主辦單位： 教 育 部 中 等 教 育 司
承辦單位： 國 立 高 雄 師 範 大 學 化 學 系
教育部 92 學年度高級中學數理及資訊學科能力競
賽
I.教育部九十二學年度高級中學化學科能力競賽決賽實作（一）
試題
編號：
（請填寫） ※注意：1.請填寫編號，並於本試題紙上按題作答。 2.可以使用電子計算機。
題目：化合物的溶解度與混合物的分離
一、注意事項： 本實驗所使用的藥品有樣品1、2、3 和 4 與四種溶劑，如實驗失敗需重新領藥，每領一種 樣品一次扣總分30 分，每領一種溶劑一次扣總分 20 分。 二、實驗目的： 依三種不同化合物在各種溶劑下的溶解性，規劃一個最有效率的分離方法，並檢測出樣 品4 中各化合物的含量與重量百分比。 三、固體藥品： 樣品1 是化合物 A 樣品 2 是化合物 B 樣品3 是化合物 C 樣品 4 是化合物 A, B, C 的混合物 四、溶劑： 正己烷、醋酸乙酯、乙醇和蒸餾水。 五、器材： 名 稱 數 量 名 稱 量數 1.標籤紙 1 大張(16 小張) 8.濾紙55 mm 5 張 2.樣品瓶20 mL 12 個 9.秤量紙10cm*10cm 5 張 3.錐形瓶50 mL 5 個 10.刮杓 5 支 4.玻璃棒 4 支 11.滴管 5 支 5.側管錐形瓶125 mL 1 個 12.量筒10 mL 1 個 6.水流抽器裝置 1 組 13.天平 1 台 7.布克曼漏斗Φ55 mm 1 個 比賽開始後五分鐘內請確實清點藥品及所需器材是否短少，並立即向監試人員反應 ， 五分鐘後如發現有短少情形將不予受理。■ 實驗一：溶解性試驗（36%）
作法：樣品1、2 及 3 均已定量，每包約為 0.50 克，取適量（體積）之不同溶劑倒入每一種樣 品中測試其溶解情況，並完成下表。( 請標示「不溶」、「微溶」、「可溶」) 樣 品 1 樣 品 2 樣 品 3 正 己 烷 醋酸乙酯 乙 醇 蒸 餾 水■ 實驗二：規劃混合物分離步驟（24%）
作法：請依據實驗一的溶解性試驗自行規劃實驗步驟，以便最有效率的分離樣品4 中的三種 化合物。請以條列方式敘述所規劃的實驗步驟，並標示其順序。■ 實驗三：實驗步驟實施（40%）
作法：請你依照實驗二所設計的實驗步驟，實施你的實驗步驟，並將結果做定量的計算。 （需寫出完整的計算過程） 一、樣品4 總重： 二、樣品4 中化合物 A 的重量： ； 重量百分率： 三、樣品4 中化合物 B 的重量： ； 重量百分率： 四、樣品4 中化合物 C 的重量： ； 重量百分率：※實作（一）試題參考答案
■
實驗一：溶解性試驗 樣 品 1 (對羥基苯甲酸) 樣 品 2 (硫酸鈉) 樣 品 3 (萘) 正 己 烷 不溶 不溶 可溶 醋酸乙酯 可溶 不溶 可溶 乙 醇 可溶 不溶 微溶 蒸 餾 水 不溶 可溶 不溶■ 實驗二：規劃混合物分離步驟
分離步驟： 一、將樣品四精秤重(W1)後倒入 100mL 錐形瓶中，加入適量正己烷(約 10mL)，充分攪拌後 以抽器過濾裝置過濾，重複二次，待有機溶劑揮發完全後將殘餘物秤重(W2)。 二、將殘餘物以刮杓刮入另一個100mL 錐形瓶中，加入適量醋酸乙酯(約 10mL)，充分攪拌 後以抽器過濾裝置過濾，重複二次，待有機溶劑揮發完全後將殘餘物秤重(W3)。■ 實驗三：實驗步驟實施
作法：請你依照實驗二所設計的實驗步驟，實施你的實驗步驟，並將結果做定量的計算。 （需寫出完整的計算過程） 一、樣品4 總重： W1 。 二、樣品4 中化合物 A 的重量： W2-W3 ； 重量百分率： (W2-W3)/W1×100 ％ 三、樣品4 中化合物 B 的重量： W3 ； 重量百分率： W3/W1×100 ％ 四、樣品4 中化合物 C 的重量： W1-W2 ； 重量百分率： (W1-W2)/W1×100 ％樣品
4 組成
組別(編號) A B C 3n+1 n=0-16 30％ 50％ 20％ 3n+2 n=0-16 20％ 50％ 30％3n n=0-17 30％ 40％ 30％
I.教育部九十二學年度高級中學化學科能力競賽決賽實作（二）
試
題
編號：
（請填寫） ※注意：1.請填寫編號，並於本試題紙上按題作答。 2.可以使用電子計算機。
題目：以滴定方法測定雙質子酸的分子量
一、說明：一個含C、H、O 的雙質子酸，其 pKa 分別為 1.9 和 6.2。如果以 NaOH 滴定，兩個當量點 可以分別用甲基橙(pH 變色範圍：3.1-4.4)和酚酞(pH 變色範圍：8.0-9.6)兩個指示劑來決 定。 二、器材： I.個人器材 名 稱 數量 名 稱 數量 1.50mL(或 100mL)量筒 一支 7.稱量紙 五張 2.漏斗 一個 8.洗滌瓶 一個 3.滴定管 一支 9.125mL 錐形瓶 二個 4.滴定管夾與鐵架 一組 10.刮勺 一支 5.滴管(含橡皮套) 一支 11.玻棒 一支 6.抹布 一塊 12.天平 一套 II.共用器材 蒸餾水 三、藥品： 1.未知雙質子酸 10 克 2.NaOH 溶液 200mL (濃度標示於藥品瓶上) 3.甲基橙指示劑 4.酚酞指示劑 四、實驗步驟： I. 實驗 1 稱取約2 克的雙質子酸並溶於蒸餾水(約 50 毫升)中，加入數滴的酚酞指示劑，以 1 M 的 NaOH 水溶液(正確的濃度標示於 NaOH 容器上)滴定至指示劑變色。
