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A-Level 化學 9701 Paper 3 模擬卷（高階實驗技能）｜40 分、2 小時、附答案及評分準則
TutorZone 原創模擬卷 · CIE A-Level 化學 9701 Paper 3（高階實驗技能）
3 題 16 個部分 · 40 分 · 2 小時 · 准用計算機
卷制對照
| 試卷 | 時間 | 分數 | 性質 |
|---|---|---|---|
| Paper 3（高階實驗技能） | 2 小時 | 40 分 | 本卷 |
| Paper 4（A Level 結構題） | 2 小時 | 100 分 | A Level 另一卷 |
| Paper 3（AS 實驗技巧） | 2 小時 | 40 分 | AS 卷 |
| Paper 2（AS 結構題） | 2 小時 | 60 分 | AS 卷 |
資料表（Data and formulae）
| 量 | 數值 |
|---|---|
| 氣體常數 R | 8.31 J K⁻¹ mol⁻¹ |
| 阿佛加德羅常數 L | 6.02 × 10²³ mol⁻¹ |
| 普朗克常數 h | 6.63 × 10⁻³⁴ J s |
| 光速 c | 3.00 × 10⁸ m s⁻¹ |
| 電子電荷 e | 1.60 × 10⁻¹⁹ C |
| 相對原子質量 H、C、O、Na、S | 1.0、12.0、16.0、23.0、32.1 |
題目
Total: 40 marks · 2 h · calculator allowed
第 1 · 滴定：以高錳酸鉀(VII)測定鐵(II)鹽 FA 1 的純度 [14]
(a) 一名學生以 0.0200 mol/dm³ 的 KMnO4(aq) 滴定 25.0 cm³ FA 1（含硫酸鐵(II)，另加稀硫酸）。滴定管讀數如下。把每次滴定的體積算出，並指出哪一次須棄用。
| 滴定 | 初始讀數 / cm³ | 最終讀數 / cm³ |
|---|---|---|
| 粗略 | 0.00 | 24.20 |
| 1 | 0.15 | 24.85 |
| 2 | 0.00 | 24.10 |
| 3 | 0.00 | 24.15 |
[2]
(b) 由 concordant 的讀數計算平均體積（cm³，2 位小數）。 [2]
(c) 計算平均體積中 KMnO4 的摩爾數。 [1]
(d) 寫出 MnO4⁻ 與 Fe²⁺ 反應的離子方程式，並計算 25.0 cm³ FA 1 中 Fe²⁺ 的摩爾數。 [2]
(e) FA 1 是把 9.45 g 該水合鹽溶於水並稀釋至 250 cm³ 而成。計算 250 cm³ 中 Fe²⁺ 的摩爾數，由此求該鹽的相對分子質量 Mr。 [2]
(f) 計算 FA 1 中鐵的質量，以及鐵佔樣本質量的百分比。 [2]
(g) 該鹽的化學式為 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，Mr＝392.1，含鐵 14.23%。把你的結果與這兩個數值比較，評論樣本的純度，並提出一項可提高準確度的改進。 [3]
第 2 · 定性分析：鑑定未知鹽 FA 4 所含的離子 [12]
(a) FA 4 是一種水合鹽。把下列試驗的觀察結果填滿表中（顏色、沉澱、溶解情況、氣體）。
| 試驗 | 觀察結果 |
|---|---|
| 1. 把 FA 4 溶於蒸餾水 | |
| 2. 加氫氧化鈉溶液少許，再加過量，然後加熱 | |
| 3. 加氯化鋇溶液，再加過量稀鹽酸 | |
| 4. 加氨水少許，再加過量氨水 |
[4]
(b) 由上述觀察，指出 FA 4 含哪三種離子，並逐項說明依據。 [3]
(c) 已知 FA 4 是 NH4Al(SO4)2·12H2O。用下列相對原子質量計算它的 Mr 及結晶水佔質量的百分比：N 14.0、H 1.0、Al 27.0、S 32.1、O 16.0。 [3]
(d) 解釋試驗 4 如何把 Al³⁺ 與 Zn²⁺ 區分開。 [2]
第 3 · 量熱：氫氧化鈉與鹽酸中和反應的焓變 [14]
(a) 把 25.0 cm³ 1.00 mol/dm³ 鹽酸與 25.0 cm³ 1.00 mol/dm³ 氫氧化鈉溶液在隔熱杯中混合，每 30 秒記錄溫度，結果如下表。指出最高溫度與溫度升幅，並解釋為何用最高溫度而不用最後一個讀數。
