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112學測自然試卷_51

51-54題為題組 自工業革命於 $1760$ 年在英國開始後,人類對於化石燃料(煤和石油)的使用滿足了經濟發展和產業革命的需求,然而這些化石燃料的燃燒,也使空氣中的二氧化碳濃度上升,如圖 15(a) 所示。除了二氧化碳之外,人類對化石燃料的運用也在環境中留下許多痕跡,鉛元素便是其中一個例子。圖 15(b) 是英國某湖泊岩心(岩芯)中 $1700$ 年以來的鉛濃度變化,圖 15(c) 則是 $1700$ 年以來,該岩心中的鉛-$206$ 與鉛-$207$ 的比例($\frac{^{206}\mathrm{Pb}}{^{207}\mathrm{Pb}}$)變化。

煤和石油有著不同的鉛同位素訊號,如英國地區煤的 $\frac{^{206}\mathrm{Pb}}{^{207}\mathrm{Pb}}$ 比例為 $1.186$,石油的 $\frac{^{206}\mathrm{Pb}}{^{207}\mathrm{Pb}}$ 比例為 $1.067$,分析岩心中鉛濃度以及鉛同位素比例,便能推測該地過去化石燃料的使用情形。鉛-$206$ 及鉛-$207$ 是鉛元素常見的穩定同位素,來源可能是岩石、地下水、煤或石油,同時也可能從鈾元素衰變而來。鈾-$238$ 具有天然放射性,其質子數為 $92$,中子數為 $146$,會歷經衰變過程,轉變成穩定的鉛-$206$ 原子,如下式(2)所示:

$$
{}_{92}^{238}\mathrm{U} \to {}_{90}^{234}\mathrm{Th} \to {}_{91}^{234}\mathrm{Pa} \to {}_{92}^{234}\mathrm{U} \to \cdots \to {}_{81}^{206}\mathrm{Tl} \to {}_{82}^{206}\mathrm{Pb}
\quad \text{式(2)}
$$

放射性同位素的衰變有α衰變、β衰變及γ衰變等三種,這三種衰變方式發出的放射線分別為α射線、β射線及γ射線。α射線就是氫-4(⁴He)的原子核,β射線就是具有高能量的電子,而γ射線就是波長極短的電磁波。依據式(2)所示鈾-238(²³⁸U)衰變為鈾-206(²⁰⁶Pb)的過程,下列關於鈾與鉈同位素放射衰變的敘述,哪些正確?(應選2項)
(A)鈾-238(²³⁸U)發生α衰變後成為釷-234(²³⁴Th)
(B)鈾-238(²³⁸U)發生β衰變後成為釷-234(²³⁴Th)
(C)鈾-238(²³⁸U)發生γ衰變後成為釷-234(²³⁴Th)
(D)鉈-206(²⁰⁶Tl)發生α衰變後成為鈾-206(²⁰⁶Pb)
(E)鉈-206(²⁰⁶Tl)發生β衰變後成為鈾-206(²⁰⁶Pb)

答案

(A)²³⁸U→²³⁴Th為α衰變;(E)²⁰⁶Tl→²⁰⁶Pb為β衰變。故選(A)、(E) 報錯
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112學測自然試卷_52

51-54題為題組

放射性同位素的衰變與基本交互作用有關。在有些不穩定的原子核中,部分的質子與中子所組成的小集團會脫離其他質子與中子的束縛而離開原子核;而在另一些原子核中,個別的質子或中子則可發生衰變而分別放出微中子或反微中子。試問在式(2)所示鈾-238(²³⁸U)衰變為鈾-234(²³⁴U)的 3 個階段中,涉及強作用與弱作用的衰變各為何?

答案

強作用:²³⁸U→²³⁴Th(α衰變)
弱作用:²³⁴Th→²³⁴Pa(β衰變)、²³⁴Pa→²³⁴U(β衰變) 報錯
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112學測自然試卷_53

根據圖 15,下列何者正確?
(A)空氣中二氧化碳的含量可從²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb比例得知
(B)此地的鉛濃51-54題為題組 和使用石油相關
(E)英國於2000年起禁用有鉛汽油,因此同湖泊近年的²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb比例應為0

答案

石油的²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb=1.067低於煤的1.186,比例下降反映石油使用增加,(D)正確 報錯
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112學測自然試卷_54

51-54題為題組

工業革命的一大突破就是大量使用蒸氣機作為運輸動力,從圖 15 的數據分析,可以推論此地運輸業的蒸汽機應在何時開始大量使用煤作為燃料?推論依據為何?

