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IB 化学 SL Paper 2 模拟卷（第三份・10 题・50 分・75 分钟・可用计算机）
练习卷 · IB 化学
IB 化学 SL Paper 2 第三份模拟卷：10 题、50 分、限时 75 分钟，可用计算机，涵盖理想气体、限量试剂与产率、周期性、分子形状、电解与法拉第定律、反应级数、化学平衡、酯化、赫斯定律及仪器分析。所有题目均为原创。
卷面资料 年级：IB DP 第一年（Grade 11） ｜ 科目：化学 ｜ 时限：75 分钟 ｜ 总分：50 分 ｜ 题数：10
甲部（第 1 至 5 题・25 分）
全部题目均须作答。本卷可用计算机。计算题须展示步骤，数值答案取三位有效数字（另有指明者除外），并在答案末标明单位。所有数据为示例，并非任何考试机构的历届试题。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 1 | 在 298 K、101.3 kPa 下，一个容器内有 2.80 g 氮气（N₂，摩尔质量 28.0 g mol⁻¹）。 (a) 计算氮气的摩尔数。 (b) 用理想气体方程 PV ＝ nRT 计算该气体在该条件下的体积（dm³，R ＝ 8.314 J K⁻¹ mol⁻¹）。 (c) 在压力不变下把温度升至 350 K，计算新的体积（dm³）。 (d) 在同温同压下，把 2.80 g 氮气换成 2.80 g 氦气（He，摩尔质量 4.00 g mol⁻¹），求新体积是原体积的多少倍。 (e) 说明为何真实气体在极高压下会明显偏离理想气体方程。 |
(a) n ＝ 2.80 ÷ 28.0 ＝ 0.100 mol。 (b) V ＝ nRT ÷ P ＝ (0.100 × 8.314 × 298) ÷ 101.3 ＝ 2.445 dm³，取三位有效数字为 2.45 dm³。 (c) 压力不变时 V 与 T 成正比（查理定律）：V ＝ 2.445 × 350 ÷ 298 ＝ 2.872 dm³，即约 2.87 dm³。 (d) n(He) ＝ 2.80 ÷ 4.00 ＝ 0.700 mol，是氮气的 7.00 倍；同温同压下体积与摩尔数成正比，故体积为原来的 7.00 倍。 (e) 高压时气体分子之间的距离变小，分子本身的体积不能再忽略，分子之间的吸引力亦变得显著，令实际体积大于理想值、压力低于理想值，所以偏离理想气体方程。 评分要点：(a) 1 分、(b) 1 分、(c) 1 分、(d) 1 分、(e) 1 分。 |
| 2 | 哈伯法制氨的反应：N₂(g) ＋ 3H₂(g) → 2NH₃(g)。把 0.250 mol 氮气与 0.600 mol 氢气放入反应器（N₂ 摩尔质量 28.0、H₂ 摩尔质量 2.00、NH₃ 摩尔质量 17.0 g mol⁻¹）。 (a) 计算完全反应 0.250 mol 氮气所需氢气的摩尔数。 (b) 判断哪一种反应物是限量试剂，并说明理由。 (c) 计算理论上可生成的氨的摩尔数。 (d) 计算理论上可生成的氨的质量（g）。 (e) 若实际产率为 80%，计算实际生成的氨的质量（g），并指出反应器中剩余的氮气摩尔数。 |
(a) n(H₂) 需要 ＝ 0.250 × 3 ＝ 0.750 mol。 (b) 氢气是限量试剂：0.600 mol 氢气只可与 0.200 mol 氮气反应，少于提供的 0.250 mol，故氢气先用尽。 (c) 由方程式，n(NH₃) ＝ 2 × 0.200 ＝ 0.400 mol。 (d) m(NH₃) ＝ 0.400 × 17.0 ＝ 6.81 g。 (e) 实际 n(NH₃) ＝ 0.400 × 0.80 ＝ 0.320 mol，质量 ＝ 0.320 × 17.0 ＝ 5.45 g；剩余氮气 ＝ 0.250 − 0.200 ＝ 0.050 mol。 评分要点：(a) 1 分、(b) 1 分、(c) 1 分、(d) 1 分、(e) 1 分。 |
| 3 | 第一游离能（kJ mol⁻¹）：Na 496、Mg 738、Al 577、Si 786、P 1012、Cl 1251、Ne 2081。 (a) 写出 Na、Mg、Al 的电子排布（以 1s² 2s² 2p⁶ … 形式表示）。 (b) 解释为何 Al 的第一游离能低于 Mg。 (c) 解释为何 P 的第一游离能高于 Si。 (d) 描述由 Na 到 Cl 原子半径的变化趋势并解释原因。 (e) 解释为何 Ne 的第一游离能在同周期中最高。 |
