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115-學測-自然-44-46
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在2023年，諾貝爾化學獎頒給從事奈米級量子點研究的三位學者。量子點是直徑介於1至10奈米的奈米粒子，由於其微小尺寸，可表現出獨特的性質。量子點的合成，可藉由添加不同界面活性劑等方法，來控制其大小及成分。硫化鋅量子點的合成實驗步驟如下： 步驟1. 配製甲與乙兩溶液，其組成如下： 甲：0.25 M半胱胺酸（胺基酸的一種）＋0.125 M
Z
n
S
O
4
\mathrm{ZnSO_4}
ZnS
O
4
乙：0.125 M
N
a
2
S
\mathrm{Na_2S}
N
a
2
S
步驟2. 將甲和乙溶液混合後，於47°C反應60分鐘，然後使用1 M醋酸鈉溶液，調整pH值至6。 步驟3. 將冰冷乙醇逐滴加入，直至生成含有ZnS的白色沉澱物（稱為乙醇沉澱）。 步驟4. 經過10分鐘的離心後，取出沉澱物重新懸浮於水溶液中。 步驟5. 為去除大部分未反應的成分，需要進行至少兩次以上3～4步驟。 表8顯示不同比例反應物及所得產物的鋅離子、硫離子含量及量子點的產率。
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表8（反應物與產物含量單位均為
1
0
−
6
10^{-6}
1
0
−
6
莫耳）
樣品
反應物
Z
n
S
O
4
\mathrm{ZnSO_4}
ZnS
O
4
反應物
N
a
2
S
\mathrm{Na_2S}
N
a
2
S
反應物半胱胺酸
產物
Z
n
2
+
\mathrm{Zn^{2+}}
Z
n
2
+
產物
S
2
−
\mathrm{S^{2-}}
S
2
−
量子點產率（%）
1
200
50
400
7.2
9.4
18.1
2
200
100
400
37.6
46.5
44.7
3
200
150
400
62.4
69.3
44.4
4
200
200
400
88.0
88.0
44.0
5
200
300
400
93.6
108.8
45.5
6
200
400
400
104.6
117.0
50.2
關於硫化鋅量子點合成實驗的敘述，下列哪些正確？（應選2項）
A
反應中添加半胱胺酸，可幫助硫化鋅量子點分散在水中
B
反應後的混合溶液，使用雷射光筆照射，可看到光束
C
產物硫化鋅易溶於水，屬於分子化合物
D
合成實驗時，會出現一種刺鼻的味道，是硫化鋅的氣味
E
合成實驗時，添加冰冷的乙醇，可增加硫化鋅奈米粒子的溶解度
關於表8實驗結果的敘述，下列哪些正確？（應選3項）
A
當
N
a
2
S
\mathrm{Na_2S}
N
a
2
S
低於
5.0
×
1
0
−
5
5.0\times10^{-5}
5.0
×
1
0
−
5
莫耳時，硫化鋅量子點的產率低於20%
B
當
N
a
2
S
\mathrm{Na_2S}
N
a
2
S
超過
1.0
×
1
0
−
4
1.0\times10^{-4}
1.0
×
1
0
−
4
莫耳時，硫化鋅量子點的產率高於40%
C
當
N
a
2
S
\mathrm{Na_2S}
N
a
2
S
過量時，硫化鋅量子點的產率高於45%
D
硫化鋅量子點的產率可以達到100%
E
硫化鋅量子點的鋅離子／硫離子（
Z
n
2
+
/
S
2
−
\mathrm{Zn^{2+}/S^{2-}}
Z
n
2
+
/
S
2
−
）比例遠大於1
若已知樣品4中，每顆硫化鋅量子點約含有110個硫化鋅。（原子量：Zn＝65.4，S＝32.0）。回答下列問題：
(
110
6.02
×
97.4
≈
1780
)
\left(\dfrac{110}{6.02}\times97.4\approx1780\right)
(
6.02
110
×
97.4
≈
1780
)
（a）生成硫化鋅量子點的莫耳數為多少？（2分，須列式計算）
（b）每顆量子點含有多少克硫化鋅？（2分，須列式計算）
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