IGCSE 化学 0620 Paper 4 练习卷：空气、水质、肥料与环境化学（Extended 理论卷・100 分）

年级：中四至中五（IGCSE Year 10–11）　｜　科目：化学 0620　｜　时限：60 分钟　｜　总分：100 分　｜　题数：30

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Paper 4（Extended，结构题）	1 小时 15 分	75	不可用

题目

第 1 题（16 分）　空气的成分与污染物

(a) 列出空气中含量最多的两种气体，并写出各占的体积百分比。 （2 分）

(b) 分别写出一氧化碳、二氧化硫及氮氧化物的主要来源，并各指出一项对人体健康的影响。 （3 分）

(c) 某城市每日燃烧含硫质量百分比 1.5% 的柴油 2.0 × 10^5 kg。假设柴油中的硫全部转化为二氧化硫，计算每日产生的二氧化硫质量，以 kg 表示（Ar：S = 32.0，O = 16.0）。 （4 分）

(d) 汽车的催化转换器把一氧化碳与一氧化氮转化，反应为 2CO + 2NO 生成 2CO2 + N2。56.0 g 一氧化碳完全反应，计算所需一氧化氮的摩尔数及生成二氧化碳的质量（Mr：CO = 28.0，CO2 = 44.0）。 （4 分）

(e) 解释为何氮氧化物的浓度在晴天下午通常最高，并提出一项减少车辆氮氧化物排放的方法。 （3 分）

第 2 题（17 分）　水质测试与污水处理

(a) 写出自来水处理中三个主要步骤，并说明各步骤的目的。 （3 分）

(b) 25.0 cm3 水样本以 0.0100 mol/dm3 的 EDTA 溶液滴定，达终点时用去 12.5 cm3。EDTA 与钙离子以 1：1 的摩尔比反应。计算水样本中钙离子的浓度（mol/dm3）。 （4 分）

(c) 比较硬水与软水加入肥皂后的表现，并写出硬水的一项实际缺点。 （3 分）

(d) 某河水的溶解氧在排污前为 8.0 mg/dm3，五日后降至 3.2 mg/dm3。污水的流量为每日 2000 dm3。计算每日的生化需氧量，以 g 表示。 （4 分）

(e) 解释含高浓度硝酸盐的农地排水如何导致河流出现优养化。 （3 分）

第 3 题（16 分）　肥料、土壤与农业化学

(a) 解释肥料标签上 N、P、K 三个字母分别代表哪一种元素，并各说明其在植物生长中的一项作用。 （3 分）

(b) 硝酸铵（NH4NO3）是常用的氮肥。计算其中氮的质量百分比，并求 100 kg 肥料中氮的质量（Ar：N = 14.0，H = 1.0，O = 16.0）。 （4 分）

(c) 硫酸铵（(NH4)2SO4）含氮 21.2%。硝酸铵每 kg 售 6.00 元，硫酸铵每 kg 售 4.00 元。计算两种肥料每 kg 氮的成本，并指出哪一种较划算（Ar：N = 14.0，H = 1.0，S = 32.0，O = 16.0）。 （4 分）

(d) 写出过量施用氮肥对环境的两项影响。 （3 分）

(e) 解释农民为何在酸性土壤上施用石灰（碳酸钙或氧化钙）。 （2 分）

第 4 题（17 分）　石灰石与工业应用

(a) 写出石灰石（碳酸钙）热分解的平衡方程式，并指出生成物的一项工业用途。 （3 分）

(b) 1000 kg 石灰石（假设全部为碳酸钙）在高温下完全分解。计算生成氧化钙及二氧化碳的质量，以 kg 表示（Mr：CaCO3 = 100.0，CaO = 56.0，CO2 = 44.0）。 （4 分）

