111-分科測驗-化學
中等
已知氨氣與氯化氫反應後,可生成固體的產物,其反應式如下:
      NHX3(g)X+HCl(g)NHX4Cl(s)~~~~~~\ce{NH3(g)+HCl(g)->NH4Cl(s)}
假設有一裝置容器,左、右各是 2.00 公升的球體,中間有一個氣體閥門(如圖1)。在 27℃,先將中間的氣體閥門關起來,在右邊球體內裝入 6.80 克的氨氣,在左邊球體裝入 2.46 atm的氯化氫氣體。置入氣體後,將左、右氣體閥門關閉,再將中間氣體閥門打開,使左、右氣體完全混合且反應完全。假設氨氣和氯化氫氣體皆為理想氣體,且反應前後溫度不變,生成的固體體積可忽略。上述實驗後,容器內所剩的氣體與其壓力為何?image.png
在溫度 1000 K1000~ \mathrm{K} 下,已知反應式 2NX2O2NX2(g)+OX2(g)\ce{2N2O->2N2(g) + O2(g)},其反應速率常數為 0.76 s10.76~ \mathrm{s^{-1}}。在此溫度下,若將 1.01.0 莫耳 NX2O(g)\ce{N2O(g)} 注入 5.05.0 公升的真空容器內,則 NX2O\ce{N2O} 的初始反應速率是多少 (M/s)\ce{(M/s)}
題組 3-4 (8分)
實驗課時進行電解濃食鹽水的實驗,實驗設計是以碳棒做為電極。大部分的學生實驗結果如圖2所示,陰極與陽極皆會產生氣體,且甲管與乙管的液面高度大致相同。image.png但是,有五組的學生誤將其他鹽類當成食鹽配成水溶液進行電解實驗。誤拿的五種鹽類,事後發現應為亞硫酸鈉、硝酸銀、氯化鉀、硫酸鎂、硝酸鈉。學生找資料查到可能相關的標準還原電位數據,如表1所示。根據以上結果,回答下列問題。
在大部分學生正確使用濃食鹽水的結果中,甲管的氣體應為下列何者?
五組拿錯鹽類的學生中,有兩組學生很快就發現不對,因為在兩個集氣管中,有一管一直都沒有氣體產生,則他們所使用的鹽類分別為何?
題組 5-6 (8分)
甲、乙、丙、丁為四種具有孔洞的特殊大分子,其孔洞的內部可以吸附氣體。已知其莫耳質量分別為 1000、1100、1200、1300(g/mol),均具有單一孔洞且孔洞內總體積相同,但孔洞的口徑大小不同。氣態物質可經由孔洞進入這些特殊大分子內滯留,因此它們具有儲存氣體的特性。在同溫(200℃)、同壓下,HX2\ce{H2}He\ce{He}Ne\ce{Ne}Ar\ce{Ar}Kr\ce{Kr} 進入甲、乙、丙、丁的莫耳數比例不同,其平衡常數 K\ce{K} 如表2所示。以氫氣進入甲分子的平衡常數為例,可表示如下:
     HX2+甲       HX2@~~~~~\ce{H2 + 甲~~~~~ <=> ~~H2@甲}       K=nXH2@PXH2× nX   ~~~~~~\ce{K}=\dfrac{\ce{n_{H_2}@甲}}{\ce{P_{H_2}\times ~n_甲}}~~~
nXH2@:\ce{n_{H_2}} @:HX2\ce{H_2} 分子的甲之莫耳數,n  n_甲~~:未含分子 HX2\ce{H_2}(空)的甲之莫耳數, PXH2\ce{P_{H_2}}:氫氣的壓力(atm)。image.png根據上述結果回答下列問題:
甲、乙、丙、丁四種分子上孔洞的口徑,最可能的相對大小為何?
取甲分子 1000 克,於 200℃ 下通入氫氣,達到平衡時,氫氣的壓力為 1000 atm,則含有 HX2\ce{H2} 的甲莫耳數(nXH2@甲   \ce{n_{H_2}}@甲~~~)為何(mol)?
近年來,由於新型冠狀病毒在全球各地肆虐,耳溫槍已成為重要的防疫工具。耳溫槍是以量測鼓膜溫度來代表人體的體溫,假若人體鼓膜的輻射能量主要處於 600060001500015000 nm\mathrm{nm}之間,則試問氫原子中的電子在下列哪一種主量子數 nn 之間的躍遷,所釋出的電磁波能量與人體鼓膜的輻射能量最接近?(芮得柏方程式:1λ=RH(1n121n22)\dfrac {1}{\lambda}=R_H(\dfrac {1}{n_1^2}-\dfrac{1}{n_2^2})n2>n1n_2>n_1,芮得柏常數 RHR_H 約為 1.0×102nm11.0 \times10^{-2} \mathrm{nm^{-1}}
下列有關分子結構與特性的敘述,哪些正確?
