 鈉原子從 3P 軌域回到 3S 時，可以觀 察到 5890Å 與 5896Å 兩條光線；其 原因為：（1 ）實驗誤差；（2 ）原子 內部次粒子的作用；（3）電子在軌域 運行時，自旋方向不同；（4）科學家 仍未找出原因。 ( ) 9. 同位素的混合物(如 U - 2 3 8 、 U-235) 分離，下列何者敘述是錯誤的？（1） 可藉擴散方式分離；（2）氣體離心方 式分離、（3）可藉著化學反應的發生 與否來分離； （4 ）將同位素變成帶 正 電 離 子 ， 通 過 一 加 速 電 場 後 來 分 離。 ( )10. CH3CH2O H 在酸性溶液中與 K M n O4 作用會生成：（1）CH3C O O H； （2）CH3CHO；（3）CH2=CH2； （4）CH3CH2OCH2CH3。
二、問答與計算：
（共70 分） 1 . 離子化合物在水中的溶解度通常依靠兩種 能量(或作用力)因素而決定。 L i C l O4 與 CsClO4在 1 0 0 克水中的溶解度分別為 6 0 克與 2 克，試分析此兩種能量對 LiClO4、 CsClO4溶解度的相對影響。(8%) 2 . 理想氣體與真實氣體的狀況有所不同，理 想氣體方程式為 PV=nRT ，而真實氣體的 方程式(凡得瓦方程式)為 [P + a (n/V)2 ][V - nb] = nRT ；a 、 b 為常數、依不同氣體而 定。真實氣體到底與理想氣體有那些不同 而須作此修正？而 (+ a (n/V ) 2 )、 (- nb) 所 代表的意義又為何？試說明之！(10%) 3 . 試用「路以士電子點式」來表示 N O2 、 NO2-、 NO 2+ 的結構，並比較其鍵角大小 且說明理由！(10%) 4 . Fe(OH)3的溶度積常數為 2 x 10-39，試求氫 氧化鐵在純水中的溶解度。(8%) 5 . 有一杯純水置於空氣中，大氣中的二氧化 碳會溶入水中，使水的 p H 值變小。試寫 出（a ）所有的反應方程式( 物質必須寫出 其所處狀態），（b ）反應常數與其表示 式。(9%) 6 . 繪出 C6 H12 ( 除了光學與三環異構物外 ) 的 ~~~~~ ~~~~~異構物。(8%) 7 . 寫出下列反應的主要產物：(9%) 甲、 CH3CH2CH2CH = CH2 + HBr → 濃硫酸 乙、 CH3CH2O H → → 180℃ 濃硫酸 丙、 → → Δ 8 . 試分離硝酸鉛、硝酸鎂、硝酸鋇混合溶液 中的陽離子。(8%)
肆、筆試四
1 . 食物中的水分子在微波照射下發生旋轉， 這 種 分 子 運 動 所 產 生 的 摩 擦 力 可 加 熱 食 物。請問是水分子的何種性質與微波的振 動電場作用而造成其發生旋轉？(6 分) 2 . 請解釋為何三氯甲烷 (CHCl3 ) 的分子偶極 矩較三氯氟甲烷 (CFCl3 ) 的大？(6 分) 3 . 韓國大宇電子最近推出一款新型的免用洗 衣粉的洗衣機，號稱比傳統的洗衣機更具 洗淨力。這款洗衣機的奧祕，在於水龍頭 內加裝了電解器，再透過電解水中的不同 離子，將衣服上的污物和細菌去除 ( 民視 新聞， 2 0 0 1 - 1 2 - 1 6 )。請問是何種物質達 成清除油垢的作用？( 6 分) 4. 市面上銷售的熱敷袋內所裝的液體是醋酸 鈉之過飽和水溶液。使用時僅需輕壓熱敷 袋內的金屬片以引發醋酸鈉結晶而放熱； 再生時則僅需將已固化的熱敷袋置入熱水 中 ( 或以微波加熱 ) 直至全部晶體溶解後， 取出冷卻至室溫即可再次使用。請問此熱 敷袋的原理為何？( 6 分) 5 . 臭氧 (O3 ) 的含量雖僅佔大氣層的仟萬分 之一，但它在平流層 (stratosphere) 中會吸 收有害的紫外光，對地球有著極重要的保 護作用。