(c) 2.20 g 二氧化碳通入过量石灰水。计算生成碳酸钙沉淀的质量（Mr：CO2 = 44.0，CaCO3 = 100.0）。 （4 分）

(d) 写出生石灰与水反应的方程式，并说明这个过程在建筑工地的一项安全风险。 （3 分）

(e) 解释为何在燃煤电厂的烟道中注入石灰石粉可减少二氧化硫排放，并写出相关的反应。 （3 分）

第 5 题（17 分）　温室气体、能源与碳排放

(a) 解释温室效应的形成机制，并指出两种温室气体。 （3 分）

(b) 某家庭每年用电 4500 kWh。电网每 kWh 排放 0.70 kg 二氧化碳。计算该家庭每年的二氧化碳排放量（以 tonne 表示），以及若其中 20% 用电改由太阳能供应后的排放量。 （4 分）

(c) 一套太阳能系统每年发电 3200 kWh，全部取代电网供电。以每 kWh 排放 0.70 kg 二氧化碳计算，求 25 年内减少的二氧化碳总量，以 tonne 表示，并指出计算中的一项假设。 （4 分）

(d) 煤发电每 kWh 排放 0.90 kg 二氧化碳，天然气发电每 kWh 排放 0.35 kg。计算天然气相对煤减少的排放百分比，并指出一个原因。 （3 分）

(e) 指出两项减少个人碳足迹的可行方法，并各说明一项限制。 （3 分）

第 6 题（17 分）　综合应用：酸雨与数据分析

(a) 一个湖泊的湖水体积为 1.0 × 10^6 dm3，含硫酸的浓度为 0.0010 mol/dm3。计算完全中和这些硫酸所需的碳酸钙质量，以 kg 表示（Mr：CaCO3 = 100.0）。 （4 分）

(b) 未被污染雨水的 pH 约为 5.6，某地雨水的 pH 为 4.0。计算两者氢离子浓度的比值，并解释 pH 相差 1.6 个单位代表酸性增强多少。 （4 分）

(c) 写出引致酸雨的两个主要气体及其来源，并指出酸雨对建筑物的一项影响。 （3 分）

(d) 某城市二氧化硫的年均浓度由 1990 年的 80 μg/m3 下降至 2020 年的 16 μg/m3。计算下降的百分比，并提出两个可能原因。 （3 分）

(e) 政府计划补贴市民更换电动车以减少路边氮氧化物。从数据分析的角度，指出两项在评估政策成效时必须考虑的因素。 （3 分）

答案及评分准则

第 1 题　空气的成分与污染物

(a) 氮气约占 78%（1 分）；氧气约占 21%（1 分）。 ［2 分］

(b) 一氧化碳来自化石燃料不完全燃烧，与血红蛋白结合，降低血液运氧能力（1 分）；二氧化硫来自燃烧含硫燃料，刺激呼吸道，诱发哮喘（1 分）；氮氧化物来自引擎及高温燃烧，刺激肺部并形成光化学烟雾（1 分）。 ［3 分］

(c) 硫的质量 = 2.0 × 10^5 × 1.5% = 3000 kg（1 分）；n(S) = 3 000 000 ÷ 32.0 = 93 750 mol（1 分）；S + O2 生成 SO2，n(SO2) = 93 750 mol（1 分）；m(SO2) = 93 750 × 64.0 = 6.0 × 10^6 g = 6000 kg（1 分）。 ［4 分］

(d) n(CO) = 56.0 ÷ 28.0 = 2.00 mol（1 分）；由方程式比例，n(NO) = 2.00 mol（1 分）；n(CO2) = 2.00 mol（1 分）；m(CO2) = 2.00 × 44.0 = 88.0 g（1 分）。 ［4 分］

(e) 引擎内的高温使空气中的氮与氧反应生成一氧化氮（1 分）；晴天强烈阳光促进一氧化氮氧化为二氧化氮，并推动光化学反应，污染物在下午累积（1 分）；方法：安装催化转换器、改善引擎燃烧效率或改用电动车（1 分）。 ［3 分］

第 2 题　水质测试与污水处理

(a) 加入明矾等混凝剂使细小悬浮粒子凝聚成较大颗粒而沉降（1 分）；过滤除去残余的悬浮固体（1 分）；加入氯气或次氯酸钠消毒，杀灭病原体（1 分）。 ［3 分］

