IGCSE 化学 0620 Paper 4 练习卷：有机化学、燃料与聚合物（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：29

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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）　原油分馏与烷烃的性质

(a) 描述原油分馏的基本原理，并说明分馏塔内温度的分布趋势。 （2 分）

(b) 解释为何碳链较长的馏分沸点较高、黏度较大，而且燃烧时较难着火。 （3 分）

(c) 5.80 g 丁烷（C4H10）在充足氧气中完全燃烧。写出平衡的燃烧方程式，并计算所需氧气的质量及生成二氧化碳的质量（Mr：C4H10 = 58.0，O2 = 32.0，CO2 = 44.0）。 （4 分）

(d) 解释不完全燃烧的危险，写出其中一种不完全燃烧的产物，并指出一个减低风险的方法。 （4 分）

(e) 0.0200 mol 甲烷与过量氯气在紫外光照射下进行取代反应，主要产物为氯甲烷。写出反应方程式，并计算生成氯甲烷的质量（Mr：CH3Cl = 50.5）。 （3 分）

第 2 题（16 分）　烯烃与加成反应

(a) 写出烯烃的通式，并解释烯烃为何称为不饱和烃。 （2 分）

(b) 描述如何用溴水区分乙烯与乙烷，并写出观察结果。 （3 分）

(c) 5.60 g 乙烯与氢气在镍催化剂下完全反应生成乙烷。计算所需氢气的质量及生成乙烷的质量（Mr：C2H4 = 28.0，H2 = 2.0，C2H6 = 30.0）。 （4 分）

(d) 200 cm3 乙烯与 300 cm3 氢气混合后完全反应（同温同压）。求反应后混合气体的总体积及各成分的体积。 （4 分）

(e) 解释为何乙烯能令溴水褪色，而乙烷不能。 （3 分）

第 3 题（18 分）　加成聚合与缩合聚合

(a) 比较加成聚合与缩合聚合的分别。 （2 分）

(b) 某聚乙烯样本的平均相对分子质量为 28000。求平均聚合度（Mr：C2H4 = 28.0），并写出聚乙烯的重复单位。 （4 分）

(c) 某聚丙烯样本的平均相对分子质量为 126000。求平均聚合度（Mr：C3H6 = 42.0），并写出丙烯与丙烷分子式的差别。 （4 分）

(d) 1.00 mol 己二酸与 1.00 mol 己烷-1,6-二胺进行缩合聚合。解释生成聚酰胺的过程，并计算放出水的质量（Mr：H2O = 18.0）。 （4 分）

(e) 说明弃置塑胶废料造成的两个环境问题，并各举一个可行的处理方法。 （4 分）

第 4 题（17 分）　乙醇、发酵与生物燃料

(a) 列出以葡萄糖发酵制乙醇的三个条件。 （3 分）

(b) 90.0 g 葡萄糖完全发酵。写出反应方程式，并计算生成乙醇的质量及二氧化碳在室温常压下的体积（Mr：C6H12O6 = 180.0，C2H5OH = 46.0；室温常压下气体摩尔体积 = 24.0 dm3）。 （4 分）

(c) 0.500 mol 乙醇完全燃烧。写出平衡方程式，并计算所需氧气及生成二氧化碳的质量（Mr：O2 = 32.0，CO2 = 44.0）。 （4 分）

(d) 解释为何乙醇常被称为碳中和燃料，并指出这个说法的一项限制。 （3 分）

(e) 比较乙醇与汽油作为车用燃料的一项优点及一项缺点。 （3 分）

第 5 题（17 分）　裂解与燃料对环境的影响

(a) 定义裂解，并说明它在石油工业中的两个目的。 （3 分）

(b) 癸烷裂解的其中一条反应式为 C10H22 → C8H18 + C2H4。1.00 mol 癸烷按此反应完全裂解，计算生成乙烯的质量，并以质量守恒核对（Mr：C10H22 = 142.0，C8H18 = 114.0，C2H4 = 28.0）。 （4 分）

(c) 某批原油含硫质量百分比为 2.0%。1000 kg 原油燃烧后，所含的硫全部转化为二氧化硫。计算生成二氧化硫的质量（Ar：S = 32.0，O = 16.0）。 （4 分）

(d) 解释为何裂解产品比原来的长链馏分更适合作车用燃料。 （3 分）

(e) 比较热裂解与催化裂解的分别。 （3 分）

第 6 题（16 分）　燃烧能量与燃料的比较

(a) 0.920 g 乙醇完全燃烧，使 200 g 水的温度由 20.0 °C 升至 56.0 °C（水的比热容量 = 4.18 J g-1 °C-1）。计算放出的热量，并求每摩尔乙醇燃烧放出的能量（kJ/mol，Mr：C2H5OH = 46.0）。 （4 分）