(a) Na：1s² 2s² 2p⁶ 3s¹；Mg：1s² 2s² 2p⁶ 3s²；Al：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹。 (b) Al 最外层电子在 3p 轨域，能量高于 Mg 的 3s 电子，且 3s 电子对 3p 电子有较强的屏蔽作用，令 3p 电子较易移去；Mg 失去 3s² 后留下全满的 2p⁶，较稳定。 (c) Si 的外层排布为 3p²，P 为 3p³；3p³ 是半满的稳定结构，电子成对排斥较小，加上有效核电荷增加，故 P 的第一游离能较高。 (d) 由 Na 到 Cl 原子半径逐渐减小：核电荷由 ＋11 增至 ＋17，而新增电子加入同一电子层，屏蔽效应增加不多，有效核电荷上升，把电子层拉近原子核。 (e) Ne 的电子排布为 1s² 2s² 2p⁶，第二电子层全满，电子不易移去；加上同周期中核电荷最大而电子层数相同，故第一游离能最高。 评分要点：(a) 1 分、(b) 1 分、(c) 1 分、(d) 1 分、(e) 1 分。 |
| 4 | 考虑 CH₄、NH₃、H₂O、BF₃ 及 CO₂ 五种分子。 (a) 写出 CH₄ 的电子域数目、分子形状及 H−C−H 键角。 (b) 写出 NH₃ 的分子形状及 H−N−H 键角，并解释为何小于 CH₄。 (c) 写出 H₂O 的分子形状及 H−O−H 键角，并解释与 NH₃ 的差异。 (d) BF₃ 为平面三角形而非三角锥形，解释原因。 (e) CO₂ 为直线形且整体没有净偶极矩，解释原因。 |
(a) CH₄：4 个电子域（4 条成键电子对、0 对孤对电子），四面体形，H−C−H 键角 109.5°。 (b) NH₃：3 个成键电子对加 1 对孤对电子，三角锥形，H−N−H 键角 107°；孤对电子的排斥力大于成键电子对，把三条 N−H 键压得更近，故小于 109.5°。 (c) H₂O：2 个成键电子对加 2 对孤对电子，V 形（角形），H−O−H 键角 104.5°；两对孤对电子排斥更大，故比 NH₃ 的 107° 更小。 (d) BF₃ 的中心硼原子只有 3 个电子域（3 条 B−F 键），没有孤对电子，电子域互相排斥至最远时呈平面三角形，键角 120°；三角锥形须有 4 个电子域，与电子数不符。 (e) CO₂ 的中心碳原子有 2 个电子域（两条 C＝O 双键），电子域相距 180°，分子为直线形；两条 C＝O 键的偶极矩大小相等、方向相反，互相抵消，故净偶极矩为零。 评分要点：(a) 1 分、(b) 1 分、(c) 1 分、(d) 1 分、(e) 1 分。 |
| 5 | 以 0.500 A 的电流电解硫酸铜（CuSO₄）溶液 30.0 分钟，阳极为惰性电极，阴极析出铜（Cu，摩尔质量 63.55 g mol⁻¹）。法拉第常数 F ＝ 96500 C mol⁻¹，室温摩尔气体体积 24.0 dm³。 (a) 计算通过电路的电量（C）。 (b) 计算通过的电子摩尔数。 (c) 写出阴极的半反应式，并计算析出的铜的质量（g）。 (d) 写出阳极的半反应式，并计算室温下生成氧气的体积（cm³）。 (e) 若电流效率只有 90%，说明析出铜的质量如何改变。 |
(a) Q ＝ I × t ＝ 0.500 × 1800 ＝ 900 C。 (b) n(e⁻) ＝ 900 ÷ 96500 ＝ 9.3264e-03 mol。 (c) 阴极：Cu²⁺ ＋ 2e⁻ → Cu；n(Cu) ＝ 9.3264e-03 ÷ 2 ＝ 4.6632e-03 mol，m ＝ 4.6632e-03 × 63.55 ＝ 0.296 g。 (d) 阳极：2H₂O → O₂ ＋ 4H⁺ ＋ 4e⁻；n(O₂) ＝ 9.3264e-03 ÷ 4 ＝ 2.3316e-03 mol，V ＝ 2.3316e-03 × 24.0 ＝ 0.0560 dm³，即约 56.0 cm³。 (e) 电流效率 90% 表示只有 90% 电量用于析出铜，故 n(Cu) 与质量均变为原来的 0.90 倍，质量约为 0.267 g；其余电量可能用于其他还原反应（例如水的还原放出氢气）。 评分要点：(a) 1 分、(b) 1 分、(c) 1 分、(d) 1 分、(e) 1 分。 |
