IGCSE 化学 0620 Paper 4 练习卷：离子与气体鉴定、色谱及定量分析（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：32

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Paper	时间	分数	计算机
Paper 4（Extended，结构题）	1 小时 15 分	75	不可用

题目

第 1 题（16 分）　焰色测试与阳离子鉴定

(a) 描述如何用焰色测试鉴定溶液中的金属离子，并写出镍铬丝在每次测试前必须做的处理。 （2 分）

(b) 写出锂、钠、钾与铜离子在本生灯火焰中的颜色。 （3 分）

(c) 解释为何钾离子的焰色常被钠离子的焰色掩盖，并说明解决方法。 （3 分）

(d) 把 25.0 cm³ 的 0.0100 mol/dm³ 氯化钾溶液加水稀释至总体积 100 cm³。求稀释后钾离子的浓度（mol/dm³）及以 mg/dm³ 表示的质量浓度（Ar：K = 39.1）。 （4 分）

(e) 某混合物样本 2.50 g 溶于水后焰色呈黄色；取该溶液加入硝酸银溶液，得白色沉淀 0.7170 g。求样本中氯的质量及质量百分比（Mr：AgCl = 143.4，Ar：Cl = 35.5）。 （4 分）

第 2 题（16 分）　气体测试与阴离子鉴定

(a) 描述二氧化碳的测试方法及观察结果。 （2 分）

(b) 分别描述测试溶液中氯离子与硫酸根离子的方法及观察结果。 （3 分）

(c) 25.0 cm³ 的 0.0500 mol/dm³ 硝酸银溶液与 0.100 mol/dm³ 氯化钠溶液完全反应。求所需氯化钠溶液的体积及生成氯化银沉淀的质量（Mr：AgCl = 143.4）。 （4 分）

(d) 解释在加入硝酸银溶液前为何必须先加入稀硝酸。 （3 分）

(e) 写出氨、氢、氧与氯四种气体的测试方法及观察结果。 （4 分）

第 3 题（18 分）　纸色谱法与 Rf 值

(a) 解释为何色谱纸上的起始线必须用铅笔而不可用圆珠笔绘画。 （2 分）

(b) 某色谱图中溶剂前沿距起始线 8.40 cm；斑点 A 距起始线 6.30 cm，斑点 B 距起始线 2.94 cm。求 A 与 B 的 Rf 值（三位有效数字）。 （4 分）

(c) 在相同条件下，样本 X 得出两个斑点，位置与 A、B 完全相同。已知纯物质 A 是甘氨酸。写出样本 X 的组成并解释你的结论。 （4 分）

(d) 若同一实验中溶剂前沿只上升至距起始线 6.00 cm，求 A 的斑点会在哪个位置；并解释 A 的 Rf 值是否改变。 （3 分）

(e) 写出两个会令同一物质的 Rf 值改变的因素。 （3 分）

(f) 解释为何色谱容器必须密封，以及为何起始线不可浸入溶剂中。 （2 分）

第 4 题（16 分）　分离、纯化与萃取

(a) 描述如何由食盐水同时取得干燥的食盐与纯水，并说明所用分离技术的名称。 （3 分）

(b) 200 g 的食盐水含 12.0% 氯化钠（质量百分比）。求蒸干后可得食盐的质量及溶液中水的质量。 （4 分）

(c) 写出分馏与简单蒸馏的一项分别，并举一个必须使用分馏的工业例子。 （3 分）

(d) 某固体样本的熔点为 76 至 80 °C，而纯物质的熔点为 80 °C。判断样本是否纯净并解释。 （3 分）

(e) 1.00 g 物质溶于 100 cm³ 水，用乙醚萃取，分配系数（乙醚／水）为 4.0。分别求用 50 cm³ 乙醚一次萃取、以及用 25 cm³ 乙醚分两次萃取时所萃取的质量分率，并指出哪种方法较有效。 （3 分）

第 5 题（18 分）　重量分析与滴定计算

(a) 解释为何要用蒸馏水洗涤过滤所得的沉淀。 （2 分）

(b) 1.250 g 样本含氯化钡，溶于水后加入过量硫酸钠溶液，得硫酸钡沉淀 1.165 g。求样本中氯化钡的质量及质量百分比（Mr：BaSO4 = 233.4，BaCl2 = 208.2）。 （3 分）