請問 O3的分子形狀為何？其氧 原子的鍵結情形為何？(9 分) 6 . 氫鍵是否應被稱為一種鍵？ 它與共價鍵有 何相似或不同之處？( 6 分) 7 . 在匹茲堡 ( Pittsburgh ) 的一棟摩天大樓， 為 避 免 萬 一 火 災 時 支 柱 因 受 熱 而 扭 曲 變 形，故在其中空的支柱中灌滿了水。並在 此水中加入碳酸鉀以防止在冬天時水因冷 而結冰。若此 K2 CO3 水溶液的重量百分比 是 3 8 % ，請問其凝固點為何？(12 分) 8 . 在拿破崙攻打俄國時，當溫度低於 1 8 ℃ 時，俄軍制服上的錫鈕扣就會掉落。這是 因為錫發生了下列的反應：(6 分) Sn (白色金屬) Sn (灰色粉末) 請問這是一個吸熱或放熱的變化？ 9 . 硫酸鋇 (BaSO4 ) 的鋇雖然有毒性，但因其 溶解度極小，故仍被作為測胃部 X - 光片 時的顯影劑。已知 BaSO4的莫耳溶解度為 3.87 × 10-5 mol/L ，請計算其 K SP。(12 分) 1 0 .下 列 元 素 請 依 其 電 子 親 和 力 由 低 至 高 排 列：C, Si, N, O, S (6 分) 1 1 .下 列 何 種 化 合 物 具 離 子 鍵 ？ 何 者 具 共 價 鍵？( 1 2 分)1 2 .下列分子或離子的中心原子的混成軌域為 何？( 1 2 分) (a) BCl3 (b) PCl3 (c) SO42- (d) CO 2
伍、實作實驗（一）：硫酸與過氯酸含
量分析
[I]實驗說明
高中化學課程曾介紹酸鹼理論。根據布 －羅酸鹼理論，可提供氫離子者稱為酸，可 接受氫離子者稱為鹼。於酸性物質中，僅可 提供單一氫離子者，稱為單質子酸，能提供 兩個或多個氫離子者，則稱為雙質子酸或多 質子酸。過氯酸( HClO4 )為一單質子酸，每 莫耳過氯酸只能釋出一莫耳氫離子，故僅能 與氫氧化鉀( K O H )進行下述反應：HClO4(aq) + KOH( a q ) ----> KClO4 ( a q ) + H2O(l) ( 1 ) 硫酸則為常見的雙質子酸，每莫耳硫酸 可釋出兩莫耳氫離子，因此可與兩莫耳氫氧 化鈉( N a O H )進行下列反應： H2SO4 ( a q ) + 2NaOH(aq) ----> Na2SO4 ( a q ) + 2H2O(l) ( 2 ) 若欲定量分析硫酸與過氯酸，吾人可以 酸鹼滴定施行之。實驗顯示：過氯酸與鹽酸 同屬強酸，因此以強鹼，如氫氧化鉀或氫氧 化鈉，滴定時，滴定終點的 pH 值約為 7.0 。 對於硫酸，雖然其第二段解離常數小於第一 段解離常數： H2SO4 ( a q ) ----> H+
(aq) + HSO4-(aq), Ka1 = 極大
( 3 )
HSO4
-(aq) ----> H+(aq) + SO42-(aq), Ka2 = 1.3x10- 2
( 4 ) 然其數值仍然可觀，因此若以 0 . 1 0 0 M 的氫 氧化鈉滴定 2 5 . 0 m L 、 0 . 1 0 0 M 的硫酸時， 並不會出現滴定等濃度的草酸（圖一， A）或 磷酸(圖一， B)般的曲線，而會呈現如滴定鹽 酸般的滴定曲線，祇是其中所需的氫氧化鈉 體積增為兩倍(曲線 C) 。 圖一： 以標準氫氧化鈉( 0 . 1 0 0 M ) 滴定 2 5 . 0 mL 、 0.100 M 的草酸（曲線 A）、磷 酸( 曲線 B ）或硫酸（曲線 C ）之滴定 曲線。 進 行 酸 鹼 滴 定 時 ， 我 們 可 選 擇 能 在 範 圍：4 < pH < 10 內變色的指示劑，如酚 A， 指 示 滴 定 終 點 。 當 溶 液 顯 現 紅 色 時（ 持 續 三、四秒鐘不褪色），滴定便臻完成。 雖然酸鹼滴定可藉以分析過氯酸與硫酸 之個別含量，若欲對二者之混合溶液進行定 量 分 析 ， 仍 須 借 助 其 他 分 析 方 法 。 實 驗 顯 示：金屬離子 M+雖不與硫酸根離子進行反 應，卻可與過氯酸根離子產生白色沈澱： M+