(b) 甲烷的燃烧焓为 −890 kJ/mol（Mr = 16.0），辛烷的燃烧焓为 −5470 kJ/mol（Mr = 114.0）。分别计算两者每克燃料放出的能量，并指出哪一种每克能量较高。 （4 分）

(c) 列出选择车用燃料时须考虑的四个因素，并各简述原因。 （4 分）

(d) 1000 g 辛烷完全燃烧。计算生成二氧化碳的质量，以 kg 表示（三位有效数字；Mr：C8H18 = 114.0，CO2 = 44.0）。 （4 分）

答案及评分准则

第 1 题　原油分馏与烷烃的性质

(a) 原油先加热气化才进入分馏塔（1 分）；塔内由下往上温度逐渐降低，不同碳链长度的馏分在不同高度凝结并被收集（1 分）。 ［2 分］

(b) 分子间引力随碳链长度增加而增强，需要较多能量才能克服，所以沸点较高（1 分）；长链分子较易互相缠结，流动性较低，所以黏度较大（1 分）；长链分子较难汽化，与氧气混合较慢，所以较难着火（1 分）。 ［3 分］

(c) 2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O（1 分）；n(C4H10) = 5.80 ÷ 58.0 = 0.100 mol（1 分）；n(O2) = 0.100 × 13 ÷ 2 = 0.650 mol，m(O2) = 0.650 × 32.0 = 20.8 g（1 分）；n(CO2) = 0.100 × 4 = 0.400 mol，m(CO2) = 0.400 × 44.0 = 17.6 g（1 分）。 ［4 分］

(d) 氧气不足时燃烧不完全，会产生一氧化碳（1 分）；一氧化碳无色无味，与血红蛋白结合，降低血液运氧能力，可致命（1 分）；亦会产生碳粒，造成空气污染（1 分）；减低风险的方法：确保充足空气供应、保持通风及定期检查燃烧器具（1 分）。 ［4 分］

(e) CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl（1 分）；n(CH3Cl) = 0.0200 mol（1 分）；m(CH3Cl) = 0.0200 × 50.5 = 1.01 g（1 分）。 ［3 分］

第 2 题　烯烃与加成反应

(a) 通式为 CnH2n（1 分）；分子内含碳碳双键，氢原子数目未达最大值，可再与其他原子加成，所以称为不饱和烃（1 分）。 ［2 分］

(b) 把两种气体分别通入橙黄色溴水（1 分）；乙烯使溴水褪色（1 分）；乙烷不能使溴水褪色（1 分）。 ［3 分］

(c) n(C2H4) = 5.60 ÷ 28.0 = 0.200 mol（1 分）；n(H2) = 0.200 mol，m(H2) = 0.200 × 2.0 = 0.400 g（1 分）；n(C2H6) = 0.200 mol（1 分）；m(C2H6) = 0.200 × 30.0 = 6.00 g（1 分）。 ［4 分］

(d) 气体体积之比等于摩尔之比，乙烯与氢气以 1：1 反应（1 分）；200 cm3 乙烯只需 200 cm3 氢气，氢气过量 100 cm3（1 分）；生成乙烷 200 cm3（1 分）；反应后总体积 = 200 + 100 = 300 cm3（1 分）。 ［4 分］

(e) 乙烯的碳碳双键打开，与溴分子发生加成反应，生成无色的二溴乙烷（1 分）；乙烷只有单键，在常温下不能与溴发生加成反应（1 分）；乙烷只在紫外光下进行取代反应，速度较慢，所以溴水不褪色（1 分）。 ［3 分］

第 3 题　加成聚合与缩合聚合

(a) 加成聚合的单体含碳碳双键，聚合时没有其他小分子生成（1 分）；缩合聚合中两个官能团反应，每形成一个键便放出一个小分子，通常为水（1 分）。 ［2 分］

(b) 重复单位为 —CH2—CH2—（1 分）；聚合度 = 28000 ÷ 28.0（1 分）= 1000（1 分）；即平均每条分子由 1000 个乙烯单体组成（1 分）。 ［4 分］

(c) 聚合度 = 126000 ÷ 42.0 = 3000（1 分）；丙烯分子式为 C3H6，丙烷分子式为 C3H8（1 分）；两者相差 2 个氢原子（1 分）；差别来自丙烯分子内有一个碳碳双键（1 分）。 ［4 分］

(d) 己二酸的羧基与己烷-1,6-二胺的氨基反应，形成酰胺键（1 分）；每形成一个酰胺键便放出一个水分子（1 分）；1.00 mol 己二酸与 1.00 mol 二胺可形成约 1.00 mol 酰胺键（1 分）；放出水约 1.00 mol，质量 = 1.00 × 18.0 = 18.0 g（1 分）。 ［4 分］