(c) 写出检验洗涤水是否已洁净的方法。 （3 分）

(d) 解释“加热至恒重”的意思，并写出判断已达恒重的标准。 （3 分）

(e) 若洗涤时流失了 0.020 g 硫酸钡沉淀，重算 (b) 的质量百分比，并指出结果偏高还是偏低。 （4 分）

(f) 25.0 cm³ 的 0.100 mol/dm³ 氢氧化钠溶液需用 0.125 mol/dm³ 盐酸中和。求所需盐酸的体积（cm³）。 （3 分）

第 6 题（16 分）　仪器分析与数据判读

(a) 某有机化合物的质谱中，最右边（最高 m/z）的峰为 46。写出该化合物的相对分子质量，并指出为何单凭这个数字不能唯一确定分子式。 （3 分）

(b) 某化合物的红外光谱在 1700 cm⁻¹ 有强吸收峰，在 3300 cm⁻¹ 有宽而强的吸收峰。推断分子中含有哪些键或官能团。 （3 分）

(c) 铜的质谱显示两个同位素峰：m/z 63 的相对丰度为 69.2%，m/z 65 的相对丰度为 30.8%。求铜的平均相对原子质量（两位小数）。 （4 分）

(d) 写出火焰发射光谱法比传统焰色测试优胜的两个地方。 （3 分）

(e) 气相色谱中，两种标准物质的保留时间分别为 3.41 分钟与 5.80 分钟；某样本只在 3.42 分钟出现一个峰。写出可得的结论及其限制。 （3 分）

答案及评分准则

第 1 题　焰色测试与阳离子鉴定

(a) 把镍铬丝蘸浓盐酸后在本生灯火焰中加热至火焰不再有颜色（1 分）；再蘸取样品放在火焰边缘观察焰色（1 分）。 ［2 分］

(b) 锂离子呈深红色（1 分）；钠离子呈黄色、钾离子呈紫红色（1 分）；铜离子呈蓝绿色（1 分）。 ［3 分］

(c) 钠的黄色焰色很强而且持续时间长（1 分）；须透过钴玻璃观察，钴玻璃吸收黄光（1 分）；此时可看到钾的紫红色（1 分）。 ［3 分］

(d) n(K+) = 0.0250 × 0.0100 = 2.50 × 10⁻⁴ mol（1 分）；浓度 = 2.50 × 10⁻⁴ ÷ 0.100 = 2.50 × 10⁻³ mol/dm³（1 分）；质量浓度 = 2.50 × 10⁻³ × 39.1 = 0.0978 g/dm³（1 分）；即 97.8 mg/dm³（1 分）。 ［4 分］

(e) n(AgCl) = 0.7170 ÷ 143.4 = 5.00 × 10⁻³ mol（1 分）；n(Cl) = 5.00 × 10⁻³ mol（1 分）；m(Cl) = 5.00 × 10⁻³ × 35.5 = 0.1775 g（1 分）；百分比 = 0.1775 ÷ 2.50 × 100 = 7.10%（1 分）。 ［4 分］

第 2 题　气体测试与阴离子鉴定

(a) 把气体通入石灰水（氢氧化钙溶液）（1 分）；石灰水变乳白色（1 分）。 ［2 分］

(b) 氯离子：加稀硝酸后加硝酸银溶液，得白色沉淀（1 分）；硫酸根离子：加稀盐酸后加氯化钡溶液，得白色沉淀（1 分）；两个测试都要先酸化以排除碳酸根干扰（1 分）。 ［3 分］

(c) n(Ag+) = 0.0250 × 0.0500 = 1.25 × 10⁻³ mol（1 分）；摩尔比 1：1，n(NaCl) = 1.25 × 10⁻³ mol（1 分）；V = 1.25 × 10⁻³ ÷ 0.100 = 0.0125 dm³ = 12.5 cm³（1 分）；m(AgCl) = 1.25 × 10⁻³ × 143.4 = 0.179 g（1 分）。 ［4 分］

(d) 溶液中若含碳酸根，会与银离子生成白色碳酸银沉淀（1 分）；稀硝酸把碳酸根分解并赶走二氧化碳（1 分）；因此白色沉淀只可能来自卤离子，结论才可靠（1 分）。 ［3 分］

(e) 氨：以湿红色石蕊试纸测试，试纸变蓝（1 分）；氢：接近火焰时发出“噗”声（1 分）；氧：把余烬的木条放入，木条复燃（1 分）；氯：把湿石蕊试纸放入，试纸先变红后褪色（1 分）。 ［4 分］

第 3 题　纸色谱法与 Rf 值

(a) 圆珠笔的墨水会溶于展开溶剂（1 分）；墨水会随溶剂上升，污染色谱图并产生额外斑点（1 分）。 ［2 分］

(b) Rf(A) = 6.30 ÷ 8.40（1 分）= 0.750（1 分）；Rf(B) = 2.94 ÷ 8.40（1 分）= 0.350（1 分）。 ［4 分］

(c) 样本 X 含甘氨酸（A）与另一种物质（B）（2 分）；在相同溶剂、相同温度与相同滤纸下，同一物质的 Rf 值相同，故斑点位置相同即表示同一物质（2 分）。 ［4 分］