II. 實驗 2 稱取約2 克的雙質子酸並溶於蒸餾水(約 50 毫升)中，加入數滴的甲基橙指示劑，以 1 M 的 NaOH 水溶液(正確的濃度標示於 NaOH 容器上)滴定至指示劑變色。 五、結果記錄： I. 實驗 1 稱取雙質子酸的重量為____________________克。 滴定前溶液的顏色為__________________。 完成滴定時溶液的顏色為__________________。 完成滴定所使用的NaOH 水溶液體積為__________________mL。 II. 實驗 2 稱取雙質子酸的重量為____________________克。 滴定前溶液的顏色為__________________。 完成滴定時溶液的顏色為__________________。 完成滴定所使用的NaOH 水溶液體積為__________________mL。 六、問題： 1.下圖為此雙質子酸的滴定曲線圖。將甲基橙和酚酞的 pH 變色範圍標示於圖中。 2.由實驗 1 所得的數據，得到此雙質子酸的分子量為______________g/mol。 3.由實驗 2 所得的數據，得到此雙質子酸的分子量為______________g/mol。 4.此雙質子酸的分子式為____________________________________。
-※實作（二）試題參考答案
五、結果紀錄： I.實驗 1 稱取雙質子酸的重量為 1.97 克。 滴定前溶液的顏色為_____無色_____。 完成滴定時溶液的顏色為_____粉紅_____。 完成滴定所使用的NaOH 水溶液體積為 34.1 mL。 II.實驗 2 稱取雙質子酸的重量為 2.02 克。 滴定前溶液的顏色為_____紅____。 完成滴定時溶液的顏色為____黃____。 完成滴定所使用的NaOH 水溶液體積為 17.4 mL。 六、問題： 1.下圖為此雙質子酸的滴定曲線圖。將甲基橙和酚酞的 pH 變色範圍標示於圖中。 2.由實驗 1 所得的數據，得到此雙質子酸的分子量為 116 g/mol。 3.由實驗 2 所得的數據，得到此雙質子酸的分子量為 116 g/mol。 4.此雙質子酸的分子式為 HOOC-CH=CH-COOH 。II.教育部九十二學年度高級中學化學科能力競賽決賽筆試(一)(二)試題
※ 注意：1.選擇題及化學尋寶題請依題號將答案填寫於答卷上。 2.非選擇題及問答題作答時不必抄題。請依試題題號將答案依照順序寫在試卷上，於本試 題上作答者不予計分。 3.禁止使用電子計算機。 4.試題隨答案卷一併繳回。 一、選擇題 ( 30%，共 20 題，每題 1.5%；原子量 H = 1, C = 12, N = 14 , O = 16） 1. 室溫下那一個氣體在水中的溶解度最大？ (A) CO2(g) (B) N2(g) (C) O2(g) (D) HCl(g) 2. 用於化妝品中的果酸為一種弱酸，其分子式為 C3H6O3。5.0 克化妝品溶於水中，需要 用4 毫升 0.125 M 的 NaOH 溶液滴定始達終點；假設此化妝品中不含其他的酸、鹼性 的物質，請問此化妝品中果酸含量為多少？ (A) 0.9 % (B) 1 % (C) 9 % (D) 10 % 3. 有一木雕藝術品，經放射強度的檢測發現其14C 之含量為現今樹木的八分之一，請問 此藝術品有多久的歷史？ (14C 的半生期為 5600 年) (A) 700 年 (B) 2800 年 (C) 11200 年 (D) 16800 年 4. 依據 VSEPR 的模型分析，下列分子中何者之鍵角最大？ (A) BF3 (B) CS2 (C) CBr4 (D) H2Se 5. 下列那一些物質是屬於三度空間之網狀固體？ (A)石墨 (B)石英 (C)石膏 (D)石綿 6. 下列有關於氮元素的敘述何者不正確？ (A)由路易士電子點式可以知道氮分子是由氮原子經三鍵的鍵結組成。 (B)氮氣會與氧氣作用形成 NO 與 NO2 的分子化合物。 (C)氮氣的活性不高，所以不會和金屬形成氮化物。 (D)硝酸是由NO2 與水作用所形成的溶液。 7. 葡萄糖 18.0 克溶於 200 克水的溶液，其沸點會是多少？ (水的莫耳沸點上升常數為 0.52 oC/m, 葡萄糖分子量 = 180 ) (A) 102.6 oC (B) 100.26 oC (C) 99.74 oC (D) 100.01 oC 8. 獲得 1999 年度諾貝爾化學獎的 Zewail 教授開創了「飛秒(10-15)化學」的新領域，利用 激光(雷射)光譜技術，使得觀測化學反應時，分子中原子的運動成為可能。試問：該 技術可觀察到下列選項中的哪些事項？ (A)化學反應中，反應物分子的分解。(B)化學反應中，分子的價電子轉移。 (C)化學反應中，離子的形成。 (D)化學反應中，原子核的分裂。 (E)原子核的內部結構。 9. 已知元素 X 的最高氧化態(數)的含氧酸，可以用 HnXO2n-2來表示。