1
臺北市立第一女子高級中學 114 學年度第二次正式教師甄選
化學科測驗題試題暨參考答案
一、 (共 15 分)
1. 在電化學中，熱力學自由能 ( ΔG
0
)、電池標準電位 ( E
0
cell
)以及反應平衡常
數( K )，它們之間有個鐵三角關係，如附圖所示。請推導寫出附圖中的(甲)、
(乙)、(丙)三者的關係式。(9 分)
【說明： E
0
cell
、
ΔG
0
及 K 為已知與既定符號，在說明與推導過程中若有使
用其他符號，請加上中文說明，例如：轉移電子數 (n)】
2. 在 25℃下，今實驗桌上有鐵片、銅片，利用此兩金屬與適當的電解質溶液組
裝成一電化電池。依據上列第 1 題的推導概念，請列式並計算求出此電化電
池在標準狀態下的自由能(須標示出單位)，以及此電池反應的平衡常數。(6
分)
Fe
2+
(aq)+ 2 e
─
→ Fe(s) E
0
= ─ 0.44 V
Fe
3+
(aq)+ 3 e
─
→ Fe(s) E
0
= ─ 0.04 V
Cu
2+
(aq)+ 2 e
─
→ Cu(s) E
0
= 0.34 V
二、 (共 6 分)
有兩杯溶液
(甲)0.1M 100 mL H
2
A(aq) (K
a1
＝1×10
－
7
，K
a2
＝1×10
－
12
)
(乙)0.1M NaOH(aq)
1. 在(甲)中需要加入多少毫升的(乙)，可使混合液 pH 值變為 11.4？(2 分)
2. 在(甲)中若加入 100 毫升的(乙)，則混合液 pH 值為何？(2 分)
3. 在(甲)中若加入 200 毫升的(乙)，則混合液 pH 值為何？(2 分)
2
三、 (共 8 分)
在 1 atm、25℃下，利用鉛酸電池電解下列 A~D 四杯溶液，裝置如下圖。
A 為 500 mL 飽和 NaCl(aq)；B 為 H
2
SO
4
(aq)；C 為 KNO
3
(aq)；D 為
CuSO
4
(aq)，B、C、D 溶液的濃度與體積皆為
1.0 M、500 mL。裝置中甲~己電極皆使用碳棒，電極庚與辛為銅片，A 杯
溶液中間處有一離子交換隔膜。回答下列各題：( Pb＝207、Cu=64、K=39、
Cl=35.5、S＝32、O=16、N=14)
1. 反應一開始可觀察到電極甲~辛，哪幾個電極附近會有氣泡產生？(2 分)
2. 寫出乙、戊兩個電極發生的半反應式。(2 分)
3. 電解一段時間後，B 溶液和 C 溶液的 pH 值如何變化？(以增加、減少、不變
回答) (2 分)
4. 這個實驗裝置電流 0.5 A、通電時間 14475 秒，則此鉛酸電池的負極重量「增
加」或「減少」多少克？(2 分)
3
四、 (共 6 分)
定溫下，有 A、B 兩等體積之容器。活門未開啟前，
A 及 B 球之壓力分別為
P
Ao
=0.60 atm 及 P
Bo
=0.70 atm，請回答下列問題。
1. 若 A 球中含有少量揮發性液體，P
Ao
=0.60 atm 為其飽和蒸氣壓。B 球中所盛
者為氮氣，P
Bo
=0.70 atm。在活門開啟，再度達成平衡後，仍見有少量液體殘
留於球中，此時容器內總壓變為多少？(2 分)
2. 溫度維持在 1260K，若 A 球中所盛者為 H
2
(P
Ao
=0.60 atm)，B 球中所盛者為 H
2
、
CO、CO
2
及 H
2
O 之混合氣體(P
Bo
=0.70 atm)。下列反應達平衡：H
2
(g)+CO
2
(g)
H
2
O(g)+CO(g)，K
p
=
2
2
2
CO
H
CO
O
H
P
P
P
P
=1.60，則活門開啟後，再次達平衡時，容器內總壓
變為多少？(2 分)
3. 若 A 球中所盛者為 CO(P
Ao
=0.60 atm)，B 球中所盛者為 Cl
2
(P
Bo
=0.70 atm)。當活
門開啟後，下列反應達平衡：COCl
2
(g)
CO(g)+Cl
2
(g)，K
p
=
2
2
COCl
Cl
CO
P
P
P
=0.02 atm，
則於活門開啟後，再次達平衡時，容器內總壓變為多少？(2 分)
五、 (共 6 分)
1. 請寫出黃金溶於王水之氧化半反應及還原半反應，並說明為何黃金無法單獨
溶解於硝酸或鹽酸中，卻可溶解於王水中。(3 分)
2. 試畫圖說明，教學時 TiO
2
奈米光觸媒消毒殺菌時的過程機制，包括光的角色，
相關反應及殺菌原理。(3 分)
4
六、 (共 4 分)
室溫 20℃時，用燒杯稱取氫氧化鈉（式量＝40）固體 2.0 克，然後在燒杯沒
有絕熱的情況下，加入 20℃的水 50 克，使氫氧化鈉溶解，並測定溫度（假