| 時間 / s | 0 | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | 180 | 210 | 240 | 270 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 溫度 / °C | 20.0 | 20.0 | 20.5 | 24.0 | 26.0 | 26.7 | 26.7 | 26.6 | 26.5 | 26.4 |
[3]
(b) 假設溶液密度為 1.00 g/cm³、比熱容量 4.18 J g⁻¹ K⁻¹，計算反應釋出的能量（J）。 [3]
(c) 計算生成的水的摩爾數，並由此求中和焓變 ΔH（kJ/mol，註明正負號）。 [3]
(d) 提出兩項會令實驗值不準確的原因。 [2]
(e) 建議兩項改進，並解釋為何你的結果（−56.0 kJ/mol）比資料冊值 −57.3 kJ/mol 的數值小。 [3]
答案及評分準則
| 第 | 部分 | 答案 | 評分要點 | 分 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | (a) | 體積依次為 24.20、24.70、24.10、24.15 cm³。第 1 次（24.70 cm³）與其餘三次相差 0.50 cm³，遠超 0.20 cm³，屬不 concordant，須棄用，只作粗略滴定。 | 1 分：四個體積全對（24.20／24.70／24.10／24.15） 1 分：指出 24.70 cm³ 須棄用，並說明與其餘相差 >0.20 cm³ |
2 |
| 1 | (b) | concordant 體積為 24.20、24.10、24.15 cm³，平均＝(24.20+24.10+24.15)÷3＝24.15 cm³。 | 1 分：只取 concordant 三個 1 分：平均 24.15 cm³（2 位小數） |
2 |
| 1 | (c) | n(KMnO4)＝0.0200×24.15÷1000＝4.83×10⁻⁴ mol。 | 1 分：4.83×10⁻⁴ mol（接受 4.8×10⁻⁴） | 1 |
| 1 | (d) | MnO4⁻＋5Fe²⁺＋8H⁺ → Mn²⁺＋5Fe³⁺＋4H2O。摩爾比 1:5，n(Fe²⁺)＝5×4.83×10⁻⁴＝2.415×10⁻³ mol。 | 1 分：方程式係數與狀態正確（5Fe²⁺、8H⁺、4H2O） 1 分：2.415×10⁻³ mol |
2 |
| 1 | (e) | n(Fe²⁺)＝2.415×10⁻³×10＝2.415×10⁻² mol；Mr＝9.45÷2.415×10⁻²＝391.3。 | 1 分：×10 得 2.415×10⁻² mol 1 分：Mr＝391（接受 391.3） |
2 |
| 1 | (f) | m(Fe)＝2.415×10⁻²×55.8＝1.348 g（1.35 g）；質量百分比＝1.348÷9.45×100＝14.26%。 | 1 分：鐵的質量 1.35 g 1 分：14.26%（接受 14.3%） |
2 |
| 1 | (g) | Mr 391.3 與 392.1 相差 0.2%，鐵含量 14.26% 與 14.23% 相差 0.03 個百分點，兩者都在實驗誤差之內，故樣本基本上是純的。改進：在錐形瓶下墊白瓷板，令終點由無色轉為淡粉紅更易察覺；滴定接近終點時逐滴加入並不停搖勻，避免超過終點。 | 1 分：比較 Mr（0.2% 差） 1 分：比較鐵含量（0.03 個百分點） 1 分：合理的改進兼說明理由 |
3 |
| 2 | (a) | 1. 溶成無色溶液。2. 加 NaOH 少許得白色沉澱；加過量時沉澱溶解成無色溶液；加熱放出氣體，氣體令濕潤的紅色石蕊試紙變藍。3. 加 BaCl2 得白色沉澱；加過量稀鹽酸後沉澱不溶解。4. 加氨水少許得白色沉澱；加過量氨水後沉澱不溶解。 | 每項 1 分：1 無色溶液、2 白色沉澱／溶於過量／放出 NH3、3 白色沉澱不溶於酸、4 白色沉澱不溶於過量氨 | 4 |
| 2 | (b) | NH4⁺：加鹼加熱放出令濕潤紅色石蕊變藍的氣體（氨）。Al³⁺：加 NaOH 得白色沉澱，沉澱溶於過量 NaOH（兩性），但在過量氨水中不溶。SO4²⁻：加 BaCl2 得白色沉澱，沉澱不溶於過量稀鹽酸（區別於碳酸鹽與亞硫酸鹽）。 | 1 分：NH4⁺ 及其依據 1 分：Al³⁺ 及其依據 1 分：SO4²⁻ 及其依據 |