試問X 在最低氧化 態(數)的氣態氫化物中，X 元素的氧化數為何？ (A) –4 + 2n (B) –6 + 2n (C) –8 + 3n (D) –10 + 4n (E) –12 + 3n 10. 有一種無機高分子，其化學式為[Al2(OH)xCly•zH2O]n，則x 應等於下列的哪一項？ (A) y6 (B) y6 (C) 6y (D) y3 (E) y3 (F) 3y 11. 某化合物 M 由元素 X 與元素 Y 所組成。經分析得知 M 中含有 70%的 X。已知 X 的原 子量是Y 的 3.5 倍，則下列選項中的哪一個是 M 的實驗式？ (A) XY (B) XY2 (C) XY3 (D) X2Y (E) X2Y2 (F) X2Y3 12. 在一水溶液中加入過量的稀鹽酸，則得白色沉澱。過濾後，在濾液中通入H2S，則 產生黃色沉澱。試問下列選項中的哪一組離子，最符上面的敘述？ (A) Ag ， 2 Cu ，Na (B) Ag ， 2 Pb ，Zn2 (C) Pb2 ，Al3 ，Ca2 (D) Cd2 ，Fe3 ，Mg2 (E) Ag ， 2 Cd ，K (F) Pb2 ，Cu2 ，Al3 13. 碘化鈉晶體和濃硫酸反應，不生成碘化氫，而生成碘，這是因為： (A)濃硫酸的濃度不夠所以不能得到氣態的碘化氫。 (B)此反應須再溶液中進行。 (C)氫碘酸被濃硫酸脫水。 (D)生成的碘化氫被濃硫酸氧化。 14. 下列敘述中不正確的是： (A)稀釋濃硫酸時，要將水沿燒杯內壁緩緩加入硫酸中，並不斷攪拌。 (B)稀硫酸不能與銅反應，而濃硫酸在一定條件下可和銅反應生成ＳＯ2和Ｃu ＳＯ４、 H2O。 (C)熟石膏吸水硬化凝固，利用這點可製石膏模型和石膏繃帶。 (D)以上皆不正確。 15. 4.6 克鈉在空氣中燃燒，若空氣中含氧氣體積以１／５計算。問需要標準狀態下空氣 體積為？ (A)２.２４Ｌ (B)４.４８Ｌ (C)５.６Ｌ (D)１１.２Ｌ 16. 25.00 毫升 0.100 M 的三乙基胺(CH3CH2)3N 的樣本以 0.0500 M HCl 的溶液來滴定， 滴定數據如下： 滴入之HCl 毫升數 溶液之pH 值 0.00 11.86 25.00 10.71
50.00 6.79 試問三乙基胺(CH3CH2)3N 的 pKb值為何？
(A) 10.71 (B) 3.29 (C) 7.21 (D) 5.25
17. 下列哪一個化合物在酸中的溶解度比其在純水中增加的最多： (A) NH4C1 (B) CuS (C) AgCl (D) PbSO4
18. 砷酸 H3AsO4 為一三質子酸，其在水中的解離行為與磷酸相同。若將化合物 Ag3AsO4
溶於純水中，則有關此容易的敘述哪一個是正確的： (A) [Ag+]/3 = [AsO
43-] + [HAsO42-] + [H2AsO4-] + [H3AsO4]
(B) [Ag+] = [AsO
43-] + [HAsO42-] + [H2AsO4-] + [H3AsO4]
(C) [Ag+] + [H+] = [AsO
43-] + [HAsO42-] + [H2AsO4-] + [H3AsO4] + [OH-]
(D) [Ag+]/3 + [H+] = 3[AsO
43-] + 2[HAsO42-] + [H2AsO4-] + [H3AsO4] + [OH-]
19. 有一雙質子酸 H2A 在水中可解離為，其 pKa1、pKa2 分別為 4.00 與 8.00。則 0.100 M
H2A 的氫離子濃度可由公式 Ka1 = [H+]2 /（0.1-[H+]）計算出。試問上列公式作了哪些
假設：
(A) [H+]>>[OH-]
(B) [H2A]>> [HA-] 及[H+]>>[OH-]
(C) [HA-]>> [A2-] 及 [H 2A ] >> [HA-] (D) [HA-]>> [A2-] 及[H+]>>[OH-] 20. 下列哪一項有關電池的敘述是錯誤的： (A)電池都須要有鹽橋裝置。 (B)電池都須要有兩個隔開的半電池。 (C)鹽橋的功能為提供電子與電荷的傳遞路徑。 (D) 以固定電壓之直流電來電解食鹽水時，其電池的電流會維持定值。 二、非選擇題（35 %，共 5 題，每題各 7%） 1. 含硫成分的汽油經燃燒後會造成空氣的污染，同時會形成酸雨，請用化學反應式寫 出這一系列的變化。 2. 下圖為加成聚合物的結構，試寫出此高分子聚合物的重覆單元為何？其單體又為何？ CH2C=CHCH2CH2C=CHCH2CH2C=CHCH2 3. (1) 若將 pH8.00 和 pH10.00 的 NaOH 溶液以等體積混合後，溶液之 OH- 濃度為何？ (2) 若將 pH3.00 和 pH5.00 的 HCl 溶液以等體積混合後，溶液之 H+ 濃度為何？ 4. 兩種氣態脂肪烴的混合氣體，已知他們都能使溴水退色，且分子中碳原子數均小於 5。1 體積該混合氣體完全燃燒後可得 3.6 體積 CO2和3 體積水蒸氣(氣體體積均在相同 條件下測得)。 (1) 分析推斷這兩種烴各是哪一種烴？ (2) 經計算和推理確定這兩種烴的分子式以及他們在混合氣種中的體積比。 5. 一真空燒瓶質量為 120 克，當充滿 CO2後秤其質量為124.4 克。如改充滿 CO，則在相 同條件下氣體和真空燒瓶質量共為多少克？