設在實驗的過程中，熱量的散失速率一定）
。每隔 60 秒測定溶液溫度，記錄
如下表所示：
時間(秒)
0
60
120
180
240
300
360
480
溫度(℃)
20.0
25.3
28.0
28.8
28.6
28.0
27.4
26.2
1. 如果此實驗在絕熱條件下進行，則氫氧化鈉溶解過程中，溫度最多升高多少
℃？(2 分)
2. 假設此溶液的比熱為 4.2（焦耳∕克 ℃）
，而攪拌所導致的熱量變化可以忽視，
求氫氧化鈉的莫耳溶解熱。(2 分)
七、 (4 分)
利用玻恩-哈伯循環，從氯化鈉的標準莫耳生成熱及其他相關熱化學反應
式，導出氯化鈉的晶格能。
須註明每一個反應式其能量變化之名稱。
八、 (共 7 分)
溶液與其溶劑在相同的大氣壓力下，兩者之沸點、凝固點的數值並不相同，
請回答下列問題：
1. 沸點與當時環境的大氣壓有何關係？教學上如何引導學生理解。(2 分)
2. 寫出凝固點下降的公式，說明溶液凝固的過程中，為何溶液的溫度會持續下
降。(2 分)
3. 寫出沸點上升的公式，試由拉午耳定律導出沸點上升度數公式，並說明此公
式之適用範圍。(3 分)
5
九、 (共 7 分)
依據配位基場論（Ligand Field Theory）預測下列化合物的性質：
1. 中心離子的價電子自旋方式是高自旋（High Spin）還是低自旋（Low Spin）？
(2 分，全對才給分)
(a) [Fe(H
2
O)
6
]
2+
(b) [FeBr
6
]
3−
(c) [Co(NH
3
)
6
]
3+
(d) [Cr(CO)
6
]
3+
(e) [PtCl
6
]
2−
2. 錯合物的配位形狀是平面四邊形或是正四面體形？(2 分，全對才給分)
(a) [Zn(NH
3
)
4
]
2+
(b) [NiCl
4
]
2−
(c) [Ni(CN)
4
]
2−
(d) PtCl
2
(NH
3
)
2
(e) [CoCl
4
]
2−
3. 以[Zn(NH
3
)
4
]
2+
及[Ni(CN)
4
]
2−
為例，說明中心金屬混成軌域。(3 分)
十、 (共 8 分)
下列是相同原子堆積所構成的三種常見單位晶格的模型
簡單立方 體心立方 面心立方
回答下列問題：
1. 寫出表格中(a)~(d)的數值，及(e)~(f)的關係式(3 分)
單位晶格堆積方式
簡單立方
體心立方
面心立方
單位晶格內的原子數
(a)
(b)
配位數
(c)
(d)
原子半徑(r)與單位晶
格邊長(l)的關係
(e)
(f)
原子體積在單位晶格
空間中所佔的體積百
分比
(g)
2. 假設原子為實心球體，列式說明推導表格中(g)的數值為多少？(2 分)
3. 在 NaCl 晶體堆積中，假設離子為實心球體，且 Na
+
與 Cl
−
完全相切，列式推導
說明為什麼 Na
+
與 Cl
−
離子半徑的比值介於 0.414 與 0.732 之間？(3 分)
6
十一、 (共 6 分)
依據 VSEPR 學說，預測下列分子或離子的形狀，及其中心原子的混成軌域、
孤電子對（lp）數目。
化學式
分子或離子
形狀
中心原子
混成軌域
中心原子
孤電子對（lp）數目
PCl
4
+
BrF
3
H
2
S
XeF
4
十二、 (共 4 分)
下列反應是氯原子與大氣層中的臭氧的反應，其反應機構包含兩個基本步
驟：
Cl(g) + O
3
(g)⟶ ClO(g)+O
2
(g) (速率常數為 k
1
)
ClO(g) + O(g)⟶ Cl(g)+O
2
(g) (速率常數為 k
2
)
回答下列問題：
1. 寫出全反應方程式(1 分)
2. 寫出中間產物(1 分)
3. 分別寫出兩個基本步驟的速率定律式(2 分)
十三、 (共 4 分)
依據下文回答問題：
This means of determining activation energy was first suggested in 1889 by
Svante Arrhenius and is therefore called an Arrhenius plot. This method uses the
logarithm of the rate constant, k, to plot against temperature. Arrhenius plot for the
reaction 2HI → H
2
+ I
2
is shown in Figure1. From its slope we can determine
activation energy, E
‡
.
