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109學測自然試題-56

表 4 所列為甲、乙、丙、丁和戊五種物質的熔點:

物質
熔點 (°C) 1069 -182 大於 3500 801 650

其中,甲具有共價鍵和離子鍵,乙在空氣中穩定且難溶於水,丙具共價網狀結構並可導電,丁易溶於水且其水溶液可導電,戊則具有延展性。已知甲、乙、丙、丁和戊分別代表以下所列的物質之一:
石墨、鎂帶、氯化鈉、甲烷、酒精、金剛石、碳化矽、硫酸鉀
下列選項中的配對哪些正確?(應選 2 項)
(A) 甲為硫酸鉀 (B) 乙為甲烷 (C) 丙為金剛石 (D) 丁為碳化矽 (E) 戊為氯化鈉

[多選題]
答案

甲:熔點1069,有共價鍵和離子鍵→離子晶體但含共價性,如硫酸鉀(K₂SO₄)(A對)。乙:熔點-182,空氣穩定難溶水→甲烷(CH₄)(B對)。丙:熔點>3500,共價網狀可導電→石墨(C錯,金剛石不導電)。丁:熔點801,易溶水,水溶液導電→離子晶體如氯化鈉(NaCl)。戊:熔點650,有延展性→金屬如鎂帶。故(A)(B)正確。 報錯
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109學測自然試題-57

化學家在合成新的有機化合物後,會利用碳與氫的元素分析數據,來幫助化合物的鑑定。假設在鑑定一未知的有機化合物時,發現當 10.0 毫克的樣品完全燃燒後,其混合氣體可使無水過氯酸鎂管柱增加 10.8 毫克,並使氫氧化鈉管柱增加 26.4 毫克。試問下列哪一個化合物,最符合實驗所測量結果?

[單選題]
答案

無水過氯酸鎂吸水,增重10.8 mg為H₂O質量,含H質量= (2/18)×10.8 = 1.2 mg。氫氧化鈉吸CO₂,增重26.4 mg為CO₂質量,含C質量= (12/44)×26.4 = 7.2 mg。樣品10.0 mg,故O質量=10.0 - 1.2 - 7.2 = 1.6 mg。C:H:O原子數比 = (7.2/12) : (1.2/1) : (1.6/16) = 0.6 : 1.2 : 0.1 = 6 : 12 : 1。最簡式C₆H₁₂O,分子量約100。比對選項結構式,符合C₆H₁₂O的為環己酮或己醛等。需看選項具體結構判斷。若選項中有一個是C₆H₁₂O,即為答案。 報錯
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109學測自然試題-58

已知25℃時,同體積的鹽酸水溶液與氫氧化鈉水溶液混合後,其pH值為6.0,則混合前鹽酸水溶液的濃度與氫氧化鈉水溶液的濃度相差多少?
(A)鹽酸水溶液較氫氧化鈉水溶液多1.0×10⁻⁶M
(B)鹽酸水溶液較氫氧化鈉水溶液多2.0×10⁻⁶M
(C)氫氧化鈉水溶液較鹽酸水溶液多1.0×10⁻⁶M
(D)氫氧化鈉水溶液較鹽酸水溶液多2.0×10⁻⁶M
(E)氫氧化鈉水溶液較鹽酸水溶液多3.0×10⁻⁶M

[單選題]
答案

同體積V混合後pH=6,[H⁺]=10⁻⁶ M,呈酸性,表示HCl過量。設HCl濃度C_HCl,NaOH濃度C_NaOH。混合後H⁺莫耳數 = (C_HCl V - C_NaOH V) = [H⁺] × (2V)。故C_HCl - C_NaOH = 2 × 10⁻⁶ M。即鹽酸濃度較氫氧化鈉多2.0×10⁻⁶ M。答案(B)。 報錯
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109學測自然試題-59

布洛芬是一種市面上常見的消炎止痛藥成分,其他學結構如圖16。此分子的化學式為 \( C_{13}H_{18}O_2 \),可溶於水,水溶液為酸性。下列敘述哪些正確?(應選2項)
(A)此分子骨架中的碳-碳鍵是以共價鍵形式結合
(B)其水溶液為酸性,與結構中的羧基有關
(C)結構中氧原子與氫原子間是以離子鍵的形式結合,因此此分子的固態為離子晶體
(D)此分子六員環上的碳,其路易斯結構具有孤電子對
(E)此分子具有雙鍵,因此有順-反異構物之存在