三、化學尋寶題（每一未知溶液答對得2 %，答錯倒扣 1 %，共 16 %） 王老師給李四同學8 支塑膠製的吸管，編號 A，B，C，D，E，F，G，H，以及一 支酚酞指示劑，一瓶蒸餾水，與一個點滴盤。王老師告訴李四，每一支點滴吸管均含有 濃度約為0.1M 的一種未知溶液。已知可能的未知溶液如下所列： 鹽酸 氯化鋇 硝酸銀 碳酸鈉 硫酸 碘化鉀 硝酸鉛 氫氧化鈉 王老師希望李四能在聽取了王老師的指示後，課後鑑別各支吸管內的未知溶液。李 四仔細地在點滴盤上，有系統地作了一些實驗，整理後寫下了記錄如下： 1.用酚酞指示劑檢驗，8 種未知溶液中只有 B 與 H 呈現粉紅色。 2. G 分別與 A 及 C 作用，均產生白色沉澱。G 與 B 作用，產生褐色沉澱，而 G 與 F 作用 則產生淡黃色沉澱。 3. C 與 D 及 H 分別反應，均產生白色沉澱，但 C 與 A 則無反應。 4. E 與 F 反應，產生黃色沉澱。 5. D 與 H 作用，則會有氣泡產生，但 D 與 B 混合不會產生氣泡。 6.在滴盤上每相隔3 公分，各滴下了 1 滴 B 後，在其上再滴一滴酚酞指示劑，即得粉紅 色溶液。然後在其上分別滴下A 與 D，則粉紅溶液均褪色。 李四作了以上的記錄後，請教了王老師：「G 與 B 作用，所產生的褐色沉澱是什 麼？」王老師回答說：「那是氫氧化銀沉澱。」 請確認各未知溶液A 至 H。 四、問答題（19%） 1.圖1 是改良型伏特電池的示意圖。該電池係以銅片與鋅片為電極，而以稀硫酸與過氧 化氫的混合液為電解質（液）。假設該電池放電一段時間後，有一個電極的質量減輕 了3.27 克。（原子量：Cu 63.6；Zn 65.4） (1) 試問流過電路的電量為若干莫耳？(3%) (2) 寫出該電池的正極以及在正極發生 的半反應式。(3%) (3) 原來的伏特電池係以稀硫酸為電解 質（液），而此改良型伏特電池則用 稀硫酸與過氧化氫的混合溶液為電 解質（液）。試問改良型伏特電池為 何要在其電解質加過氧化氫？其目 的為何？(3%) 2. 請問若在蒸餾水中分別加入鹼性的氫氧化鈉溶液、酸性的稀硫酸溶液及中性的硫酸鉀 溶液後，再通入直流電源來電解時，在正、負兩極之產物各為何？請分別寫出其半 反應及總反應。(10%) 圖1 、改良型伏特電池 稀硫酸與過氧 化氫的混合液 鋅 片 銅片
※筆試（一）（二）參考答案：
一、選擇題：30%，共 20 題，每題 1.5%。請依題號填寫答案。 題號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案D
A
D
B
B
C
B
A
E
C
題號 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案F
E
D
A
D
B
B
A
D
D
二、非選擇題 1. S + O2 → SO2 2 SO2 + O2 → 2SO3 SO3 + H2O → H2 SO4 2. H2C CH2 3. (1) 5.05 x 10－5 M (2) 5.05 x 10－5 M 4. (1) C3H6 (2) C4H6; 2:3 5. 122.8 g 三、化學尋寶題 編 號 A B C D 化合物 鹽酸 氫氧化鈉 氯化鋇 硫酸 編 號 E F G H 化合物 硝酸鉛 碘化鉀 硝酸銀 碳酸鈉四、問答題 1. 電池放電 陽極氧化(負極) Zn(s) → Zn2+ (aq) + 2e -陰極還原(正極) 2H+ (aq) + 2e- → H2(g) [或 4H2O + 4e- → 2H2(g) +4OH- 也可以接受] 因此電池放電時，電極會減重的必定是鋅極(負極 氧化)。 (1)3.27/(65.4/2) = 3.27/32.7 = 0.1 mole (2)正極是銅片。正極發生的半反應：2H+ (aq) + 2e- → H2(g) (3)去極化。因為 H2(g) + H2O2(aq) → 2H2O(l) 2. (1) 正極：氧氣(O2) 負極：氫氣(H2) (2) (a)酸(H2SO4) 正極： 2H2O → 4H++ O2 + 4e -負極： 4H++ 4e- → 2H 2 總反應：2H2O → 2H2 + O2 (b)鹼(NaOH) 正極： 4OH- → O 2 + 2H2O + 4e -負極： 4H2O + 4e-→ 2H2 + 4OH -總反應：2H2O → 2H2 + O2 (c)中性(K2SO4) 正極： 2H2O → 4H++ O2 + 4e -負極： 4H2O + 4e-→ 2H2 + 4OH -總反應：2H2O → 2H2 + O2
III.教育部九十二學年度高級中學化學科能力競賽決賽筆試(三)(四)試題
