A-Level 化學 9701 Paper 4 模擬卷（A Level 結構題）｜100 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 4（A Level 結構題）

7 題 41 個部分 · 100 分 · 2 小時 · 准用計算機

卷制對照

試卷	時間	分數	性質
Paper 4（A Level 結構題）	2 小時	100 分	本卷
Paper 5（規劃、分析與評價）	1 小時 15 分	30 分	A Level 另一卷
Paper 2（AS 結構題）	1 小時 15 分	60 分	AS 卷
Paper 1（多項選擇）	1 小時	40 分	AS 卷

題目

Total: 100 marks · 2 hours · calculator allowed

第 1 · 晶格能與 Born-Haber 循環 [16]

(a) 定義離子化合物的晶格能（lattice energy）。 [2]

(b) 用以下數據計算氯化鈉的晶格能：ΔHf[NaCl(s)] = −411 kJ/mol、ΔHatom[Na] = +107、½ΔHdiss[Cl₂] = +122、IE₁[Na] = +496、EA[Cl] = −349。 [3]

(c) 氧化鎂的數據：ΔHf[MgO] = −602、ΔHatom[Mg] = +148、½ΔHdiss[O₂] = +249、IE₁+IE₂[Mg] = 738 + 1451、EA₁+EA₂[O] = −141 + 798。計算 MgO 的晶格能。 [3]

(d) 解釋為何氧化鎂的晶格能遠比氯化鈉的大（即更負）。 [3]

(e) 已知 Na⁺(g) 及 Cl⁻(g) 的水合焓分別為 −406 及 −364 kJ/mol，計算 NaCl(s) 的標準溶解焓。 [3]

(f) NaCl 溶解的標準熵變為 +43 J K⁻¹ mol⁻¹。計算 298 K 的 ΔG°（kJ/mol），並解釋 NaCl 實際上為何仍能溶於水。 [2]

第 2 · 電化學與電池 [14]

(a) 定義標準電極電勢（standard electrode potential）。 [2]

(b) Zn²⁺/Zn 的 E° = −0.76 V，Cu²⁺/Cu 的 E° = +0.34 V。計算 Zn | Zn²⁺ ‖ Cu²⁺ | Cu 電池的標準電動勢。 [2]

(c) 用 ΔG° = −nFE° 計算該電池的標準自由能變化（F = 96,500 C/mol），以 kJ/mol 表示。 [3]

(d) 寫出兩個半反應，並指出電子由哪一極流向哪一極、哪一極是正極。 [3]

(e) 若把 Cu²⁺ 濃度由 1.0 增至 2.0 mol/dm³（其他條件不變），電池電動勢如何改變？解釋。 [2]

(f) 若 [Zn²⁺] = 1.0 mol/dm³ 而 [Cu²⁺] = 0.010 mol/dm³（298 K），計算電池電動勢。 [2]

第 3 · 酸鹼平衡與緩衝溶液 [16]

(a) 按 Brønsted-Lowry 理論定義酸。 [1]

(b) 計算 0.100 mol/dm³ 乙酸溶液的 pH（Ka = 1.80 × 10⁻⁵）。 [3]

(c) 某弱酸溶液濃度為 0.050 mol/dm³，測得 pH 為 3.10。計算其 Ka。 [3]

(d) 某溶液含 0.200 mol/dm³ 乙酸及 0.100 mol/dm³ 乙酸鈉。計算其 pH（Ka = 1.80 × 10⁻⁵）。 [3]

(e) 向此緩衝溶液加入少量 HCl，pH 幾乎不變。解釋原因。 [2]

(f) 25.0 cm³ 0.100 mol/dm³ 乙酸用 0.100 mol/dm³ NaOH 滴定。計算等當點時溶液的 pH（Kw = 1.00 × 10⁻¹⁴、Ka = 1.80 × 10⁻⁵）。 [4]

第 4 · 反應動力學 [14]

(a) 反應 A + B → 產物 的初始速率數據如下：實驗 1 [A] = 0.100、[B] = 0.100、速率 2.40×10⁻³ mol dm⁻³ s⁻¹；實驗 2 [A] = 0.200、[B] = 0.100、速率 4.80×10⁻³；實驗 3 [A] = 0.100、[B] = 0.200、速率 9.60×10⁻³。推導對 A 及對 B 的級數，並寫出速率方程。 [4]

(b) 由實驗 1 的數據計算速率常數 k，並寫出單位。 [2]

(c) 當 [A] = 0.150、[B] = 0.0500 mol/dm³ 時，計算初始速率。 [2]