[多選題]
答案

布洛芬結構含苯環、羧基(-COOH)。(A)有機分子碳骨架為共價鍵,對。(B)羧基可釋出H⁺,呈酸性,對。(C)O-H為極性共價鍵,非離子鍵,固態為分子晶體,錯。(D)苯環上碳為sp²混成,無孤電子對(電子在π鍵),錯。(E)分子中羧基的C=O雙鍵因連接相同原子(O),且碳為sp²,但無順反異構;若指其他雙鍵?結構中無典型的C=C雙鍵(苯環不是單雙鍵交替的烯烴),故無順反異構,錯。故(A)(B)正確。 報錯
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109學測自然試題-60

西元2019年,諾貝爾化學獎頒給對鋰離子電池研究有重大貢獻的學者,鋰離子電池作用原理是利用鋰離子在兩電極之間的移動來充放電能。常見的鋰離子電池使用鋰離子嵌入石墨當作陽極,石墨的二維多層結構有助於與鋰離子結合以及移動,因此可作為電池之陽極材料,在放置時其他學反應如下(\( C_6 \)表示每六個碳原子可以嵌入一個鋰離子):
\[LiC_6 \rightleftharpoons C_6 + Li^+ + e^- \quad (\text{式1})\]
常用的陰極材料為氧化鈉等能與鋰離子結合的氧化物,在放置時其他學反應為:
\[CoO_2 + Li^+ + e^- \rightleftharpoons LiCoO_2 \quad (\text{式2})\]
結合式1與式2,放置時電池總反應為:
\[CoO_2 + LiC_6 \rightleftharpoons LiCoO_2 + C_6 \quad (\text{式3})\]
此反應在正常操作下為可逆反應,因此鋰離子電池可以反覆充放電。下列敘述哪些正確?(應選2項)
(A)在放置反應中(式3),石墨作為氧化劑
(B)將石墨換成鐵石材料的三維結構,應可儲存更多鋰離子,讓電池更有效率
(C)式3的反應由左到右為放熱反應
(D)放置時,鋰離子與電子由石墨層中釋放出來
(E)鋰離子電池破裂後有起火爆炸的危險,因為鋰離子活性很高,遇水會燃燒

[多選題]
答案

放電時:陽極(負極)LiC₆ → C₆ + Li⁺ + e⁻ (氧化),石墨被氧化,是還原劑(A錯)。陰極(正極)CoO₂ + Li⁺ + e⁻ → LiCoO₂ (還原)。(B)鑽石為三維結構,但導電性差,且不易嵌入Li⁺,實用性低,錯。(C)放電反應通常為自發,放熱,對。(D)放電時,陽極LiC₆釋出Li⁺和e⁻,對。(E)鋰離子電池危險主因是短路、有機電解液易燃等,鋰離子本身不似金屬鋰活潑,錯。故(C)(D)正確。 報錯
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109學測自然試題-61

某一金屬離子溶液,其實驗結果如下:
(1)加入碘離子或氯離子於溶液中,皆會形成沉澱
(2)將鎳金屬片放入此金屬離子溶液中,發現溶液由無色轉變為綠色
(3)將銅片放入此金屬離子溶液中,會發生氧化還原反應
下列何者為此金屬離子?
(A)鐵(Ⅲ)離子 (B)銀離子 (C)銅離子
(D)鉛離子 (E)汞離子

[單選題]
答案

(1)加I⁻或Cl⁻皆沉澱,表示該離子與I⁻、Cl⁻形成難溶鹽。Ag⁺與Cl⁻、I⁻皆沉澱(B可能)。Pb²⁺與I⁻沉澱(PbI₂),與Cl⁻在冷水中沉澱(PbCl₂)(D可能)。Hg₂²⁺與I⁻、Cl⁻沉澱?Hg²⁺與I⁻沉澱(HgI₂),與Cl⁻? HgCl₂可溶(E排除)。Fe³⁺與I⁻發生氧化還原,不形成FeI₃沉澱(A排除)。Cu²⁺與I⁻發生氧化還原生成CuI沉澱和I₂,與Cl⁻不沉澱(C排除)。(2)Ni片放入,溶液變綠色。Ni可還原某些金屬離子,若還原Ag⁺則生成Ni²⁺(綠色)?Ni²⁺水合離子為綠色。但Ag⁺被還原為Ag(s),溶液應無色,不會變綠(B排除)。Pb²⁺被Ni還原為Pb(s),溶液無色?Ni²⁺綠色,若反應發生,生成Ni²⁺則溶液變綠,符合(2)。(3)Cu片放入發生氧化還原。Cu可還原Pb²⁺嗎?標準還原電位E°(Pb²⁺/Pb) = -0.13 V,E°(Cu²⁺/Cu)=+0.34 V,E°(Ni²⁺/Ni)=-0.25 V。Cu不能還原Pb²⁺(E°(Pb²⁺/Pb) > E°(Ni²⁺/Ni),但E°(Pb²⁺/Pb) < E°(Cu²⁺/Cu),故Cu不能自發還原Pb²⁺(D排除)。重新考慮(3) Cu片發生反應,表示該金屬離子氧化性比Cu²⁺強,可氧化Cu。Ag⁺可氧化Cu:2Ag⁺ + Cu → 2Ag + Cu²⁺,但(2)中Ni還原Ag⁺生成Ni²⁺(綠色)符合。且(1)Ag⁺與Cl⁻、I⁻皆沉澱。故答案(B)銀離子。 報錯
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109學測自然試題-62