乙部（第 6 至 10 题・25 分）
全部题目均须作答。本卷可用计算机。计算题须展示步骤，数值答案取三位有效数字（另有指明者除外），并在答案末标明单位。所有数据为示例，并非任何考试机构的历届试题。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 6 | 反应 A ＋ B → C 的初始速率数据如下（同温度）： 实验 1：[A] ＝ 0.10 mol dm⁻³、[B] ＝ 0.10 mol dm⁻³、初始速率 ＝ 2.0 × 10⁻³ mol dm⁻³ s⁻¹ 实验 2：[A] ＝ 0.20 mol dm⁻³、[B] ＝ 0.10 mol dm⁻³、初始速率 ＝ 4.0 × 10⁻³ mol dm⁻³ s⁻¹ 实验 3：[A] ＝ 0.20 mol dm⁻³、[B] ＝ 0.20 mol dm⁻³、初始速率 ＝ 1.6 × 10⁻² mol dm⁻³ s⁻¹ (a) 求反应对 A 的级数。 (b) 求反应对 B 的级数。 (c) 写出速率方程并求总反应级数。 (d) 计算速率常数 k 的数值及单位。 (e) 计算 [A] ＝ 0.15 mol dm⁻³、[B] ＝ 0.25 mol dm⁻³ 时的初始速率。 |
(a) 比较实验 1 与 2：[A] 加倍而 [B] 不变，速率由 2.0 × 10⁻³ 增至 4.0 × 10⁻³，即 2 倍，故对 A 为一级。 (b) 比较实验 2 与 3：[A] 不变，[B] 由 0.10 增至 0.20（2 倍），速率由 4.0 × 10⁻³ 增至 1.6 × 10⁻²，即 4 倍，故对 B 为二级。 (c) 速率方程：速率 ＝ k[A][B]²；总反应级数 ＝ 1 ＋ 2 ＝ 3。 (d) k ＝ 速率 ÷ ([A][B]²) ＝ 2.0 × 10⁻³ ÷ (0.10 × 0.10²) ＝ 2.0 mol⁻² dm⁶ s⁻¹。 (e) 速率 ＝ 2.0 × 0.15 × 0.25² ＝ 0.01875 ≈ 0.0187 mol dm⁻³ s⁻¹，即约 1.9 × 10⁻² mol dm⁻³ s⁻¹。 评分要点：(a) 1 分、(b) 1 分、(c) 1 分、(d) 1 分、(e) 1 分。 |
| 7 | 工业制氨：N₂(g) ＋ 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)，ΔH ＝ −92 kJ mol⁻¹。 (a) 说明提高总压力对氨的平衡产量的影响及其原因。 (b) 说明提高温度对氨的平衡产量及反应速率的影响。 (c) 说明把氨不断冷凝移走对平衡的影响。 (d) 说明加入铁催化剂对平衡位置及达平衡时间的影响。 (e) 解释为何工业上采用约 450 °C 而不用更低的温度。 |
(a) 提高总压力使平衡向气体摩尔数较少的一方移动：左边 4 mol 气体、右边 2 mol 气体，故向右移动，氨的平衡产量增加。 (b) 提高温度使平衡向吸热方向（即向左）移动，氨的平衡产量减少；但同时分子平均动能增加，有效碰撞增多，正逆反应速率都加快。 (c) 冷凝移走氨令生成物浓度下降，平衡位置向右移动，氨的产量增加（勒沙特列原理）。 (d) 催化剂只降低反应的活化能，令正逆反应速率同等加快，达平衡所需的时间缩短；平衡位置与平衡产量不变。 (e) 温度太低虽然有利于放热的生成方向，但反应速率过慢，需要很长时间才达平衡；450 °C 是产量、速率与能源成本之间的折衷，配合高压与催化剂可获得合理的整体产量。 评分要点：(a) 1 分、(b) 1 分、(c) 1 分、(d) 1 分、(e) 1 分。 |
| 8 | 把 0.100 mol 乙酸（CH₃COOH）与过量乙醇在浓硫酸催化下加热回流，生成乙酸乙酯。 (a) 写出此酯化反应的平衡方程式并指出所需催化剂。 (b) 写出生成物的系统名称及分子式。 (c) 已知酯的摩尔质量为 88.0 g mol⁻¹，若产率为 80%，计算生成酯的质量（g）。 (d) 写出分子式 C₄H₈O₂ 的另外两个酯异构物的名称。 (e) 说明为何反应使用加热回流，并在反应后以分馏把酯分离。 |