(d) 由速率方程推斷速率決定步驟涉及哪些粒子，並說明理由。 [2]

(e) k 在 300 K 為 2.40×10⁻³ dm⁶ mol⁻² s⁻¹，在 320 K 為 9.60×10⁻³。計算活化能（R = 8.314 J K⁻¹ mol⁻¹）。 [3]

(f) 用分子碰撞解釋溫度升高為何令速率常數增大。 [1]

第 5 · 過渡元素與氧化還原滴定 [12]

(a) 定義過渡元素。 [2]

(b) 解釋過渡金屬錯合物為何多數呈色。 [2]

(c) 寫出 [Cu(H₂O)₆]²⁺ 與過量 NH₃ 反應的離子方程，並描述顏色變化。 [2]

(d) 25.0 cm³ 含 Fe²⁺ 的溶液在酸性條件下用去 24.50 cm³ 0.0200 mol/dm³ KMnO₄。已知 MnO₄⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O，計算 Fe²⁺ 的濃度。 [3]

(e) 若上述含 Fe²⁺ 溶液共 250 cm³，計算其中鐵的質量（Ar: Fe = 55.8）。 [2]

(f) 此滴定為何不需另加指示劑？ [1]

第 6 · 有機合成與結構鑑定 [16]

(a) 由乙醇分別製備乙醛及乙酸，寫出所需試劑及條件。 [3]

(b) 寫出乙醇與乙酸生成乙酸乙酯的方程，並指出催化條件。 [2]

(c) 23.0 g 乙醇與過量乙酸反應，實際得到 30.8 g 乙酸乙酯。計算百分產率（Mr: 乙醇 46.0、乙酸乙酯 88.0）。 [3]

(d) 為何產率低於 100%？提出一個可提高產率的方法。 [2]

(e) 比較乙酸乙酯在酸性水解及鹼性水解下的產物。 [2]

(f) 化合物 X 只含 C、H、O，Mr = 74.0，含碳 48.6%、氫 8.1%。IR 在 1710 cm⁻¹ 及 2500–3300 cm⁻¹ 有吸收；¹H NMR 有一個三重峰、一個四重峰及一個可交換的單峰。推斷 X 的結構並說明理由。 [4]

第 7 · 氮與硫的化學 [12]

(a) 寫出氨催化氧化成一氧化氮的方程，並指出工業條件。 [2]

(b) 100 kg 氨完全氧化成 NO，計算可得 NO 的質量（Mr: NH₃ 17.0、NO 30.0）。 [3]

(c) NO 再氧化成 NO₂ 後被水吸收：3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO。計算由上述 NO 可得硝酸的最大質量（Mr: HNO₃ 63.0）。 [3]

(d) 解釋為何吸收塔排出的 NO 會送回氧化塔。 [2]

(e) 燃煤煙氣含 640 kg SO₂，用 CaO 吸收：CaO + SO₂ → CaSO₃。計算所需 CaO 的最低質量（Mr: SO₂ 64.1、CaO 56.1）。 [2]

