IGCSE 化学 0620 Paper 4 模拟卷：反应速率、化学平衡与能量变化（100 分・60 分钟）

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：26

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

题目

第 1 题（18 分）　反应速率的量度

(a) 实验一：镁与稀盐酸反应，20 秒内收集到 40 cm³ 氢气。求该段时间的平均反应速率（以 cm³/s 表示）。 （3 分）

(b) 实验二：同一装置在 24 秒内收集到 60 cm³ 氢气。求实验二的平均反应速率，并指出哪一个实验较快。 （3 分）

(c) 在体积对时间的图中，曲线的斜率随时间逐渐变小。用碰撞理论解释这个现象。 （4 分）

(d) 另一份实验用 2.4 g 镁（Ar = 24）与过量稀盐酸完全反应，并在 80 秒完成。求 (i) 氢气的总体积（室温常压摩尔体积 24000 cm³/mol）；(ii) 全过程的平均速率。 （4 分）

(e) 比较“加入催化剂”与“升高温度”对反应速率的影响，并指出两者对反应的最终产物量有何不同。 （4 分）

第 2 题（18 分）　浓度、表面积与温度

(a) 把 0.50 mol/dm³ 盐酸 25.0 cm³ 与 25.0 cm³ 蒸馏水混合。求混合后盐酸的浓度。 （3 分）

(b) 解释为何把同一块大理石敲碎成粉末后，与稀盐酸的反应明显加快。 （3 分）

(c) 某反应在 20 °C 时需 160 秒完成。已知温度每升高 10 °C，反应速率约加倍。求 50 °C 时大约所需的时间。 （4 分）

(d) 解释为何催化剂能加快反应速率，但不能改变反应的 ΔH。 （4 分）

(e) 两个实验的温度、体积与酸的浓度完全相同，只是一个用镁带、一个用镁粉。画出两条体积对时间的曲线并指出差异。 （4 分）

第 3 题（16 分）　能量变化

(a) 燃烧 0.64 g 甲醇（CH₃OH，Mr = 32）放出 14.5 kJ 热量。求甲醇的燃烧焓变（kJ/mol）。 （4 分）

(b) 同一实验中，100 g 水的温度由 20.0 °C 升至 45.0 °C。已知水的比热容量为 4.2 J/(g·°C)，求水吸收的热量（kJ）。 （4 分）

(c) 用键焓计算 H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g) 的 ΔH。已知 H–H = 436、Cl–Cl = 243、H–Cl = 431 kJ/mol。 （4 分）

(d) 某反应的能量图显示生成物能量低于反应物能量。指出该反应是放热还是吸热，并解释加入催化剂后曲线的哪一部分会改变、哪一部分不变。 （4 分）

第 4 题（16 分）　化学平衡

(a) 解释“动态平衡”的意思，并指出在平衡时正、逆反应的速率关系。 （4 分）

(b) 合成氨反应：N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)，ΔH = −92 kJ/mol。解释为何工业上不使用很低的温度以提高产率。 （4 分）

(c) 在上述反应中，把总压力增大会令平衡向哪一方移动？用粒子数目解释。 （4 分）

(d) 在合成氨反应中加入铁催化剂，对 (i) 达平衡所需的时间、(ii) 平衡时氨的产率各有何影响？ （4 分）

第 5 题（16 分）　燃料与燃烧

(a) 丙烷 C₃H₈（Mr = 44）完全燃烧：C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O。求 2.2 g 丙烷完全燃烧所需氧气的体积（摩尔体积 24 dm³/mol）。 （4 分）

(b) 同量的丙烷完全燃烧可生成多少体积的二氧化碳（同一条件下）？ （4 分）

(c) 在空气不足时燃烧燃料会产生一氧化碳。写出一氧化碳对人体有害的原因，并指出如何避免。 （4 分）

(d) 比较氢气与丙烷作为燃料的两个优点或缺点（以燃烧产物及储存为例）。 （4 分）

第 6 题（16 分）　综合实验题

(a) 描述一个可量度“金属与酸反应速率”的方法，并指出你会量度什么。 （4 分）

(b) 某学生在 30 秒内收集到 90 cm³ 气体。求平均速率，并指出若要更准确应注意的一项实验条件。 （4 分）

(c) 列出两个会令量度结果不准确的原因。 （4 分）

(d) 若把反应温度提高 10 °C，预测曲线的形状会有什么改变，并解释原因。 （4 分）

答案及评分准则

第 1 题　反应速率的量度

(a) 速率 = 体积 ÷ 时间 = 40 ÷ 20 = 2.0 cm³/s（3 分；除反或漏单位扣 1 分）。 ［3 分］

(b) 速率 = 60 ÷ 24 = 2.5 cm³/s（2 分）；实验二较快（1 分）。 ［3 分］

(c) 随反应进行，盐酸的浓度（粒子数目）下降（1 分）；单位时间内粒子碰撞次数减少（1 分）；有效碰撞频率下降（1 分）；故速率（斜率）变小（1 分）。 ［4 分］