(a) CH₃COOH ＋ C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ ＋ H₂O；催化剂为浓硫酸（同时作脱水剂）。 (b) 乙酸乙酯（ethyl ethanoate），分子式 C₄H₈O₂。 (c) 理论 n(酯) ＝ 0.100 mol；实际 n ＝ 0.100 × 0.80 ＝ 0.080 mol，质量 ＝ 0.080 × 88.0 ＝ 7.05 g。 (d) 另外两个酯异构物：甲酸丙酯（propyl methanoate）与甲酸异丙酯（1-methylethyl methanoate）；亦可写丙酸甲酯（methyl propanoate）。 (e) 酯化是可逆且缓慢的反应，加热可提高速率，回流使挥发性的乙醇与乙酸冷凝回流，避免反应物损失并提高产率；反应后各成分沸点不同，分馏可分离出沸点较低的酯。 评分要点：(a) 1 分、(b) 1 分、(c) 1 分、(d) 1 分、(e) 1 分。 |
| 9 | 标准生成焓（kJ mol⁻¹）：CH₄(g) −75、CO₂(g) −394、H₂O(l) −286。 (a) 写出“标准生成焓”的定义（包含标准状态的条件）。 (b) 写出甲烷燃烧的平衡方程式，并标明各物质的状态。 (c) 以简单能量循环（或公式）表示如何由生成焓求燃烧焓。 (d) 计算甲烷的标准燃烧焓（kJ mol⁻¹）。 (e) 说明为何用键焓计算会得到不同的数值。 |
(a) 标准生成焓是指在标准压力（1 bar，约 100 kPa）及指定温度（通常 298 K）下，由元素在其标准状态生成 1 mol 该化合物时的反应焓变。 (b) CH₄(g) ＋ 2O₂(g) → CO₂(g) ＋ 2H₂O(l)。 (c) ΔH_c ＝ ΣΔH_f(生成物) − ΣΔH_f(反应物)，即 ΔH_c ＝ [ΔH_f(CO₂) ＋ 2ΔH_f(H₂O)] − [ΔH_f(CH₄) ＋ 2ΔH_f(O₂)]，而元素的标准生成焓为零。 (d) ΔH_c ＝ [(-394) ＋ 2 × (-286)] − [(-75) ＋ 0] ＝ -966 ＋ 75 ＝ -891 kJ mol⁻¹。 (e) 键焓是气态分子的平均键能，计出的数值对应所有物质均为气态的情况；标准燃烧焓中水为液态，水蒸气凝结会额外放出能量，加上键焓取平均值，故两者数值不同。 评分要点：(a) 1 分、(b) 1 分、(c) 1 分、(d) 1 分、(e) 1 分。 |
| 10 | 化合物 X 只含碳、氢、氧。质谱显示分子离子峰在 m/z ＝ 60，另有明显碎片峰 m/z ＝ 43 与 45。红外光谱在 2500 至 3300 cm⁻¹ 有宽而强的吸收，亦在约 1700 cm⁻¹ 有强吸收。 (a) 由质谱判断 X 的相对分子质量。 (b) 指出红外光谱两个吸收带所对应的官能基。 (c) 已知摩尔质量为 60.0 g mol⁻¹，推导 X 的分子式（C、H、O 的相对原子质量分别为 12.0、1.0、16.0）。 (d) 综合上述资料，指出 X 的名称。 (e) 解释 m/z ＝ 45 碎片峰的来源。 |
(a) 分子离子峰的 m/z ＝ 60，故 X 的相对分子质量为 60。 (b) 2500 至 3300 cm⁻¹ 的宽强吸收对应 O−H 的伸缩振动（羧酸的氢键缔合）；约 1700 cm⁻¹ 的强吸收对应 C＝O 的伸缩振动。 (c) 设分子式为 CxHyOz：12x ＋ y ＋ 16z ＝ 60。羧酸含两个氧（z ＝ 2），余 12x ＋ y ＝ 28：x ＝ 2 时 y ＝ 4，得 C₂H₄O₂，摩尔质量 ＝ 24 ＋ 4 ＋ 32 ＝ 60，与题相符。 (d) X 含 O−H 与 C＝O 且为二聚的羧酸，分子式 C₂H₄O₂，故 X 是乙酸（ethanoic acid，CH₃COOH）。 (e) m/z ＝ 45 对应失去一个甲基（−15）后的 CH₃O₂⁺ 或 COOH⁺ 碎片；m/z ＝ 43 则对应失去羟基（−17）后的 CH₃CO⁺ 碎片，与乙酸的结构相符。 评分要点：(a) 1 分、(b) 1 分、(c) 1 分、(d) 1 分、(e) 1 分。 |
TutorZone 练习卷｜题目与文章为原创，并非任何学校或出版社的教材。