(b) n(EDTA) = 0.0100 × 12.5 ÷ 1000 = 1.25 × 10^-4 mol（1 分）；摩尔比为 1：1，故 n(Ca2+) = 1.25 × 10^-4 mol（1 分）；体积以 dm3 表示为 0.0250 dm3（1 分）；浓度 = 1.25 × 10^-4 ÷ 0.0250 = 5.00 × 10^-3 mol/dm3（1 分）。 ［4 分］

(c) 硬水含较多钙离子及镁离子（1 分）；这些离子与肥皂形成不溶的浮渣，泡沫较少，软水则容易起泡（1 分）；缺点：耗用较多肥皂，并在热水器及管道内形成水垢，降低加热效率（1 分）。 ［3 分］

(d) 溶解氧下降 = 8.0 − 3.2 = 4.8 mg/dm3（1 分）；生化需氧量即为 4.8 mg/dm3（1 分）；每日耗氧 = 4.8 × 2000 = 9600 mg（1 分）；即 9.6 g（1 分）。 ［4 分］

(e) 硝酸盐是藻类及水生植物的营养素，促进藻类大量繁殖（1 分）；藻类覆盖水面，遮挡光线，水下植物死亡（1 分）；藻类及植物残体被细菌分解，消耗水中溶解氧，鱼类及其他生物缺氧死亡（1 分）。 ［3 分］

第 3 题　肥料、土壤与农业化学

(a) N 代表氮，用于合成蛋白质及叶绿素，促进叶片生长（1 分）；P 代表磷，促进根系发育及开花结果（1 分）；K 代表钾，调节水分平衡，增强抗病能力（1 分）。 ［3 分］

(b) Mr = 14.0 × 2 + 1.0 × 4 + 16.0 × 3 = 80.0（1 分）；每式量单位含氮 28.0（1 分）；百分比 = 28.0 ÷ 80.0 × 100% = 35.0%（1 分）；100 kg × 35.0% = 35.0 kg 氮（1 分）。 ［4 分］

(c) 硝酸铵每 kg 氮 = 6.00 ÷ 0.350 = 17.1 元（1 分）；硫酸铵 Mr = 28.0 + 8.0 + 32.0 + 64.0 = 132.0，含氮百分比 = 28.0 ÷ 132.0 = 21.2%（1 分）；硫酸铵每 kg 氮 = 4.00 ÷ 0.212 = 18.9 元（1 分）；硝酸铵每 kg 氮较便宜，较为划算（1 分）。 ［4 分］

(d) 未被吸收的硝酸盐随雨水流入河流及湖泊，造成优养化（1 分）；硝酸盐渗入地下水，污染饮用水源（1 分）；施肥及生产肥料过程亦会释放温室气体如一氧化二氮（1 分）。 ［3 分］

(e) 石灰是碱性物质，可中和土壤的酸性，提高 pH（1 分）；pH 提高后养分较易被植物吸收，并减少铝离子对根部的毒害（1 分）。 ［2 分］

第 4 题　石灰石与工业应用

(a) CaCO3 生成 CaO + CO2（1 分）；条件为高温加热（1 分）；氧化钙用于制造水泥、中和酸性土壤或烟气脱硫（1 分）。 ［3 分］

(b) n(CaCO3) = 1.0 × 10^6 ÷ 100.0 = 1.00 × 10^4 mol（1 分）；m(CaO) = 1.00 × 10^4 × 56.0 = 5.60 × 10^5 g = 560 kg（1 分）；m(CO2) = 1.00 × 10^4 × 44.0 = 4.40 × 10^5 g = 440 kg（1 分）；核对 560 + 440 = 1000 kg，符合质量守恒（1 分）。 ［4 分］

(c) n(CO2) = 2.20 ÷ 44.0 = 0.0500 mol（1 分）；Ca(OH)2 + CO2 生成 CaCO3 + H2O（1 分）；n(CaCO3) = 0.0500 mol（1 分）；m = 0.0500 × 100.0 = 5.00 g（1 分）。 ［4 分］