(aq) + ClO4-(aq) --- > MClO4(s) (5)
沈澱： M+ (aq) + Y -(aq) --- > MY(s) (6) （橘黃色） （紅色沈澱） 根據這些反應，吾人便可藉由試劑 Y 與 金屬離子 M+，定量分析過氯酸根離子，再藉 以間接得知混合溶液中硫酸之含量。 試劑 Y
[II]試藥與設備：
1 . 過氯酸與硫酸混合溶液， 100 mL/ 瓶 2 . 標準 KOH 溶液(0.1860 M)， 150 mL/ 瓶 3 . 標準 K C l O4溶液( 0 . 1 0 0 0 M ) ， 1 0 0 m L / 瓶 4 . 金屬離子（M+、濃度未知）， 60 mL/ 瓶 5 . 酚 A，乙瓶 6 . 指示劑 Y ，乙瓶 7 . 滴定管(50 mL)兩支含一組固定架 8 . 錐形瓶(125 mL), 六支 9 . 玻璃漏斗, 一支 1 0 .量筒(10 mL), 一支 1 1 .滴管(3 mL) , 二支 1 2 .容量瓶(10 mL)，一只 1 3 .拭紙，若干張 1 4 .A4 白紙，一張 1 5 .標籤紙，二十張 1 6 .攪拌 - 加熱器( 含磁攪拌子一顆) ，一 組 1 7 .蒸餾水， 1 0 0 m L (共用，置於講台) 1 8 .安全眼鏡[III]實驗步驟：
1 . 滴定管均已清洗乾淨，實驗前無須再 清洗。試劑有限，若無特殊原因，恕 難補充。 2 . 利用適當器皿取出 1 0 . 0 0 m L 的過氯 酸 與 硫 酸 的 混 合 溶 液 ， 分 置 於 五 只 1 0 0 - m L 的錐形瓶中，並以標籤指標 明。加入一顆攪拌子與數滴酚 A指示 劑，並於錐形瓶下襯入一張白紙，再 以標準 K O H 溶液滴定之。滴定時， 適當調整攪拌器的攪拌速度，勿使溶 液飛濺。記錄所需 K O H 之體積。重 複前述滴定實驗一次。 「注 意 ： 勿 將 攪拌子遺失或掉入水槽中」 。 如果兩 次體積相差 1 . 0 m L ，須再重複一 次。於本步驟中，你需要哪一種（或 哪些）器具，始能確實取出 10.00 mL 的過氯酸與硫酸混合溶液？ 3 . 以量筒取出約 10 mL 的蒸餾水，置於 一乾淨錐瓶中，重複上述滴定一次。 記錄所需 K O H 之體積。 4 . 於 其 餘 的 兩 只 裝 有 混 合 溶 液 的 錐 瓶 中，加入適量 KOH ，其量如步驟( 2 ) 所得之體積值。 5 . 利用適當器皿取出 1 0 . 0 0 m L 的金屬離子 M ，置入上述瓶中。迨加入 2 0 滴的指示劑 Y 與攪拌子後，以標準 KClO4 溶液滴定過量之金屬離子。當 溶液由紅轉成橘黃色時，停止滴定。 記錄所需 K C l O4 體積。重複滴定一 次。若兩次數值相差 1 . 0 m L 以上， 須再重複一次。 6 . 以約 2 5 m L 的蒸餾水重複步驟(5) 。 記錄所需 KClO4 體積。之後，再以 25 m L 的蒸餾水重複滴定一次。 7 . 依指示清理桌面與廢溶液。以清水清 洗、潤溼玻璃器皿。滴定管清洗後， 請 打 開其 活 拴 ， 再 將 之 倒 掛 於 鐵 架 上。
[IV]實驗數據