答案及評分準則

部分	答案	評分要點	分
1(a)	在標準狀態下，一摩爾離子化合物由其氣態離子形成時所放出的能量（ΔHlatt 為負值）。	1 分：1 mol 離子化合物由氣態離子生成 1 分：指明放熱（ΔH 為負）	2
1(b)	ΔHlatt = −411 − (107 + 122 + 496 − 349) = −411 − 376 = −787 kJ/mol	1 分：Born-Haber 各項符號正確（原子化、解離、游離能為正） 1 分：107 + 122 + 496 − 349 = 376 1 分：−787 kJ/mol	3
1(c)	合計 = 148 + 249 + 2189 + 657 = 3243；ΔHlatt = −602 − 3243 = −3845 kJ/mol	1 分：IE 合計 2189、EA 合計 657 1 分：148 + 249 + 2189 + 657 = 3243 1 分：−3845 kJ/mol	3
1(d)	Mg²⁺、O²⁻ 的電荷各為 Na⁺、Cl⁻ 的兩倍，電荷乘積由 1 增至 4；且 Mg²⁺、O²⁻ 半徑較小，離子間距離更短，靜電吸引強得多。	1 分：離子電荷為 2+ 及 2− 1 分：電荷乘積約為 4 倍 1 分：離子半徑較小、距離較短	3
1(e)	ΔHsol = −ΔHlatt + ΔHhyd(Na⁺) + ΔHhyd(Cl⁻) = 787 − 406 − 364 = +17 kJ/mol（吸熱）	1 分：打破晶格吸熱 +787 kJ/mol 1 分：−406 − 364 1 分：+17 kJ/mol	3
1(f)	ΔG° = 17 − 298 × 43/1000 = +4.2 kJ/mol > 0；標準狀態下不有利，但實際溶液未飽和，離子散入大量水中令混合熵大增，ΔG 變負，故仍溶解。	1 分：ΔG° = +4.2 kJ/mol 1 分：指出標準狀態 ΔG 為正，但稀溶液的混合熵令 ΔG 變負	2
2(a)	在 298 K、離子濃度 1 mol/dm³（氣體分壓 1 atm）下，該半電池與標準氫電極組成電池時所測得的電動勢，標準氫電極定為 0.00 V。	1 分：標準條件（1 mol/dm³、298 K、1 atm） 1 分：相對於標準氫電極，氫電極定為 0.00 V	2
2(b)	E°cell = E°(正極) − E°(負極) = 0.34 − (−0.76) = +1.10 V	1 分：E°cell = E°(cathode) − E°(anode) 1 分：+1.10 V	2
2(c)	n = 2；ΔG° = −2 × 96,500 × 1.10 = −212,300 J/mol = −212 kJ/mol	1 分：n = 2 1 分：−2 × 96,500 × 1.10 1 分：−212 kJ/mol	3
2(d)	負極（氧化）：Zn → Zn²⁺ + 2e⁻；正極（還原）：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu；電子由鋅極經外電路流向銅極，銅極為正極。	1 分：Zn → Zn²⁺ + 2e⁻（氧化） 1 分：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu（還原） 1 分：電子 Zn → Cu，銅為正極	3
2(e)	電動勢上升。按 Nernst 方程 E = E° − (0.059/n)log([Zn²⁺]/[Cu²⁺])，[Cu²⁺] 增大令對數項更負，E 因而增大（銅半電池電勢升高）。	1 分：E 上升 1 分：以 Nernst 方程解釋，[Cu²⁺] 增大令還原電勢升高	2
2(f)	E = 1.10 − (0.059/2) log(1.0/0.010) = 1.10 − 0.059 = +1.041 V	1 分：代入 Nernst 方程（log 100 = 2） 1 分：+1.041 V	2
3(a)	能給出質子（H⁺）予另一物種的物種。	1 分：質子（H⁺）給予者	1
3(b)	[H⁺] = √(1.80×10⁻⁵ × 0.100) = 1.34×10⁻³ mol/dm³；pH = 2.87	1 分：Ka = [H⁺]²/[HA] 並假設 [H⁺] = [A⁻] 1 分：[H⁺] = 1.34×10⁻³ mol/dm³ 1 分：pH = 2.87	3
3(c)	[H⁺] = 10⁻³·¹⁰ = 7.94×10⁻⁴；Ka = (7.94×10⁻⁴)² ÷ (0.050 − 7.94×10⁻⁴) = 1.28×10⁻⁵	1 分：[H⁺] = 7.94×10⁻⁴ mol/dm³ 1 分：分母用 0.050 − [H⁺] 1 分：Ka ≈ 1.28×10⁻⁵	3
3(d)	[H⁺] = Ka × [酸]/[鹽] = 1.80×10⁻⁵ × 0.200/0.100 = 3.60×10⁻⁵ mol/dm³；pH = 4.44	1 分：用緩衝方程 [H⁺] = Ka × [HA]/[A⁻] 1 分：[H⁺] = 3.60×10⁻⁵ mol/dm³ 1 分：pH = 4.44	3
3(e)	加入的 H⁺ 與乙酸根 A⁻ 結合生成弱酸 HA 而被消耗；[HA]/[A⁻] 比值只輕微改變，故 pH 幾乎不變。	1 分：H⁺ 與 A⁻ 反應生成 HA 1 分：比值 [HA]/[A⁻] 幾乎不變	2
3(f)	等當點總體積 50.0 cm³，[CH₃COO⁻] = 0.0500 mol/dm³；Kb = Kw/Ka = 5.56×10⁻¹⁰；[OH⁻] = √(5.56×10⁻¹⁰ × 0.0500) = 5.27×10⁻⁶ mol/dm³；pOH = 5.28；pH = 8.72	1 分：[CH₃COO⁻] = 0.0500 mol/dm³ 1 分：Kb = Kw/Ka = 5.56×10⁻¹⁰ 1 分：[OH⁻] = 5.27×10⁻⁶ mol/dm³ 1 分：pH = 8.72	4
4(a)	[A] 加倍而速率加倍 → 對 A 一級；[B] 加倍而速率 ×4 → 對 B 二級；速率 = k[A][B]²	1 分：比較實驗 1、2 → 對 A 一級 1 分：比較實驗 1、3 → 速率 ×4 1 分：對 B 二級 1 分：速率 = k[A][B]²	4
4(b)	k = 2.40×10⁻³ ÷ (0.100 × 0.100²) = 2.4 dm⁶ mol⁻² s⁻¹	1 分：代入並得 2.4 1 分：單位 dm⁶ mol⁻² s⁻¹	2