題組 9-10 (8分)
將同溫、同壓、同體積的氣體 A 與氣體 B 共同置入一體積為 V 之密閉容器內,已知 A 與 B 會發生化學反應產生氣體 C,化學平衡反應式為 2A(g)+B(g)2C(g)\ce{2A(g) + B(g) <=> 2C(g)},回答下列問題:
定溫下,下列關係圖哪些正確?
上述反應達平衡後,於時間 t1t_1 時,在定溫下將容器體積瞬間變成 2V2\mathrm{V},則下列關係圖哪些正確?
王同學用乙醇與過量的醋酸進行酯化反應,反應完成後,利用萃取法將醋酸與產物分離。依序將水、乙醚加入至反應完成的混合液中,再倒入分液漏斗內,如圖3所示。下列有關此反應與萃取過程的敘述,哪些正確?image.png
0.10M NaOH\ce{0.10 M NaOH} 溶液滴定 200mL 0.050M\ce{200 mL 0.050 M} 之某有機酸溶液,其滴定曲線如圖4所示。下列關於此有機酸的敘述,哪些正確?image.png
「大象牙膏」是一有趣的化學實驗:將濃度為 303035%35\% 的雙氧水與清潔劑混合,雙氧水分解產生的氧氣被清潔劑水溶液包裹住產生氣泡,此泡沫狀物質會像噴泉一樣噴湧而出。已知其化學反應式為:
       2HX2OX2(l)2HX2O(l)+OX2(g)     ΔHX1=196kJ/mol~~~~~~~\ce{2H2O2(l) -> 2H2O(l) + O2(g) ~~~~\Delta H^1= -196 kJ/mol},活化能 EXaX1=76kJ/mol\ce{E_a^1=76 kJ/mol}
若在此溶液中加入少量碘化鉀溶液,則泡沫噴湧的效果會更明顯。小安量測加入碘化鉀溶液後的反應活化能 EXaX2=57\ce{E_a^2=57} 與反應熱 ΔHX2=Q kJ/mol\ce{\Delta H^2 = -Q kJ/mol}。此外,小安發現加入碘化鉀溶液後,碘離子會參與反應,而且有甲、乙兩反應發生。
     ~~~~~甲: HX2OX2(l)+IX(aq)Y(aq)+HX2O(l)~\ce{H2O2(l) + I-(aq) -> Y(aq) + H2O(l)}
     ~~~~~乙: HX2OX2(l)+Y(aq)Z(aq)+HX2O(l)+OX2(g)~\ce{H2O2(l) + Y(aq)->Z(aq) + H2O(l) + O2(g)}
已知甲、乙兩個反應的反應係數皆已平衡,且甲反應的反應速率小於乙反應的反應速率,小安分析反應後碘離子的量沒有減少。根據以上實驗觀察及結論,下列敘述哪些正確?
硫酸根離子濃度的檢測方法如下:首先加入適量的鹽酸使樣品溶液酸化,然後加入氯化鋇溶液,會產生白色沉澱,稱重後即可確定樣品所含有硫酸根離子的量。李同學取得一樣品,依照上述方法得到硫酸鋇沉澱,以預先稱重的濾紙過濾,並將濾紙與沉澱物置於已稱重的坩堝內,於烘箱內烘乾,最後再稱沉澱物、濾紙與坩堝的總重,可計算樣品中硫酸根離子的濃度。實驗完成後,發現所測得的結果高於實際濃度,下列哪些可能是造成此誤差的原因?
小華在 25℃ 時,將 1 毫克的蛋白質分別加到 10 mL的純水、0.001 M 的鹽酸溶液、0.001 M 的氫氧化鈉溶液中,得到如下的實驗結果: (1)無法完全溶解於純水中 (2)完全溶解於 0.001 M 的鹽酸溶液中 (3)完全溶解於 0.001 M 的氫氧化鈉溶液中 (4)在電場下,(2)所述溶液中的蛋白質,會向負(-)端移動 (5)在電場下,(3)所述溶液中的蛋白質,會向正(+)端移動 根據上述,下列有關該蛋白質性質的推論哪些正確?