3 |
| 2 | (c) | NH4＝18.0；Al＝27.0；SO4＝32.1＋64.0＝96.1，×2＝192.2；12H2O＝12×18.0＝216.0。Mr＝18.0＋27.0＋192.2＋216.0＝453.2。結晶水百分比＝216.0÷453.2×100＝47.66%。 | 1 分：SO4 與 12H2O 分項正確 1 分：Mr＝453.2 1 分：47.66%（接受 47.7%） |
3 |
| 2 | (d) | 兩者加氨水都先得白色沉澱。加過量氨水時，Zn²⁺ 生成可溶的 [Zn(NH3)4]²⁺ 錯離子，沉澱溶解；Al³⁺ 不與氨形成穩定錯離子，沉澱不溶解。故沉澱不溶於過量氨水即證明是 Al³⁺。 | 1 分：Zn²⁺ 生成可溶錯離子而溶解 1 分：Al³⁺ 沉澱不溶，故可區分 |
2 |
| 3 | (a) | 最高溫度 26.7 °C，起始溫度 20.0 °C，升幅 ΔT＝26.7－20.0＝6.7 °C。最高點是反應剛完成、熱量尚未明顯散失的一刻；之後溫度因向四周散熱而回落，最後讀數（26.4 °C）會低估 ΔT。 | 1 分：26.7 °C 1 分：ΔT＝6.7 °C 1 分：最高點在散熱前，最後讀數低估 ΔT |
3 |
| 3 | (b) | 溶液總體積＝25.0＋25.0＝50.0 cm³，質量＝50.0×1.00＝50.0 g。q＝mcΔT＝50.0×4.18×6.7＝1,400 J（1.40 kJ）。 | 1 分：質量 50.0 g（用總體積） 1 分：代入 q＝mcΔT 1 分：1,400 J（1.40 kJ） |
3 |
| 3 | (c) | n(HCl)＝1.00×25.0÷1000＝0.0250 mol，n(NaOH) 亦為 0.0250 mol，故生成 0.0250 mol 水。ΔH＝−q÷n＝−1,400÷0.0250＝−56,000 J/mol＝−56.0 kJ/mol。 | 1 分：0.0250 mol 水 1 分：q÷n 得 56,000 J/mol 1 分：−56.0 kJ/mol，負號表示放熱 |
3 |
| 3 | (d) | ① 熱量向隔熱杯與空氣散失，令測得的 ΔT 偏小；② 假設隔熱杯的熱容量為零、又假設溶液密度與比熱容量與純水相同，令 q 偏小。 | 1 分：散熱 1 分：忽略杯的熱容量／假設與水相同 |
2 |
| 3 | (e) | 改進：用有蓋的聚苯乙烯杯並把溫度計穿過杯蓋，減少散熱與蒸發；把溫度對時間作圖並外推到混合一刻（冷卻校正），或改用較高濃度令 ΔT 更大、相對誤差更小。結果偏小的原因：部分熱量在混合與讀溫之間已散失，令 ΔT 偏小，故 |ΔH| 偏小；文獻值假設完全絕熱。 | 1 分：有蓋／隔熱的改進 1 分：冷卻校正或增大 ΔT 的改進 1 分：解釋散熱令 ΔT 偏小 → |ΔH| 偏小 |
3 |
課題分佈
| 題號 | 課題 | 分數 |
|---|---|---|
| 1 | 滴定：以高錳酸鉀(VII)測定鐵(II)鹽 FA 1 的純度 | 14 |
| 2 | 定性分析：鑑定未知鹽 FA 4 所含的離子 | 12 |
| 3 | 量熱：氫氧化鈉與鹽酸中和反應的焓變 | 14 |
常見失分位
- 作圖時縱軸用 V 而不是 ln V，得曲線而非直線，梯度對不上 1/(RC)。
- 梯度漏寫單位 s⁻¹，或把 ln V 當成電壓一併代入 C = 1/(R×梯度)。
- 規劃題只寫「量頻率」，沒有說明怎樣令弦線共振，方法分全部失掉。
- 不確定度只計電阻的 5%，漏了讀圖梯度的 3%。
常見問題
Paper 3 考甚麼？
Paper 3 是高階實驗技能卷：2 小時、40 分。第 1 題是滴定並做計算（摩爾數、Mr、質量百分比），第 2 題是未知鹽的定性分析，第 3 題是量熱或速率實驗的數據處理與評價。
沒有親手做過這個實驗，可以應考嗎？
可以。Paper 3 考實驗技巧與數據處理的思路，不需要做過同一個實驗；但一定要熟習滴定讀數與 concordant 滴定、離子方程式的係數、q = mcΔT 與誤差分析。
在哪裡最容易失分？
滴定體積要寫到 2 位小數、平均時只取 concordant 讀數；離子方程式要有正確係數與狀態符號；量熱時要用溶液總質量；誤差分析要寫出具體來源，不要只寫「人為錯誤」。
本卷由 TutorZone 導師依公開課程大綱自行編寫，題目與數據均為原創，與 CIE 官方無關。
答案卷附評分要點，只供學習用途；轉載請註明出處。