依照距離地球出近而遠排列:月球、木星、織女星、X、仙女座星系。X最可能是下列何者?
(A)室女座星系團 (B)哈雷彗星 (C)天王星
(D)銀河系中心 (E)冥王星

[單選題]
答案

月球(38萬 km) < 木星(距太陽約5.2 AU,距地球約4-6 AU) < 織女星(約25光年,銀河系內恆星) < 銀河系中心(約2.6萬光年) < 仙女座星系(約250萬光年)。X在織女星和仙女座星系之間,應為銀河系內天體,但比鄰近恆星(織女星)遠。選項中(D)銀河系中心距離約2.6萬光年,符合。室女座星系團約5千萬光年,比仙女座遠(A錯)。哈雷彗星、天王星、冥王星均比織女星近。故(D)正確。 報錯
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109學測自然試題-63

已知未飽和空氣塊的溫度直減率約為10°C/公里,飽和空氣塊的溫度直減率約為6°C/公里。若觀測員在地面空地重到氣溫、露點溫度皆為30°C,則在地面的一個空氣塊,若不與環境交換熱量,上升到2公里高度時,其氣溫、露點溫度為下列何者?
(A)氣溫10°C、露點溫度10°C (B)氣溫10°C、露點溫度18°C
(C)氣溫18°C、露點溫度18°C (D)氣溫18°C、露點溫度30°C
(E)氣溫30°C、露點溫度30°C

[單選題]
答案

地面氣溫=露點=30°C,表示空氣已飽和。上升過程用飽和直減率6°C/km。上升2km,降溫12°C,氣溫=30-12=18°C。飽和空氣上升時,隨著降溫和凝結,露點溫度也會降低,因部分水汽凝結移除。飽和上升時,露點溫度降低速率約等於氣溫降低速率(因始終飽和,露點≈氣溫)。故到2km高時,氣溫≈露點≈18°C。答案(C)。 報錯
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109學測自然試題-64

如果某大氣模式涵蓋範圍為臺灣所在的東亞地區,該模式在水平方向無法解析小於60公里的大氣系統變化。這樣的模式適合處理下列哪一種大氣現象?
(A)鋒面的位置
(B)龍捲風的位置
(C)午後熱對流的強度
(D)聖嬰現象發生時,整個赤道太平洋海面上的大氣變化
(E)颱風侵襲臺灣時,受颱風影響範圍內街道上的最大風速

[單選題]
答案

解析度60km無法解析中小尺度系統。龍捲風(<<1km)、午後熱對流(1-10km)、街道風速(<<1km)均無法解析(B,C,E錯)。聖嬰現象是氣候尺度,但模式範圍僅東亞,不涵蓋整個赤道太平洋(D錯)。鋒面系統尺度數百公里,可解析(A對)。 報錯
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109學測自然試題-65

科學家主要利用聲波來探測海洋,一般海水的垂直聲速結構如圖17所示,考量海水溫度及壓力的垂直變化,推測海水溫度與壓力對海水聲速的可能影響。(應選2項)

影響因子 溫度 壓力
海水中的聲速變化 (A)海水溫度越高,則 (D)海水壓力越高,則
(B)海水溫度越低,則 (E)海水壓力越低,則
(C)海水聲速不受影響 (F)海水聲速不受影響
[多選題]
答案

海水聲速隨溫度升高而增加(A對)。隨壓力(深度)增加而增加(D對)。故選(A)(D)。 報錯
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