答案

約1760年開始;依據:鉛濃度從1760年開始顯著上升,且²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb比例接近煤的特徵值1.186 報錯
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112學測自然試卷_55

55-60題為題組

抗生素廣泛使用的結果會使抗藥性細菌增加,以致現有的抗生素不再有效,如何研發有效的新型抗生素,是個熱門的課題。2022 年的諾貝爾化學獎頒給了三位從「點擊反應」($\mathrm{click\ reactions}$)相關研究的學者,此類反應具有高效率產生化學鍵結的特性,若在生物分子上使用,可以使其便於與其他分子連接而產生新的應用。點擊反應便可以幫助化學家針對天然的抗生素進行修飾,或者直接用於合成新類型的分子,以開發新型抗生素來應對細菌抗藥性的問題。

在某新型抗生素的研究中,發現 $X$ 與 $Y$ 兩種細菌可生存在人體腸道中的相同部位。若能製造抑制對方生長的化合物,即可爭奪有限的空間與資源,對自身族群的生存即有很大的助益。科學家針對 144 名志願者所提供的檢體,偵測 $X$ 與 $Y$ 存在與否的人數,數據如表 9 所示。

表 9

  偵測到 $X$ 未偵測到 $X$
偵測到 $Y$ 17 15
未偵測到 $Y$ 96 16

依據表 9,細菌 X 與 Y 之間的關係最可能是下列何者?
(A)細菌X能夠抑制細菌Y的生長
(B)細菌Y能夠抑制細菌X的生長
(C)細菌X與Y皆會抑制彼此的生長
(D)細菌X與Y不會抑制彼此的生長
(E)細菌X會促進細菌Y的生長

答案

偵測到X的樣本中Y出現率低(17/113≈15%),未偵測到X的樣本中Y出現率高(15/31≈48%),顯示X抑制Y,(A)正確 報錯
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112學測自然試卷_56

55-60題為題組

下列哪一個試驗的設計(縱軸所施的劑量大小)最可以模擬「抗生素廣泛被使用的結果」,而得以測量細菌是否產生抗藥性或其抗藥性的程度?
(A)劑量隨時間逐漸增加
(B)劑量隨時間逐漸減少
(C)劑量固定不變
(D)劑量先增後減
(E)劑量先減後增

答案

抗生素廣泛使用意味著長期暴露於抗生素環境中,劑量隨時間逐漸增加最能模擬此情況,(A)正確 報錯
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112學測自然試卷_58

55-60題為題組

科學家成功的找到了一種新的抗生素−路鄧素(Lugdunin, C₄₀H₆₂N₈O₆S),其結構如圖16所示。已知細菌合成路鄧素的方式,首先是串接常見的生物分子單體,形成鏈狀分子後,再將兩端相連成環狀分子。串接路鄧素的生物分子單體可形成哪一種重要有機物質?
(A)纖維素 (B)核苷酸 (C)蛋白質 (D)三酸甘油酯 (E)葡萄糖

答案

由C、H、N、O、S組成,具肽鍵結構,為蛋白質類抗生素,(C)正確 報錯
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112學測自然試卷_59

55-60題為題組

根據文獻報導,路鄧素可使金黃葡萄球菌無法合成新的 DNA、無法合成 RNA、無法製造蛋白質,也無法製造細胞壁的前驅物,同時抑制了細菌四個主要生理代謝的途徑。下列有關 DNA、RNA、蛋白質與細胞壁等物質的敘述,哪些正確?(應選 3 項)
(A)植物細胞壁的主要成分是纖維素,其分子式可以 (C₆H₁₀O₅)n 表示
(B)植物細胞壁含有長碳鏈,是屬於一種界面活性劑
(C) DNA與RNA的基本結構為:磷酸根-五碳醣-含氮鹼基
(D) DNA與RNA具有相同的五碳醣
(E)蛋白質是由胺基酸所組成的聚合物

答案

(A)纖維素分子式正確;(C)核苷酸結構正確;(E)蛋白質為胺基酸聚合物。故選(A)、(C)、(E) 報錯
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112學測自然試卷_60

55-60題為題組

科學家同時測試了路鄧素與另一種利用點擊反應開發出來的新型抗生素 T 作為比較,發現路鄧素與 T 對細菌 S 的最低抑菌濃度分別為 2.0 μg/mL 與 1.5×10⁻⁶ M 。若以莫耳濃度比較,則以何種抗生素處理細菌 S,所需的濃度較低?(路鄧素的莫耳質量為 782 g/mol ,需寫出計算過程)

答案

路鄧素:2.0 μg/mL = 2.0 mg/L = 2.0/782 mmol/L ≈ 2.56×10⁻⁶ M
T抗生素:1.5×10⁻⁶ M
2.56×10⁻⁶ M > 1.5×10⁻⁶ M,故T抗生素所需濃度較低 報錯
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