4(c)	速率 = 2.4 × 0.150 × (0.0500)² = 9.0×10⁻⁴ mol dm⁻³ s⁻¹	1 分：正確代入速率方程 1 分：9.0×10⁻⁴ mol dm⁻³ s⁻¹	2
4(d)	速率決定步驟涉及一個 A 及兩個 B（兩個 B 須先碰撞）；因為級數等於速率決定步驟中各粒子的數目：A 為一級、B 為二級。	1 分：速率決定步驟含 1 個 A 及 2 個 B 1 分：級數等於該步驟的粒子數	2
4(e)	Ea = R ln(k₂/k₁) ÷ (1/T₁ − 1/T₂) = 8.314 × ln 4 ÷ (1/300 − 1/320) = 55.3 kJ/mol	1 分：用 Arrhenius 兩點式 1 分：ln 4 = 1.386、1/300 − 1/320 = 2.08×10⁻⁴ 1 分：55.3 kJ/mol	3
4(f)	溫度升高令分子平均動能上升，能量 ≥ Ea 的分子比例大增，成功碰撞的頻率提高，故 k 增大。	1 分：能量 ≥ Ea 的分子比例增加（碰撞頻率亦上升）	1
5(a)	d 區元素，能形成至少一種離子而其 d 亞層未完全充滿（d 電子組態不完整）。	1 分：屬 d 區元素 1 分：形成離子時 d 亞層未完全充滿	2
5(b)	配位體令五個 d 軌道分裂成不同能階；電子吸收可見光由較低能 d 軌道躍遷至較高能 d 軌道（d-d 躍遷），未被吸收的光透射／反射形成所見顏色。	1 分：配位體令 d 軌道能量分裂 1 分：電子吸收可見光作 d-d 躍遷，其餘光成顏色	2
5(c)	[Cu(H₂O)₆]²⁺ + 4NH₃ ⇌ [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺ + 4H₂O；顏色由淡藍變深藍。	1 分：正確離子方程（配位數 4） 1 分：淡藍 → 深藍	2
5(d)	n(MnO₄⁻) = 0.0200 × 0.02450 = 4.90×10⁻⁴ mol；n(Fe²⁺) = 5 × 4.90×10⁻⁴ = 2.45×10⁻³ mol；[Fe²⁺] = 2.45×10⁻³ ÷ 0.0250 = 0.0980 mol/dm³	1 分：n(MnO₄⁻) = 4.90×10⁻⁴ mol 1 分：n(Fe²⁺) = 2.45×10⁻³ mol（×5） 1 分：[Fe²⁺] = 0.0980 mol/dm³	3
5(e)	n(Fe²⁺) = 2.45×10⁻³ × 10 = 0.0245 mol；m = 0.0245 × 55.8 = 1.37 g	1 分：n = 0.0245 mol 1 分：1.37 g	2
5(f)	MnO₄⁻ 本身呈紫色，被還原成幾乎無色的 Mn²⁺；達終點時過量一滴 MnO₄⁻ 令溶液呈持久淡粉紅色，可自行指示。	1 分：紫色 MnO₄⁻ 被還原為無色 Mn²⁺，終點呈持久淡粉紅	1
6(a)	乙醛：酸化 K₂Cr₂O₇ 加熱，並立即蒸餾出乙醛以免進一步氧化；乙酸：酸化 K₂Cr₂O₇（過量）加熱回流。	1 分：酸化重鉻酸鉀（K₂Cr₂O₇／H⁺） 1 分：製乙醛用蒸餾即時移走產物 1 分：製乙酸用過量氧化劑加熱回流	3
6(b)	CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O；以濃硫酸催化並加熱。	1 分：正確而可逆的方程 1 分：濃 H₂SO₄ 催化、加熱	2
6(c)	n(乙醇) = 23.0 ÷ 46.0 = 0.500 mol；理論質量 = 0.500 × 88.0 = 44.0 g；產率 = 30.8 ÷ 44.0 × 100 = 70.0%	1 分：n = 0.500 mol 1 分：理論質量 44.0 g 1 分：70.0%	3
6(d)	酯化是逆反應，平衡時仍留有反應物；可用分水器不斷移走生成的水（或蒸出酯、使用過量乙醇），令平衡向右移動。	1 分：反應可逆／達平衡 1 分：移走水或酯、或用過量反應物	2
6(e)	酸性水解：生成乙酸及乙醇（可逆）；鹼性水解（NaOH(aq)）：生成乙酸鈉及乙醇（不可逆，皂化）。	1 分：酸性水解得乙酸 + 乙醇 1 分：鹼性水解得乙酸鹽 + 乙醇、不可逆	2
6(f)	C : H : O = 48.6/12.0 : 8.1/1.0 : 43.3/16.0 = 4.05 : 8.1 : 2.71 ≈ C₃H₆O₂（Mr 74.0 即分子式）；1710 cm⁻¹ 為 C=O、2500–3300 cm⁻¹ 寬峰為 O–H，故含羧基；三重峰與四重峰表示 CH₃CH₂– 相鄰偶合；X 為丙酸 CH₃CH₂COOH。	1 分：經驗式 C₃H₆O₂ 並與 Mr 74.0 一致 1 分：1710 cm⁻¹ = C=O、2500–3300 cm⁻¹ = 羧酸 O–H 1 分：三重峰＋四重峰 = CH₃CH₂ 相鄰偶合 1 分：結論為丙酸 CH₃CH₂COOH	4
7(a)	4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O；以鉑／銠催化，約 900 °C。	1 分：正確配平方程 1 分：Pt／Rh 催化、約 900 °C	2
7(b)	n(NH₃) = 100,000 ÷ 17.0 = 5,882 mol；n(NO) 相同；m = 5,882 × 30.0 = 176,471 g ≈ 176 kg	1 分：n(NH₃) = 5,882 mol 1 分：n(NO) = n(NH₃)（1:1） 1 分：約 176 kg	3
7(c)	n(NO₂) = 5,882 mol；n(HNO₃) = 2/3 × 5,882 = 3,921 mol；m = 3,921 × 63.0 = 247,023 g ≈ 247 kg	1 分：n(HNO₃) = 2/3 n(NO₂) = 3,921 mol 1 分：× 63.0 1 分：約 247 kg	3
7(d)	吸收反應只把三分之二的 NO₂ 變成 HNO₃，其餘以 NO 放出；把 NO 循環再氧化，可提高原料利用率及硝酸產率。	1 分：吸收反應產生 NO 副產物 1 分：循環可提高原料利用率／產率	2
7(e)	n(SO₂) = 640,000 ÷ 64.1 = 9,984 mol；m(CaO) = 9,984 × 56.1 = 560,102 g ≈ 560 kg	1 分：n(SO₂) = 9,984 mol 1 分：約 560 kg CaO	2