※ 注意：1.選擇題及填充題請依題號將答案填寫於答卷上。 2.非選擇題及實驗設計題作答時不必抄題。請依試題題號將答案依照順序寫在答案卷上， 於本試題上作答者不予計分。 3.禁止使用電子計算機。 4.試題隨答案卷一併繳回。 一、選擇題（30%，共 20 題，每題 1.5%） 1. 當 HCl(aq)剛好被 NaOH(aq)所中和時，溶液中氫離子濃度為何？ (a)恆小於OH-離子濃度 (b)恆大於OH-離子濃度 (c)恆等於OH-離子濃度 (d)有時大有時小於OH-離子濃度 2. HCN 微弱酸(Ka = 6.2 x 10－10)，NH3微弱鹼(Kb = 1.8 x 10－5)。試問 1.0 M 之 NH4CN 水溶 液為： (a)強酸性 (b)弱酸性 (c)中性 (d)弱鹼性 3. 試計算 0.010 M HCN 水溶液之解離度為多少？(Ka = 6.2 x 10－10) (a) 0.0025% (b) 0.025% (c) 0.25% (d) 2.5% 4. 欲配製 pH 3.4 之緩衝溶液需加多少莫耳的 HCOONa 至 1.0 公升 0.10 M 的 HCOOH？ (HCOOH Ka = 2 x 10－4) (a) 0.01 (b) 0.05 (c) 0.1 (d) 0.2 5. 酸鹼指示劑甲基紅的 Ka 值為 1 x 10－4，其酸式結構為紅色，鹼式結構為黃色。如果將 甲基紅加至pH = 7 的無色水溶液中，其顏色將變為： (a)粉紅色 (b)紅色 (c)橘色 (d)黃色 6. 若將等體積的 0.05 M NaH2PO4和0.05 M H3PO4混在一起的水溶液，下列敘述何者正 確？(H3PO4的pKa 分別為 2.0, 6.8,及 12.0) (a) pH 為 2 具有很差之緩衝能力 (b) pH 為 2 具有良好之緩衝能力 (c) pH 為 6.8 具有良好之緩衝能力 (d) pH 為 12 具有良好之緩衝能力 (e) pH 為 6.8 具有很差之緩衝能力 7. 哪一種酸和其鈉鹽為最適合配製 pH = 4.5 之緩衝溶液？ (a) HCN - (Ka = 4.9 x 10－10) (b) C3H5O2H - (Ka = 1.3 x 10－5) (c) HF - (Ka = 6.8 x 10－4) (d) ClC2H2O2H - (Ka = 1.4 x 10－3)8. 為甚麼金屬鋅可以防止鐵在水中鏽蝕？ (a)鋅比鐵容易失去電子 (b)鋅比鐵容易獲得電子 (c)鋅比兩價鐵容易還原 (d)鋅比鐵容易失去質子 9. 在 HCl 水溶液的電解反應，下列哪一方程式代表陽極(anode)之半反應？ (a) Cl2(g) 2Cl－(aq) + 2e－ (b) 2Cl－ (aq) Cl2(g) + 2e－ (c) 2HCl(aq) Cl2(g) + H2(g) (d) O2(g) + 4H+(aq) + 4e－ 2H2O(l)
(e) H2O + Cl－(aq) ClO－(aq) + 2H+(aq) + e－
10. 若將鋅金屬片置入 1 M Cu(NO3)2水溶液中，下列敘述何者正確？標準還原電位(E)分 別為： Zn2+ ＋ 2e－ Zn －0.76 V Cu2+ ＋ 2e－ Cu +0.34 V (a)鋅金屬將完全溶解。 (b)會發生反應，當平衡達成時[Zn2+] >> [Cu2+] 。 (c)會發生反應，當平衡達成時[Zn2+] << [Cu2+] 。 (d)會發生反應直到平衡達成，那時[Zn2+] = [Cu2+]。 (e) 鋅起初溶解，後來會在容器表面析出。
11. 鎳鎘電池之化學反應為 2NiOH + Cd +2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2在電池放電時，
何物種被氧化？ (a) Ni3+ (b) Ni2+ (c) Cd (d) Cd2+ 12. 在氧化還原反應裡，哪些量守恆？ (a)只有電荷守恆 (b)只有質量守恆 (c)電荷及質量均守恆 (d)電荷及質量均不守恆 13. 下列哪一物種在氧化還原滴定時可為滴定液及作為指示劑？ (a) I2 (b) NaOCl (c) K2Cr2O7 (d) KMnO4
14. 在測定水中溶氧時涉及下述之氧化還原反應， (1) 2Mn2+
(aq) + 4OH¯(aq) + O2(g) → 2MnO2(s) + 2H2O(l)
(2) MnO2(s) + 2I¯(aq) + 4H+(aq) → Mn2+(aq)+ I2(aq) + 2H2O(l)
試問每一莫耳之氧相當於多少莫耳之S2O32¯？ (a) 0.5 (b) 1 (c) 2 (d) 4 15. 某一元素 M，與過量氟反應後產生 0.547 克的六氟化物 MF6，試問此元素為何？ (原子量 Cr：52.00；Mo：95.94；S：32.07；Te：127.6； F：19.00) (a) Cr (b) Mo (c) S (d) Te 16. 將銀離子加至一含有相等濃度離子之溶液，[Br¯] = [Cl¯] = [CO32¯] = [AsO43¯] = 0.1M，試問哪一化合物將先沉澱？ (a) AgBr (Ksp = 5.0 x 10－13) (b) AgCl (Ksp = 1.8 x 10－10) (c) Ag2CO3 (Ksp = 8.1 x 10－12) (d) Ag3AsO4 (Ksp = 1.0 x 10－22) 17. 有一 15 mL 含 0.20 M MgCl2加至45 mL 之 0.40 M AlCl3。請問最後溶液含有Cl¯離子 之莫耳濃度為多少？ (a) 1.0 M (b) 0.60 M (c) 0.35 M (d) 0.30 M 18. 固體鉻酸銀，Ag2CrO4 (Ksp 為 9 x 10－12)的溶解度於下述三種溶液中被測定 I。純水