(d) CaO + H2O 生成 Ca(OH)2（1 分）；反应剧烈并放出大量热（1 分）；溅出的热碱液可造成皮肤及眼睛严重烧伤，工人须戴护目镜及手套（1 分）。 ［3 分］

(e) 石灰石受热分解为氧化钙（1 分）；氧化钙与二氧化硫反应生成亚硫酸钙，CaO + SO2 生成 CaSO3（1 分）；固体产物被除尘器收集，二氧化硫不会排入大气（1 分）。 ［3 分］

第 5 题　温室气体、能源与碳排放

(a) 太阳辐射以短波进入大气，大部分被地面吸收（1 分）；地面升温后以长波红外线再辐射，温室气体吸收部分红外线并向各方向再辐射，其中一部分返回地面（1 分）；常见温室气体包括二氧化碳、甲烷及水蒸气（1 分）。 ［3 分］

(b) 每年排放 = 4500 × 0.70 = 3150 kg（1 分）；即 3.15 tonne（1 分）；20% 用电的排放 = 3150 × 0.20 = 630 kg（1 分）；余下排放 = 3150 − 630 = 2520 kg，即 2.52 tonne（1 分）。 ［4 分］

(c) 每年减少 = 3200 × 0.70 = 2240 kg（1 分）；25 年合计 = 2240 × 25 = 56 000 kg（1 分）；即 56.0 tonne（1 分）；假设电网的排放系数在 25 年内保持不变，而太阳能系统的发电量亦不衰减（1 分）。 ［4 分］

(d) 差额 = 0.90 − 0.35 = 0.55 kg/kWh（1 分）；百分比 = 0.55 ÷ 0.90 × 100% = 61%（1 分）；原因是天然气的氢碳比较高，每单位能量产生的二氧化碳较少，而且燃气电厂的热效率通常较高（1 分）。 ［3 分］

(e) 减少家居用电，例如关掉待机电器及使用节能灯，限制是家居用电只占整体排放的一部分（1 分）；改用公共交通或步行，限制是部分地区的公共交通班次不足（1 分）；减少肉类消费，限制是饮食习惯受文化及价格影响，难以短期改变（1 分）。 ［3 分］

第 6 题　综合应用：酸雨与数据分析

(a) n(H2SO4) = 1.0 × 10^6 × 0.0010 = 1.0 × 10^3 mol（1 分）；CaCO3 + H2SO4 生成 CaSO4 + CO2 + H2O（1 分）；n(CaCO3) = 1.0 × 10^3 mol（1 分）；m = 1.0 × 10^3 × 100.0 = 1.0 × 10^5 g = 100 kg（1 分）。 ［4 分］

(b) pH 是氢离子浓度的负对数，比值 = 10^(5.6 − 4.0) = 10^1.6（1 分）；10^1.6 约等于 40（1 分）；pH 每下降 1 个单位，氢离子浓度增大至 10 倍（1 分）；所以 1.6 个单位约等于酸性增强 40 倍（1 分）。 ［4 分］

(c) 二氧化硫来自燃烧含硫的化石燃料（1 分）；氮氧化物来自汽车引擎及高温燃烧（1 分）；这些气体被氧化并溶于雨水形成酸，与石灰石及大理石反应，侵蚀建筑物外墙及石雕（1 分）。 ［3 分］

(d) 下降量 = 80 − 16 = 64 μg/m3（1 分）；百分比 = 64 ÷ 80 × 100% = 80%（1 分）；原因：改用低硫燃料及天然气发电、电厂加装烟气脱硫装置、污染工业迁离市区或车辆排放标准收紧（1 分）。 ［3 分］

(e) 须有对照期或对照地区的数据，并排除天气、交通流量及经济活动变化的影响，才能确定浓度下降由政策造成（1 分）；电动车充电所用的电力在发电时仍可能排放污染物，须以整体排放而非只计路边浓度（1 分）；亦须比较补贴成本与实际减排量，并检查更换率是否足以令浓度明显下降（1 分）。 ［3 分］

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