7
Figure 1:Arrhenius plot for the reaction 2HI → H
2
+ I
2
From the slope of the graph an activation energy E
‡
may be
calculated.
It should be pointed out that the equations just derived for Arrhenius plots apply
strictly to unimolecular and bimolecular elementary processes. If a reaction
mechanism involves several steps, there is no guarantee that the same elementary
process will be rate limiting at several widely different temperatures. The
observed rate constant may also be a product of several constants, as in the H
2
+
I
2
reaction. If either a different rate-limiting step or the product of constants has a
different temperature dependence, then an Arrhenius plot may not be linear. This
also makes it dangerous to use such a plot to predict reaction rates at temperatures
quite different from the conditions under which experimental measurements were
made.
The slope and y-intercept of an Arrhenius plot can be used to determine the
values for the Arrhenius Equation .
where A is called the frequency factor, E
a
is the activation energy, R is the gas law
constant and T is the temperature in Kelvin. The frequency factor value depends on
how often molecules collide and how orientation of the molecules is related to the
reaction. A benefit of the Arrhenius equation is that it gives a direct method for
computing the dependence of the rate constant, k, on temperature.
1. 依據內文，寫出阿瑞尼士作圖(Arrhenius plot)所依據的反應機構是哪些類型的
基本反應？(2 分)
2. 依據內文，什麼情況會使阿瑞尼士作圖可能無法呈現線性關係？(2 分)
8
十四、 (共 5 分)
寫出下列反應之主要產物，以化學式回答。
1. 加熱碳酸鈣和焦炭，產生一氧化碳、二氧化碳及固體產物，請寫出該固體與
水反應之氣體化學式。
2. 赤血鹽溶液與硫酸亞鐵溶液混合產生的沉澱。
3. 丙炔與硫酸汞、硫酸溶液反應後之有機產物。
4. 酸化硝酸鐵溶液與硫氰酸鉀溶液形成之有色物質。
5. 柳酸與乙酐在濃硫酸催化後之酯化反應產物。(以結構式回答)
十五、 (共 12 分)
1. 寫出下列有機物與中性 KMnO
4
(aq)反應後，再經酸化的主要產物之結構與中
文系統命名。(6 分)
(a)
(b)
(c)
2-甲基-2-戊烯
2. 將(R)-2-溴丁烷與強鹼 OH
–
進行 S
N
2 取代反應，回答下列問題：
(a) 主要產物的中文系統命名為何？(1 分)
(b) 主要產物結構是 R-form 或是 S-form？(1 分)
3. 將 2-溴-3-甲基戊烷與 KOH 進行 E2 消去反應，回答下列問題：
(a) 主要產物的中文系統命名為何？(1 分)
(b) 若以 C
6
H
13
Br 代表 2-溴-3-甲基戊烷，r 表示反應速率，則此反應的速率
定律式為何？(1 分)
4. 克維拉(Kevlar)可做為防彈衣材料，結構如右圖，由
兩種單體聚合製成，請畫出單體結構式。(2 分)
9
十六、 (共 8 分)
混合題，不用列出計算或推導過程：
1. 已知甲、乙、丙、丁、戊為原子序依序增加之 5 種不為鈍氣之主族元素，其
最大原子序不超過 18。其中甲、戊在常溫下為氣態，元素乙之原子，其最外
層電子數為其總電子層數的 2 倍，元素丙之半徑在同週期中最大，元素丁之