中；II. 0.1 M AgNO3；III. 0.1 M Na2CrO4。試預測其相對溶解度之大小。
(a) I = II = III (b) I < II < III (c) II = III < I (d) II < III < I 19. 有一含鹼性物質經酸鹼滴定分析結果被認為含有 20%的 NaOH，後來發現樣品所含 的為氫氧化鉀，試問氫氧化鉀在該樣品所佔的百分比為多少？（原子量：鈉為23, 鉀為39） (a) 40 (b) 28 (c) 56 (d) 14 20. 在以硝酸銀標準水溶液滴定氯化鈉水 溶液時會有氯化銀之沉澱產生，在到 達當量點之前，氯化銀沉澱物表面所 吸附的離子為： (a) Na+ (b) Cl- (c) Ag+ (d) H3O+ 二、填充題（20%，5 大題，共 10 格，每格 2%） 1. 右圖為固態物質 A 的溶解度(以 A 的重 量百分比wt%表示)隨水溫(以攝氏溫
度標T 表示)變化的曲線圖。請依據該曲線圖回答下列二個相關問題。(a)在攝氏 35 度 時，50 克的飽和水溶液中含 _克的 A。(b)若將上述 A 飽和水溶液的溫度降至攝氏 0 度，將會有__克的 A 以固態析出。 2. 原子與原子結合成物質時，其原子間的相互作用力被稱為化學鍵，可略分為共價鍵， 離子鍵以及金屬鍵等三種類型。若一物質會有氣態狀態存在，則該物質中原子間的化 學鍵類型最可能是 _鍵。 3. 蘇格蘭化學家格銳目(T. Graham)於 1831 年發現氣體擴散定律。在同溫同壓下兩氣體的 擴散速率比值與其分子量的平方根比值成反比。自然界存在的鋰金屬中含7.5%的6Li 以及92.5%的7Li。(設其原子量分別為 6.0 以及 7.0)為期增加6Li 的相對含量，我們可 將鋰金屬加熱氣化後，再應用格銳目氣體擴散定律來製備。請問經一次擴散後， 6Li 的百分比變為__ _；經兩次擴散後，則6Li 的百分比變為_ ___。 4. 目前市面上販售的無鉛汽油，主要有 92、95 以及 98 等三種無鉛汽油。甲先生欲開車前 往某地。但上車後發現油箱的汽油不足，遂將其車子開至最近的一個加油站，欲添 加最合適的95 無鉛汽油 40 公升。不巧的是該加油站的 95 無鉛汽油已售完，能買到 的只有92 以及 98 兩種無鉛汽油。設若此兩種無鉛汽油可以用任意比率加以混合的話， 甲先生應買 92 無鉛汽油 _公升以及 98 無鉛汽油 _公升來混合使用方不致延誤行 程。 5. 葡萄糖(C6H12O6)注射液或生理食鹽(NaCl)注射液的溶質總濃度須與人類血液中的溶質 總濃度相當，如此紅血球細胞於注射液注射時或注射後仍可維持正常功能。已知生理 食鹽注射液是一含氯化鈉重量百分比為0.86 的水溶液，其密度為 1.005 克/毫升，假 設氯化鈉在水中完全解離。（已知H 的原子量為 1.008, C 的原子量為 12.01, O 的原子 量為16.00, Na 的原子量為 22.99, Cl 的原子量為 35.45）請問： (a) 500 毫升的生理食鹽注射液中含______莫耳的氯化鈉。 (b)若一提供熱量用的注射液，其溶質總濃度 2/3 來自葡萄糖，另 1/3 則來自氯化鈉請 問此注射液500 毫升中應含____克的葡萄糖。 (c)以凡何夫定律(
π
= MRT)估計此注射液在攝式 37 度的滲透壓為____atm。 三、非選擇題（30%，共 10 題，每題 3%） 1. 算出下列各元素原子所含的質子數，中子數以及電子數等三者的總數。 (a)7Li 3 (b) Na 23 11 (c) Rb 85 37 2. 影響化學反應速率的主要因素有反應物的本性，反應物的濃度，反應時的溫度，以及 催化劑是否存在？請問哪些影響因素適合引用活化能概念來進一步解釋。 3. 分子間的作用力可分為偶極—偶極力，偶極—誘導偶極力以及分散力等三種，其中何 者讓非極性分子能夠凝結成液體或固體，何者可用以說明氫鍵？4. 通常大型的有機分子不容易溶解於水中，但是含有鹼性氮原子的有機分子會溶解於酸 性溶液中，胃酸之pH 值為 2.5，請說明下列分子是否會溶於胃酸中： (1) 尼古丁， Kb = 7 x 10-7 (2) 咖啡因， Kb = 4x 10-14 (3) 馬錢子鹼， Kb = 1 x 10-6 (4) 奎寧， Kb = 1.1x 10-6 5. 煤燃燒時會產生二氧化硫，為何產生的三氧化硫會遠低於二氧化硫？ 6. 寫下鐵生鏽的方程式，何反應在陰極產生？何反應在陽極產生？ 7. 寫出警察在路邊臨檢測量汽車駕駛人酒精濃度之相關氧化還原方程式。