題組 16-17 (8分)
有甲、乙、丙、丁、戊、己等六個前三週期的元素,其相關的性質如表3所示。image.png
根據表3所提供的資料,下列有關此六個元素的敘述哪些正確?
此六元素彼此之間可形成不同的化合物,下列相關化合物的敘述哪些正確?
題組 18-19 (8分)
長期濫用抗生素易使細菌產生抗藥性,細菌抗藥性產生的方式可透過本身的基因突變或獲得抗藥性基因,因此開發新類型的抗生素是迫切的課題。有研究指出,分子甲具有殺菌的作用,其結構如圖5所示。image.png
下列關於甲的組成與結構之敘述,哪些正確?
研究指出,甲產生殺菌的效果,是透過分子間的作用力,堆疊在細菌的細胞膜上形成規律的結構,如圖6所示。下列關於甲的性質與其堆疊結構物的敘述哪些正確?
題組 20-22 (6分)
某市因財政困難,停止使用自來水公司的供水系統,改為抽用河流的水,並停止添加金屬腐蝕抑制劑。常用金屬腐蝕抑制劑為磷酸鹽的衍生物,溶於水中所產生的磷酸根(POX4X3\ce{PO4^{3-}})會與金屬水管腐蝕出的金屬離子形成難溶性鹽,即為水垢的來源。水垢會附著於管壁表面,減緩金屬水管腐蝕的速度,進而降低水中重金屬的含量。某研究團隊針對該水樣品中的金屬含量進行系統性的檢測,試圖找出水中重金屬與過往的差異。回答下列問題:
研究團隊於某住家中收集水樣品,固定水龍頭的出水流量為 7.5L/min\ce{7.5 L/min},在 88 分鐘內,收集 6611 公升的樣品 a-f\ce{a-f}66250250 毫升的樣品 g-l\ce{g-l},分析各樣品的鉛濃度,結果如圖7所示。根據上述,下列敘述哪些正確?(圖中的 μg\ce{\mu g} 為微克,11 微克 =1×106=1\times 10^{-6} 克)
研究團隊認為重金屬的來源是附著水管壁上的水垢崩解後流入水中(圖8),水垢中重金屬的含量分布如圖9所示。假設分析水樣品的重金屬分布與水垢的重金屬分布相同,試問下列何者為水樣品中的重金屬分布?image.png
已知水垢中含有氫氧磷酸鉛(PbX5(POX4)X3OH\ce{Pb5(PO4)3OH})。式(1)為氫氧磷酸鉛在水中的溶解平衡,若在水中添加含磷酸鹽的金屬腐蝕抑制劑後,是否能降低水中鉛濃度?並說明之
    5PbX2+(aq)+3POX4X3(aq)+OHX(aq)PbX5(POX4)X3OH(s)     ~~~~\ce{5Pb^{2^+}(aq) + 3 PO4^{3-}(aq) + OH-(aq) <=> Pb5(PO4)3OH(s)}~~~~~ 式(1)
是否能降低水中鉛濃度?說明原因
題組 23-24 (4分)
具有相同滲透壓的溶液稱為等張溶液,細胞必須處於等張的環境才能存活,細胞若處於滲透壓比細胞內大的高張溶液,則細胞會因為液體流出細胞外造成萎縮而凋亡,高鹽分與糖分的醃製食品即是利用此一現象來進行食物保存。相反地,若細胞處於滲透壓低於細胞內的低張溶液中,則可能會因液體流入細胞內使細胞膨脹甚至破裂。回答下列問題:
已知有一單細胞細菌在 27℃ 時,可存活於體積莫耳濃度 0.25 M 的等張硝酸銨溶液中。假設硝酸銨於水中完全解離,則此細菌細胞內的滲透壓為多少 atm
某生製備了一重量百分率濃度1.8%且密度為1.0 g/mL的100克葡萄糖(莫耳質量為180 g/mol)水溶液,若在27℃下將上述單細胞細菌置於此溶液中,則此細菌細胞變化如何?(需算出溶液濃度)
細菌細胞變化:: (填入變大、變小或不變)
葡萄糖溶液濃度:: M\mathrm{M}
題組 25-27 (8分)
現代的社會強調「資源可持續回復,循環再生」的循環經濟。鉛蓄電池因使用量非常龐大,環保署公告 20202020 年回收的廢鉛蓄電池總處理量高達 66 萬多公噸。而廢鉛蓄電池中主要含金屬鉛(Pb\ce{Pb})、氧化鉛(PbO\ce{PbO})、二氧化鉛(PbOX2\ce{PbO2})、硫酸鉛(PbSOX4\ce{PbSO4})。某研究團隊設計以下流程,可從廢鉛蓄電池中提煉高純度的 PbO\ce{PbO}