1 . 將酸鹼滴定結果填入下表中([KOH] = 0.1860 M)： __________________________________________________ 樣品 V（混合溶液）/ mL VKOH / mL ---混合溶液(1) 10.00 混合溶液(2) 10.00 混合溶液(3) 10.00 空白溶液 ~10 (蒸餾水) __________________________________________________ 2 . 將 K C l O4( 0 . 1 0 0 0 M ) 滴定結果填入下表 中： ____________________________________________________________________ 樣品 V( 混合溶液) / m L ---混合溶液(4) 10.00 混合溶液(5) 10.00 空白溶液（1） ~25（蒸餾水） 空白溶液（2） ~25（蒸餾水） ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ V（金屬離子溶液）/ mL V（KClO4）/ mL --- 10.00 10.00 10.00 10.00 ____________________________________________________________________[V]問題回答：
1 . 你需要哪一種（或哪些）器皿，始能 確實取出 1 0 . 0 0 m L 的混合溶液或金 屬離子溶液？寫出其名稱： 2 . 何謂反滴定？試舉例說明之。 3 . 步驟 ( 3 ) 之意義為何？ 4 . 步驟 ( 6 ) 的目的為何？ 5 . 根據表一與表二所列之數據，計算出 混合溶液中硫酸與過氯酸之含量。將 計 算 邏 輯 與 結 果 清 晰 寫 出 ， 以 利 評 分 。 之 後 ， 再 將 答 案 填 入 下 列 空 格 中。下述答案須含四位有效數字。 答：[HClO4] = M ； [H2SO4] = M 。陸、實作(二)
題目：
使用本實驗所提供之藥品與儀器，設計 一個實驗步驟來測定硝酸鉀（K N O3）在冰 水、室溫、 30℃、 40 ℃、 50 ℃之溶解度，並 繪出其溶解度與溫度的關係圖。說明：
溶解度一般是以 100 公克的溶劑中所溶 解的溶質公克數來表示。已知硝酸鉀於 80 ℃ 水溫下之溶解度約為（9.4g 5g 水）。假定 在室溫下， 1 m L 水其質量為 1g 。實驗藥品：
硝酸鉀〈KNO3， MW=101.11〉 6 0 g 冰塊、蒸餾水 自由取用器材：
試管 × 5 橡皮塞 × 5 試管架 × 1 護目鏡 × 1 試管刷 × 1 刮勺 × 1 錐形瓶 2 5 0 m L × 1 加熱板 × 1 量筒 10 mL × 1 乳頭滴管 × 3 燒杯 400 mL × 1 天平（共用） × 1 燒杯 600 mL × 2 稱量紙 × 1 0 標籤紙 × 1 溫度計 × 1 清潔之抹布 × 2注意事項：
1 . 桌上之實驗器材及藥品均足夠使用， 倘有不足者，可以向老師申請，但是 每次請領扣成績 5 分。 2 . 實驗器材使用前後均需清洗乾淨。 3 . 本實驗所提供的冰塊、蒸餾水可自由 取用。 4 . 可使用簡易型計算機。問題：
1 . 說明如何利用所提供之儀器來控制實 驗所需之溫度？( 1 0％) 2 . 請寫出實驗步驟流程圖來說明如何測 量出硝酸鉀在某一溫度下之溶解度？ ( 3 0％) 3 . 請表列出硝酸鉀溶解度（g 100g）與 溫度（℃）的數據，並利用所附方格 紙繪出硝酸鉀溶解度（g 1 0 0 g）與 溫度（℃）的關係圖。(30 ％) 4 . 利用硝酸鉀、氯化鈉之溶解度與溫度 之關係，設計一實驗流程將含有 3 0 公克氯化鈉及 4 0 公克硝酸鉀的混合 物 ， 分 離 出 至 少 3 5 公 克 純 的 硝 酸 鉀。假設氯化鈉於 0 ∼ 50℃之溶解度 皆為（3 6 g 1 0 0 g 水）。( 3 0％)柒、參考解答