8. 在水中 CaSO4(s)的 Ksp 值為 2.6x10-5，而反應：CaSO4(aq) = Ca2+ + SO42-，Kd = 5.2x10 -3。試計算CaSO 4(s)在水中的溶解度，及未解離之 CaSO4所佔的比例。 (忽略硫酸根的 之水解) 9. 晶體構造之離子化合物在水中的溶解度有二個力（或能量）在競爭，試描述之。25℃ 時LiClO4與 CsClO4在100 克水中的溶解度分別 60 克與 2 克，試解釋此二化合物溶解 度之差異。離子半徑的大小(Å)：Li＋( 0.60)，Cs+(1.67)，O2－(1.40)，Cl－(1.81)。 10.153.2mg 之甘油水溶液樣本，加入 50.0 mL 的 0.0899 M Ce4+之酸性溶液(4M HClO 4)， 加熱至60℃並維持 15 分鐘，可將甘油氧化成甲酸。過量的 Ce4+溶液再以10.05mL 之 0.0437M Fe2+滴定至終點，試問樣本溶液中甘油之重量百分比？(甘油之半反應式：甘 油 + 水 = 甲酸 + 氫離子 + 電子) 四、實驗設計題（20 %） 1. 請以下列器材及藥品來設計「乙炔(C2H2)氣體簡易製備及收集的方法」，並寫出其反應 式。（10%） (1) 碳化鈣 (2) 蒸餾水 (3) 塑膠注射筒 (4) 塑膠杯 2. 為何用蠟燭在封閉的空間燃燒的實驗，無法正確的測定出空氣中氧氣的含量？請設計 出一較精確測量空氣中氧氣的含量的實驗。（10%）
※筆試（三）（四）參考答案：
一、選擇題：30%，共 20 題，每題 1.5%。請依題號填寫答案。 題號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案C
D
B
B
D
B
B
A
B
B
題號 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案C
C
D
D
B
A
A
D
B
B
二、填充題：20%，五大題，共 10 格，每格 2%。 1. ： 50(0.35) = 17.5 ； ： 17.5 – 32.5(0.12) = 13.6 2. ： 共價鍵 3. ： 8.05 ； ： 8.64 4. ： 20 ； ： 20 5. ： 0.074 ； ： 17.76 ： 7.52 三、非選擇題：30%，共十大題，每題 3%。不必抄題，請按試題題號順序作答。 1. 7Li 3 : 10 , 1123Na: 34 , Rb 85 37 : 122 2. 溫度 , 催化劑 3. 分散力 , 偶極－偶極力 4. 除了咖啡因之外，其餘皆可溶。 【BH＋】/【B】＞1 5. 當硫在空氣中燃燒會產生 SO2 S ＋ O2 → SO2 而後再產生SO3 SO2 ＋ 1/2O2 → SO3 但是因為有煤炭中的主成分C 也在燃燒，空氣中的氧不足夠讓 SO2轉換成SO3。6. 鐵的生鏽 陰極： O2 ＋ 4H＋ ＋ 4e－→ 2H2O 或 O2 ＋ 2H2O ＋ 4e－→ 4OH－ 陽極： Fe → Fe2＋ ＋ 2e－ 而後產生的Fe2＋會進一步反應成Fe3＋ 4Fe2＋(aq) ＋ O 2 (g) ＋ 4H2O (l) ＋ 2xH2O (l) → 2Fe2O3‧x H2O (s) ＋ 8 H＋(aq) 7. 8 H＋＋Cr 2O72-＋3 C2H5OH → 2 Cr3＋＋3 C2H4O＋7 H2O
8. 由 Ksp & Kd：[CaSO4(aq)] = 5.0x10-3 M
而 [Ca2+] = [SO
42-] = (Ksp)1/2 = 5.1x10-3 M
Solubility = [CaSO4(aq)] + [Ca2+] = 1.01x10-2 M
% CaSO4(aq) = 5.0x10-3 / 1.01x10-2 = 50 %
9. 晶格能與水合能競爭。FORCE = k q+ q- / d2，or Energy = k q+ q- / d。Li+ and Cs+與半徑相
當大的陰離子ClO4-結合，她們之間的 d (d= r+ + r- )差異不大，晶格能差異不大，故溶 解度決定於水合能。水分子不像ClO4-那麼大，Li+半徑比Cs+小，故水合能大，溶解度 大。 10. C3H8O3 + 3 H2O → 3 HCOOH + 8 H+ + 8e 8 Ce4+ + 8e → 8 Ce3+ 50 × 0.0899－10.05 × 0.437 = 4.056 mmole of Ce4+ (36+8+48) × 4.059/8 = 46.7 mg 46.7/153.2 = 30.5% 四、實驗設計題：20%，共二大題。不必抄題，請按試題題號順序作答。 1. (1)反應式： CaC2 + 3 H2O → Ca(O H)2 + C2H2 (2)將一粒碳化鈣放入塑膠注射筒中，然後在一裝有水的塑膠杯中抽取水，當碳化 鈣遇上水作用產生乙炔(C2H2)，此氣體會將注射筒中水排出，氣體則被收集在 注射筒中備用。 2.因為蠟燭的燃燒需要一定濃度的氧，因此並無法完全消耗空氣中所有的氧氣。 有很多的方法可以用來更準確測定空氣中氧的含量。參見：
(1) Braathen, P. H., Journal of Chemical Education, 2000(77), 1410.