I.\mathrm{I.} 將含有廢鉛蓄電池的廢料、濃度 2.0M\ce{2.0 M}HX2SOX4\ce{H2SO4}0.1M\ce{0.1 M}FeSOX4\ce{FeSO4}(在溶液中解離成 FeX2+\ce{Fe^{2+}}SOX4X2\ce{SO_4^{2-}} 溶液的混合物在 6565 ℃ 進行反應,所產生的 PbSOX4\ce{PbSO4} 可以式(22)表示:
        Pb(s)+PbOX2(s)+2HX2SOX4(aq)2PbSOX4(s)+2HX2O(l)      ~~~~~~~~\ce{Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) -> 2 PbSO4(s) + 2H2O(l)}~~~~~~ 式(22
II.\mathrm{II.} 將實驗 I\mathrm{I}PbSOX4\ce{PbSO4} 粗產物溶於 10%10\% NaOH\ce{NaOH} 溶液,加熱,並趁熱過濾;待濾液冷卻至室溫後,過濾並收集含 PbO\ce{PbO} 的粗產物。
III.\mathrm{III.} 將實驗 II\mathrm{II}PbO\ce{PbO} 粗產物置於 35%35\% NaOH\ce{NaOH} 溶液中,在 110110℃ 下攪拌至完全溶解後趁熱過濾,靜置濾液使其冷卻至室溫,可得高純度的黃色物質即為 PbO\ce{PbO}
該研究團隊為探究 FeX2+\ce{Fe^{2+}} 在實驗 I\mathrm{I} 中扮演的角色,利用鐵離子會與 SCNX\ce{SCN-} 產生錯合物的特性,又進行以下兩個實驗:
IV.\mathrm{IV.} 6565℃ 時,於 2.0M\ce{2.0 M}HX2SOX4\ce{H2SO4}0.1M\ce{0.1 M}FeSOX4\ce{FeSO4} 的水溶液中加入適量 KSCN\ce{KSCN} 水溶液後,溶液幾乎無色;但是若加入少量 PbOX2\ce{PbO2} 後,溶液呈紅色,並有白色 PbSOX4\ce{PbSO4} 固體產生。
V.\mathrm{V.} 取出實驗 IV\mathrm{IV} 的紅色溶液置於另一試管;在 6565℃ 時,加入鉛粉,溶液又變成幾乎無色,且有白色 PbSOX4\ce{PbSO4} 固體產生。
回答下列問題:
實驗 III\mathrm{III}使用何種純化技術提煉 PbO\ce{PbO}
寫出實驗 IV\mathrm{IV} 中,溶液呈紅色的原因為何?
分別寫出實驗 IV\mathrm{IV}V\mathrm{V} 中生成 PbSOX4\ce{PbSO4} 的淨離子平衡反應式。
      ~~~~~~ 式(1)
      ~~~~~~ 式(2)
題組 28-30 (6分)
人類很早就已經知道奎寧樹皮的萃取物可治療瘧疾,其作用的主要成分是奎寧,別名金雞納霜或金雞納鹼,分子式為 CX20HX24NX2OX2\ce{C20H24N2O2},可用於治療與預防瘧疾及治療焦蟲症的藥物。奎寧化學結構如下圖所示,其中 RX1\ce{R^1}RX2\ce{R^2}RX3\ce{R^3}的結構並未標示出,但小雅由文獻中得知 RX1\ce{R^1}RX2\ce{R^2}RX3\ce{R^3} 的結構共計含有 33C\ce{C}77H\ce{H}22O\ce{O},並可由以下實驗鑑定 RX1\ce{R^1}RX2\ce{R^2}RX3\ce{R^3} 所含的官能基。
(一)奎寧可由化合物甲與乙醇鈉(NaOCX2HX5\ce{NaOC2H5})加熱而得,如式(3)所示。
(二)若將適當氧化劑與奎寧作用,可產生酮官能基的產物,分子式為 CX20HX22NX2OX2\ce{C20H22N2O2}
(三)若將奎寧加入氯化鐵溶液,此溶液未變為紫色。
回答下列問題:image.png
畫出取代基 RX1\ce{R^1} 的結構。
取代基 RX2\ce{R^2} 為何種官能基?
在實驗(三)中為何要加入氯化鐵溶液,其作用為何?