(e) 塑胶不易被微生物分解，在堆填区长期存在并占用土地（1 分）；处理方法：分类回收再造（1 分）；燃烧聚氯乙烯会放出氯化氢等有毒气体，污染空气（1 分）；处理方法：分类回收，或使用设有气体净化装置的能量回收设施（1 分）。 ［4 分］

第 4 题　乙醇、发酵与生物燃料

(a) 使用酵母（1 分）；缺氧的厌氧环境（1 分）；温度维持在约 25 至 35 °C（1 分）。 ［3 分］

(b) C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2（1 分）；n(葡萄糖) = 90.0 ÷ 180.0 = 0.500 mol（1 分）；n(C2H5OH) = 1.00 mol，m = 1.00 × 46.0 = 46.0 g（1 分）；n(CO2) = 1.00 mol，V = 1.00 × 24.0 = 24.0 dm3（1 分）。 ［4 分］

(c) C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O（1 分）；n(O2) = 0.500 × 3 = 1.50 mol，m(O2) = 1.50 × 32.0 = 48.0 g（1 分）；n(CO2) = 0.500 × 2 = 1.00 mol（1 分）；m(CO2) = 1.00 × 44.0 = 44.0 g（1 分）。 ［4 分］

(d) 制造乙醇的植物在生长时吸收二氧化碳（1 分）；燃烧乙醇放出的二氧化碳量与植物吸收量大致相当（1 分）；限制：种植、收成、蒸馏与运输过程消耗化石燃料，实际仍有净碳排放（1 分）。 ［3 分］

(e) 优点：乙醇可由可再生原料制造，燃烧较完全，一氧化碳排放较低（1 分）；缺点：单位体积能量较低，行驶同样距离需要较多燃料（1 分）；亦会与粮食生产竞争土地（1 分）。 ［3 分］

第 5 题　裂解与燃料对环境的影响

(a) 裂解是在高温及催化剂存在下把长链烃分解为短链烃的过程（1 分）；目的之一是增加汽油等燃料的产量（1 分）；目的之二是生产乙烯等化工原料（1 分）。 ［3 分］

(b) n(C2H4) = 1.00 mol，m = 1.00 × 28.0 = 28.0 g（1 分）；n(C8H18) = 1.00 mol，m = 1.00 × 114.0 = 114.0 g（1 分）；反应物总质量 = 1.00 × 142.0 = 142.0 g（1 分）；生成物合计 114.0 + 28.0 = 142.0 g，与反应物相等，符合质量守恒（1 分）。 ［4 分］

(c) 硫的质量 = 1000 kg × 2.0% = 20.0 kg（1 分）；n(S) = 20000 g ÷ 32.0 = 625 mol（1 分）；S + O2 → SO2，n(SO2) = 625 mol（1 分）；m(SO2) = 625 × 64.0 = 40000 g = 40.0 kg（1 分）。 ［4 分］

(d) 短链烃的分子间引力较小，沸点较低，较易汽化（1 分）；在引擎内与空气混合较均匀，燃烧较完全（1 分）；辛烷值较高，燃烧较平顺，可减少爆震（1 分）。 ［3 分］

(e) 热裂解只使用高温高压，温度约 700 至 900 °C（1 分）；催化裂解使用沸石催化剂，温度较低，约 500 °C，反应较快（1 分）；催化裂解可较有选择性地生产高辛烷值汽油（1 分）。 ［3 分］

第 6 题　燃烧能量与燃料的比较

(a) 热量 Q = mcΔT = 200 × 4.18 × 36.0 = 30096 J（1 分）；n(C2H5OH) = 0.920 ÷ 46.0 = 0.0200 mol（1 分）；每摩尔能量 = 30096 ÷ 0.0200 = 1504800 J（1 分）；即约 1505 kJ/mol（1 分）。 ［4 分］

(b) 甲烷：890 ÷ 16.0 = 55.6 kJ/g（1 分）；辛烷：5470 ÷ 114.0 = 48.0 kJ/g（1 分）；甲烷每克放出的能量较高（1 分）；因为甲烷的氢含量较高，每克燃烧产生较多水（1 分）。 ［4 分］

(c) 每克或每升的能量：影响可行驶距离（1 分）；着火与储存安全：影响运输及油箱设计（1 分）；燃烧产物：影响空气质量与健康（1 分）；成本与供应稳定性：影响日常使用的可行性（1 分）。 ［4 分］

(d) n(C8H18) = 1000 ÷ 114.0 = 8.77 mol（1 分）；C8H18 + 12.5O2 → 8CO2 + 9H2O，n(CO2) = 8 × 8.77 = 70.2 mol（1 分）；m(CO2) = 70.2 × 44.0 = 3088 g（1 分）；即 3.09 kg（1 分）。 ［4 分］

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