(d) 斑点距起始线 = 0.750 × 6.00 = 4.50 cm（2 分）；Rf 值不变，因为 Rf 是斑点距离与溶剂前沿距离的比值（1 分）。 ［3 分］

(e) 所用溶剂的种类或比例不同（1 分）；温度不同（1 分）；另可接受：滤纸的性质不同、溶剂蒸气未饱和、斑点过浓（1 分）。 ［3 分］

(f) 密封使容器内溶剂蒸气饱和，避免溶剂沿纸边蒸发令前沿不水平（1 分）；起始线浸入溶剂会使样品直接溶入溶剂而无法分离（1 分）。 ［2 分］

第 4 题　分离、纯化与萃取

(a) 用简单蒸馏：加热使水蒸气馏出并冷凝收集（1 分）；蒸馏后余下的食盐水进一步蒸发结晶得固体食盐（1 分）；技术名称：简单蒸馏（1 分）。 ［3 分］

(b) m(NaCl) = 200 × 0.120 = 24.0 g（2 分）；m(水) = 200 − 24.0 = 176 g（2 分）。 ［4 分］

(c) 分馏柱内有多次蒸发与冷凝，可分离沸点相近的多种液体（1 分）；简单蒸馏只分离一种挥发性液体与非挥发性溶质（1 分）；例子：原油（石油）分馏（1 分）。 ［3 分］

(d) 样本不纯（1 分）；杂质令熔点下降（1 分）；而且熔点范围宽（相差 4 °C），纯物质的熔点范围通常很窄（1 分）。 ［3 分］

(e) 一次：4.0 × 50 ÷ (4.0 × 50 + 100) = 0.667，即萃取 66.7%（1 分）；两次：每次 4.0 × 25 ÷ (4.0 × 25 + 100) = 0.500，余下 0.500 × 0.500 = 0.250，即萃取 75.0%（1 分）；分两次较有效（1 分）。 ［3 分］

第 5 题　重量分析与滴定计算

(a) 洗去附在沉淀表面的可溶性杂质（1 分）；否则干燥后称得的质量偏大，结果不准确（1 分）。 ［2 分］

(b) n(BaSO4) = 1.165 ÷ 233.4 = 4.99 × 10⁻³ mol（1 分）；n(BaCl2) 相同，m = 4.99 × 10⁻³ × 208.2 = 1.04 g（1 分）；百分比 = 1.04 ÷ 1.250 × 100 = 83.1%（1 分）。 ［3 分］

(c) 收集最后一次洗涤的滤液（1 分）；加入氯化钡溶液，若无白色沉淀即表示硫酸根已洗净（1 分）；如测氯离子则加硝酸银溶液（1 分）。 ［3 分］

(d) 重复加热、冷却、称量（1 分）；直至连续两次称得的质量相同（1 分）；实务上相差不超过 0.002 g（1 分）。 ［3 分］

(e) n(BaSO4) = (1.165 − 0.020) ÷ 233.4 = 4.91 × 10⁻³ mol（1 分）；m(BaCl2) = 4.91 × 10⁻³ × 208.2 = 1.02 g（1 分）；百分比 = 1.02 ÷ 1.250 × 100 = 81.7%（1 分）；结果偏低约 1.4 个百分点（1 分）。 ［4 分］

(f) n(NaOH) = 0.0250 × 0.100 = 2.50 × 10⁻³ mol（1 分）；摩尔比 1：1，n(HCl) = 2.50 × 10⁻³ mol（1 分）；V = 2.50 × 10⁻³ ÷ 0.125 = 0.0200 dm³ = 20.0 cm³（1 分）。 ［3 分］

第 6 题　仪器分析与数据判读

(a) 相对分子质量 = 46（1 分）；不同组合可有相同 Mr，例如 C2H6O 与 NO2 都是 46（1 分）；需配合高解像质谱或化学测试确定结构（1 分）。 ［3 分］

(b) 1700 cm⁻¹ 的强峰对应 C=O（羰基）（1 分）；3300 cm⁻¹ 的宽峰对应 O–H 键（1 分）；两者同时出现表示羧酸（或同时含羰基与羟基）（1 分）。 ［3 分］

(c) 63 × 0.692 = 43.60（1 分）；65 × 0.308 = 20.02（1 分）；合计 = 63.62（1 分）；答案取 63.62（1 分）。 ［4 分］

(d) 可侦测极微量的离子，灵敏度高（1 分）；仪器把光分解成光谱，可分辨颜色相近的离子（1 分）；结果由仪器记录，较客观及可重复（1 分）。 ［3 分］

(e) 样本含第一种标准物质（1 分）；不含第二种（1 分）；限制：保留时间相同只是初步鉴定，可能有其他物质有相同保留时间，须用质谱等技术确认（1 分）。 ［3 分］

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