(d) (i) n(Mg) = 2.4 ÷ 24 = 0.10 mol → n(H₂) = 0.10 mol → V = 0.10 × 24000 = 2400 cm³（2 分）；(ii) 速率 = 2400 ÷ 80 = 30 cm³/s（2 分）。 ［4 分］

(e) 催化剂降低活化能，令更多碰撞有效（1 分）；升温令粒子平均动能增加，有效碰撞比例上升（1 分）；两者都加快速率（1 分）；但最终产物量不变，因为反应物总量相同（1 分）。 ［4 分］

第 2 题　浓度、表面积与温度

(a) n(HCl) = 0.50 × 0.0250 = 0.01250 mol（1 分）；总体积 = 50.0 cm³（1 分）；浓度 = 0.01250 ÷ 0.050 = 0.25 mol/dm³（1 分）。 ［3 分］

(b) 表面积增大（1 分）；与酸接触的粒子增多（1 分）；单位时间碰撞次数增加，故速率上升（1 分）。 ［3 分］

(c) 温度上升 30 °C，即 3 个 10 °C 间隔（1 分）；速率变为 2³ = 8 倍（2 分）；时间 = 160 ÷ 8 = 20 秒（1 分）。 ［4 分］

(d) 催化剂提供另一条活化能较低的反应途径（2 分）；反应物与生成物的能量不变，故 ΔH 不变（2 分）。 ［4 分］

(e) 镁粉曲线较陡，初期斜率较大（2 分）；两条曲线最终到达同一水平（氢气总体积相同）（2 分）。 ［4 分］

第 3 题　能量变化

(a) n = 0.64 ÷ 32 = 0.02 mol（2 分）；ΔH = −14.5 ÷ 0.02 = -725 kJ/mol（2 分；漏负号扣 1 分）。 ［4 分］

(b) q = mcΔT = 100 × 4.2 × 25.0 = 10500 J（2 分）= 10.5 kJ（2 分）。 ［4 分］

(c) 断键吸收 = 436 + 243 = 679 kJ（1 分）；成键放出 = 2 × 431 = 862 kJ（1 分）；ΔH = 679 − 862 = -183 kJ/mol（2 分）。 ［4 分］

(d) 放热（1 分）；峰值（活化能）下降（2 分）；反应物与生成物的能量差（ΔH）不变（1 分）。 ［4 分］

第 4 题　化学平衡

(a) 正、逆反应仍在进行（1 分）；两者速率相等（2 分）；反应物与生成物浓度维持不变（1 分）。 ［4 分］

(b) 降温使平衡右移、产率上升（1 分）；但反应速率大幅下降（1 分）；达到平衡需很长时间（1 分）；故用适中温度（约 450 °C）配合催化剂（1 分）。 ［4 分］

(c) 向右（生成物方向）移动（2 分）；左边 4 mol 气体、右边 2 mol 气体，加压有利于气体摩尔数较少的一方（2 分）。 ［4 分］

(d) (i) 时间缩短（2 分）；(ii) 产率不变，因为催化剂不改变平衡位置（2 分）。 ［4 分］

第 5 题　燃料与燃烧

(a) n(C₃H₈) = 2.2 ÷ 44 = 0.05 mol（1 分）；n(O₂) = 5 × 0.05 = 0.25 mol（2 分）；V = 0.25 × 24 = 6.0 dm³（1 分）。 ［4 分］

(b) n(CO₂) = 3 × 0.05 = 0.15 mol（2 分）；V = 0.15 × 24 = 3.6 dm³（2 分）。 ［4 分］

(c) CO 与血红蛋白结合，减少氧气运送（2 分）；确保空气（氧气）充足／保持通风（2 分）。 ［4 分］

(d) 氢气燃烧只生成水，不产生二氧化碳（2 分）；但氢气储存与运输较困难、成本较高（2 分）。 ［4 分］

第 6 题　综合实验题

(a) 用气体注射器收集氢气（1 分）；每隔固定时间（如 10 秒）记录体积（2 分）；由体积对时间的斜率求速率（1 分）。 ［4 分］

(b) 速率 = 90 ÷ 30 = 3.0 cm³/s（2 分）；温度（或酸的浓度、金属表面积）须保持相同（2 分）。 ［4 分］

(c) 气体在注射器与管道中有泄漏（2 分）；读取体积时视线未与刻度平齐／时间控制不准（2 分）。 ［4 分］

(d) 曲线更陡（初期斜率更大）（2 分）；最终水平不变，因为反应物总量相同（1 分）；粒子动能增加令有效碰撞增加（1 分）。 ［4 分］

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