【筆試一】 一、選擇題部份二、說明題 1 . (a)18M 。 (b)166.67mL 。 ( c )略。 2 . 【筆試二】 一、 選擇題: 1.D 2.B 3.C 4.D 5.C 6.B 7.D 8.A 9.B 10.C 11.C 12.C 13.D 14.A 15.B 16.D 17.B 18.D 19.D 20.A 二、多重選擇題: 1.A,B,C,E 2.B,C,D 3.B,D,E 4.A,C,D, 5.A,B,C,D 6.A,B,C,D,E 7.A,B,C,D 8.B,D 【筆試三】 一、 選擇題: 1.（4 ） 2.（2 ） 3.（4 ） 4.（3 ） 5.（1 ） 6.（3 ） 7.（3 ） 8.（3 ） 9.（3 ） 1 0 .（2 ） 二、計算 1 . 水合能與晶格能的互相競爭。 ClO4 -為相對上(比 Li+、 Cs+)為一較大的離 子， Li+、 Cs+與 ClO 4-之作用力相差 不 大 ， 在 晶 格 中 可 視 為 L i C l O4 與 C s C l O4之晶格能差不多。而水合能 中、因陽離子 Li+ 比 Cs+ 小很多， Li+ 水合時能量釋出較大，故 L i C l O4的 的溶解度較大。 2 . 理想氣體假設：粒子間無引力( 作用 力) ，粒子不佔體積，與真實氣體的 狀 況 有 所 不 同 。 真 實 氣 體 的 方 程 式 (凡得瓦方程式)為 [ P + a (n / V) 2 ][ V - nb] = nRT；a 、 b 為常數、依不同 氣體而定。真實氣體中粒子佔體積， 測量的氣體減去粒子所佔體積( - nb ) 才符合理想氣體之假設。真實氣體粒 子間有吸引力，使其撞容器壁的瀕率 減少，真正的壓力應加上一數值以修 正。每一撞容器壁的粒子受到其它粒 子(粒子數 n / V )的影響，而撞容器 壁的粒子數為 n / V 。故總效應為 + a (n/V)2 )。
3 .
4 . [OH- ] = 10-7 M ， Ksp =2 x 10-39 =
[Fe3+ ] [OH- ]3。 S=2x10- 1 8 M
5 .
甲、 CO2(g) = CO2(aq)
Kg = [CO2(aq)] / [CO2(g)] 乙、 CO2(aq) + H2O(l) = H2CO3(aq) Keq = [H2CO3(aq)] / [CO2(aq)]
丙、 H2CO3(aq) = H+ + HCO 3 - Ka1 = [H+] [HCO 3-] / [H2CO3(aq)] 丁、 HCO3- = H+ + CO 32 - Ka2 = [H+] [CO 32- ] / [HCO3-] 乙、丙使二式可合為一 6 . 7 . 甲、 CH3CH2CH2CHBrCH3 乙、 CH2=CH2 丙、 C6H5-SO3H 8 . Pb2+ ， Mg2+ ， Ba2+ ， 甲、 Add Cl- solution PbCl 2(s) ppt
乙、 Add SO42- solution BaSO 4(s) ppt 丙、 Mg2+ left 【筆試四】 1 .【A n s：水分子的偶極矩(dipole moment)】 2 .【A n s ：由於 C - H 鍵的偶極矩與三個 C-Cl 鍵的偶極矩向量和的方向相同， 兩者相互加成；反之， C-F 鍵的偶極 矩與三個 C - C l 鍵的偶極矩向量和的 方向相反，兩者相互抵銷。】 3 .【Ans：應是電解水產生氫氧離子，氫 氧離子可催化油脂的水解，達到清除 油垢的作用。】 4 .【Ans：金屬片一旦引發少量醋酸鈉結 晶，則最初生成的醋酸鈉晶體會使得 過飽和之醋酸鈉水溶液中的醋酸鈉立 刻快速結晶而析出形成無色固體，醋 酸鈉結晶而析出時會放熱而使熱敷袋 發熱；將固化之熱敷袋再加熱，可使 得已析出之醋酸鈉晶體再溶解形成過 飽和之醋酸鈉水溶液。】 (下轉第 44 頁)