課題分佈

題號	課題	分數
1	晶格能與 Born-Haber 循環	16
2	電化學與電池	14
3	酸鹼平衡與緩衝溶液	16
4	反應動力學	14
5	過渡元素與氧化還原滴定	12
6	有機合成與結構鑑定	16
7	氮與硫的化學	12

常見失分位

• 晶格能答「離子鍵能量」而沒有指明由氣態離子生成，失 1 分。
• Born-Haber 循環把游離能或電子親和能的符號寫反，整題數值全錯。
• 緩衝題用錯 [酸]/[鹽] 比值，或把 pH 與 pOH 混淆。
• 二級反應速率常數單位漏寫 mol 的次方（應為 dm⁶ mol⁻² s⁻¹）。
• 滴定計算忘記由 MnO₄⁻ 換 Fe²⁺ 的 1:5 計量比。

常見問題

這份卷適合誰？
適合已完成 AS、正準備 CIE A-Level 化學 9701 Paper 4 的學生，特別是晶格能、電化學與有機合成這幾類長題目失分較多的考生。

答案卷有評分準則嗎？
有。每個部分都列出評分要點，可以自己逐點對分，也可以交由導師按點評分。

可以列印嗎？
可以，題目卷與答案卷均為 A4 排版 PDF，直接列印使用。

本卷為 TutorZone 原創練習材料，題目自行編寫，並非歷屆試題。

卷制依 CIE 9701 化學（2025–2027）Paper 4：2 小時、100 分、A Level 結構題。