合金是日常生活中常見的材料。寫出甲、乙、丙、戊元素符號。(4 分)
2. 固體甲（莫耳質量 252 g/mol）為含金屬 X 的橙色離子化合物，1 莫耳甲完全
溶解於水時，溶液呈現橙色，且產生 2 莫耳陽離子及 1 莫耳陰離子。將過量
氫氧化鈉溶液，加入上述的水溶液中，溶液變為黃色，同時產生刺鼻氣味。
1 莫耳固體甲，受熱完全分解後，產生 1 莫耳產物乙（莫耳質量 152 g/mol）、
1 莫耳氣體產物丙（莫耳質量 28 g/mol）及氣體產物丁（莫耳質量 18 g/mol）
。
剛反應完成瞬間，產物丁的體積為產物丙的 4 倍。其中，產物乙為化學式 X
2
O
3
的綠色固體；產物丙為無色雙原子氣體，為空氣中含量最多的氣體，且可與
鎂帶進行反應；產物丁生成時為氣態，但在常溫常壓下為無色液體、可使白
色硫酸銅固體變為藍色。
根據上面敘述，寫出固體甲分解的反應式。(2 分)
3. 已知 HCOOH 與 CH
3
COOH 的 K
a
分別為 1.8×10
−4
與 1.8×10
−5
。實驗桌上有 4 杯
水溶液，濃度均為 0.1M，分別為(1) CH
3
COOH、(2) CH
3
COONa、(3) HCOOH 與
(4) HCOONa。若將等體積(1)與(2)混合得溶液甲，等體積(1)與(3)混合得溶液
乙，等體積(1)與(4)混合得溶液丙，則溶液甲、乙與丙中[CH
3
COOH]由大至小
的順序為何？並請說明課堂上如何教學。(2 分)
10
參考答案
題號
答題區
一、
(共 15 分)
1. (9 分)
(甲)關係式：ΔG
0
= −RTlnK
(乙)關係式：E
0
cell
= (RT/nF) lnK
(丙)關係式：ΔG
0
= −nFE
0
cell
2. (6 分)
−1.51×10
5
(J)
K=2.94×10
26
二、
(共 6 分)
1. (2 分)
120mL
2. (2 分)
pH=9.5
3. (2 分)
pH=12.14
三、
(共 8 分)
1. (2 分)
甲乙丙丁戊己
2. (2 分)
乙：2Cl
─
(aq) → Cl
2
(g)+2e
─
戊：2H
2
O(l)
+2e
─
→H
2
(g)+2OH
─
(aq)
3. (2 分)
B 溶液：減少
C 溶液：不變
4. (2 分)
增加 3.6 克
四、
(共 6 分)
1. (2 分)
0.95atm
2. (2 分)
0.65atm
3. (2 分)
0.40atm
五、
(共 6 分)
1. (3 分)
氧化半反應：Au(s)＋4Cl
─
(aq) → AuCl
4
─
(aq)＋3e
─
還原半反應：NO
3
─
(aq)＋3e
─
＋4H
+
(aq) → NO(g)＋2H
2
O(l)
2. (3 分)
略
六、
(共 4 分)
1. (2 分)
11℃
2. (2 分)
48kJ/mol
七、
(共 4 分)
略
八、
(共 7 分)
1. (2 分)
略
2. (2 分)
略
3. (3 分)
略
九、
(共 7 分)
1. (2 分)
高自旋（High Spin）
低自旋（Low Spin）
答案
ab
cde
2. (2 分)
平面四邊形
四面體
答案
cd
abe
3. (3 分)
[Zn(NH
3
)
4
]
2+
為 sp
3
[Ni(CN)
4
]
2−
為 dsp
2
11
十、
(共 8 分)
1. (3 分)
題號 (a) (b)
(c)
(d)
(e)
(f)
答案
2
4
6
8
2. (2 分)
74%
3. (3 分)
略
十一、
(共 6 分)
化學式
分子或離子
形狀
中心原子
混成軌域
中心原子
孤電子對（lp）數目
PCl
4
+
四面體
sp
3
0
BrF
3
T 型
dsp
3
2
H
2
S
彎曲
sp
3
2
XeF
4
平面四邊形
d
2
sp
3
2
十二、
(共 4 分)
1. (1 分)
O
3
+ O → 2O
2
2. (1 分)
ClO
3. (2 分)
r
1
=k
1
[Cl][O
3
]，r
2
=k
2
[ClO][O]
十三、
(共 4 分)
1. (2 分)
略
2. (2 分)
略
十四、
(共 5 分)
1. (1 分)
C
2
H
2
2. (1 分)
Fe
4
[Fe(CN)
6
]
3
3. (1 分)
CH
3
COCH
3
4. (1 分)
[FeSCN]
2+
5. (1 分)
略
十五、
(共 12 分)
1. (6 分)
(a)2-甲基-2,3-戊二醇
或 2,3-二羥基-2-甲基戊烷
(b) m-硝基苯甲酸
或 3-硝基苯甲酸
(c) p-第三丁基苯甲酸
或 4-第三丁基苯甲酸
2. (2 分)
(a)2-丁醇
(b)S-form
3. (2 分)
(a)3-甲基-2-戊烯
(b) r=k[C
6
H
13
Br][OH
−
]
4. (2 分)
略
十六、
(共 8 分)
1. (4 分)
甲：H
乙：C
丙：Na
戊：Cl
2. (2 分)
(NH
4
)
2
Cr
2
O
7
→ Cr
2
O
3
+ N
2
+ 4H
2
O
3. (2 分)
甲＞乙＞丙