(2) Najdoski, M., & Petrusevski, V. M.,, Journal of Chemical Education, 2000(77), 1447. (3) Fan, C. H., Journal of Chemical Education, 1998(75), 58.
IV. 教 育 部 九十二學年度高級中學化學科能力競賽決賽口試題目
‧ 有許多方法可以啟動，控制及終止化學反應，描述一些方法。 ‧ 分離的方法。 ‧ 寫出臭氧的路易士結構。延續結構問題。 ‧ 影響化學反應速率之因素。以H2 + O2 → H2O 為問題。 ‧ 胺基酸在不同pH 值呈現電性問題。 ‧ 醋酸與氨的反應。 ‧ 兩杯檸檬之分別加等量的熱水或冰水，試問哪一杯較酸？為什麼？ ‧ 市面上流傳以食鹽加至水中有助於洗去農藥，你認為對或錯？何謂鹽析？研析作用的原 理。 ‧ 高雄市的水已有所改善，請問有哪些方法可以改進水質？為什麼？ ‧ 有一大小均相同的蠟燭，置放於相等體積的兩盒子內(一為橫放，一為直放)， 如 與 經點燃後，問何者先熄滅？ ‧ 有一玻璃酒杯〈中廣式 〉，今置放一杯裝冰水之玻璃杯於其中，其杯壁與酒杯相密 合 ， 經過數分鐘後，此杯冰水無法從酒杯中拿出，請問這是什麼原因？ ‧ 燉肉進補時常加酒有哪些作用，為什麼？ ‧ 吃西瓜或鳳梨時常沾少量鹽分，感覺比較甜，請問為什麼？ ‧ 理想氣體 (1)定義 (2)存在嗎？ (3)真實氣體與理想氣體的差異 (4)在何種條件下，真實氣體會接近理想氣體？ (5)既然理想氣體不存在，吾人為何要討論它？ ‧ 壓力對沸點和凝固點之影響。 ‧ 請舉出日常生活中應用到「光電效應」的任一例子。 ‧ 測定快速反應之速率的方法。 ‧ 微波是屬分子哪一種運動的能量？ ‧ 如何添加50ml NaOH 溶液至滴定管中？ ‧ 如果我們沒有原子的觀念，那麼我們現在認知的化學知識將缺少什麼？(或有什麼不 同？) ‧ 水是自然界中很重要的一種物質，請問基本性質有哪些？ (1)根據你所觀察或學習到的知識，當我們把物質放進水裡，會有什麼現象或結果？你如 何描述這些性質(定性，定量)。 (2)能否進一步說明溶液所展現出來的物理與化學性質與物質內原子間鍵結的關係。 ‧ 拿破崙的頭髮中發現有砷的含量，且較一般人為多，有人懷疑遭其囚禁的總督以砷毒死。 如果你是偵探，負責調查的話，你會做哪些調查或研究來做推論。‧ ‧ 撲克牌紅桃由1 排至 13，洗牌後無法在回復原有的排序狀況，請以化學上為原則舉例說 明。 ‧ 一物質溶在水中為放熱反應，但水溫升高，溶解度也增加，請說明之。 ‧ 如果酸鹼滴定曲線過於平滑，無法確定定量的話，如何改變而得到較明顯的曲線，定量 出物質的量。 ‧ 何謂酸雨？何謂pH 值？如何決定一個溶液的 pH 值？ 酸雨如何形成？ 何處最可能形成酸雨？ 酸雨對環境的影響？ 如何防治酸雨的產生及整治？ ‧ 何謂石化燃料？使用石化燃料對環境造成的影響為何？ 使用核能能源對環境造成的影響為何？ 何謂綠色能源？請舉例。 ‧ PCB、戴奧辛、多氯聯苯的共同化學特性為何？何者為世紀之毒？ 何謂環境賀爾蒙？世紀之毒如何產生？ 氟氯化合物對環境的影響為何？ 化工產品中氟氯化合物有哪些？ ‧ 何為重金屬？ 重金屬污染的舉例有哪些？ 烏腳病可能致病原因？ 唯一在室溫下呈液態的金屬為何？如何防治此金屬的散佈？ 生物累積和重金屬污染的關係？ ‧ 奈米的定義為何？一奈米約含幾個原子？ 舉生活中奈米材料的例子？其與一般材料所製成之物品的差別？ ‧ 狂牛症的致病物質為何？何謂基因體和蛋白體學？ 蛋白質和蛋白體學的差別為何？蛋白質如何構成？ 維持蛋白質三度空間結構的化學力量有哪些？ 加熱和降溫如何影響蛋白質的結構？ ‧ 有機鹵化物的物性、化性與其用途。 (1) 有機鹵化物有哪些種類？ 如：RF，RCl，RBr，RI 等。CH3Cl，CH2Cl2 ，CHCl3，CCl4等。 (2) 如何合成有機鹵化物？ (3) 有機鹵化物的用途？ 實驗室：溶劑、Teflon 合成…等。 工業界：藥物、冷媒、熱媒…等。 (4) 有哪些有機鹵化物造成環境上的污染問題？ 如：PCBs 或 CF2Cl2…等。 ‧ 爆炸發生時，會有哪些現象？(舉一個化學例子說明) ‧ 這些現象與化學反應有何關係？ ‧ 液態水及冰是不是奈米科技的產品？如果是，為什麼你認為是？如果不是，有什麼方法 把水奈米化？
