中文（繁體）
中文（简体）
English
中六化学练习卷：电化学、工业过程与绿色化学（12 题・100 分・75 分钟）
练习卷 · S6 化学：电化学、工业过程与绿色化学全卷
本卷 12 题、100 分、75 分钟，覆盖中六化学核心课题：电池电动势与自由能、电解与法拉第计算、氧化数、化学平衡与 Kc、接触法与哈伯法、原子经济、活化能、绿色化学原则、燃烧碳排放与能量效率；所有数值由程式自算，附评分要点。
卷面资料 年级：中六（S6） ｜ 科目：化学 ｜ 时限：75 分钟 ｜ 总分：100 分 ｜ 题数：12
甲部：电化学与电池（32 分）
甲部全部题目必答，半反应式须标明氧化与还原。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 1 | （电池电动势）以锌片与铜片分别浸在硫酸锌及硫酸铜溶液，并以盐桥连接，组成锌铜电池。已知 E(Zn2+/Zn) = -0.76 V，E(Cu2+/Cu) = +0.34 V，法拉第常数 = 96500 C mol-1。（a）写出阳极与阴极的半反应式。（b）计算电池的电动势。（c）计算每摩尔反应的标准自由能变化（kJ mol-1），并说明符号的意义。 | 答案：（a）阳极（氧化）：Zn -> Zn2+ + 2e-；阴极（还原）：Cu2+ + 2e- -> Cu。（b）电动势 = 0.34 – (-0.76) = 1.1 V。（c）自由能变化 = -nFE = -2 × 96500 × 1.1 = -212300 J = -212.3 kJ mol-1；负值表示反应在标准条件下自发，可作电池放电。评分要点：两条半反应式（2）、电动势（2）、自由能计算（3）、符号意义（1）。 |
| 2 | （电解计算）以 2.5 A 的电流电解硫酸铜溶液，通电 1800 秒。（a）计算通过的电荷量。（b）计算阴极析出铜的摩尔数。（c）计算析出铜的质量（M(Cu) = 63.5）。 | 答案：（a）电荷量 = 2.5 × 1800 = 4500 C。（b）电子摩尔数 = 4500 ÷ 96500 = 0.0466 mol；因 Cu2+ + 2e- -> Cu，铜摩尔数 = 0.0466 ÷ 2 = 0.0233 mol。（c）质量 = 0.0233 × 63.5 = 1.48 g。评分要点：电荷量（3）、电子与铜摩尔数对应（2）、质量（3）。 |
| 3 | （氧化数）甲醇燃料电池中，甲醇在碱性条件下被氧化，最终生成二氧化碳。（a）计算甲醇（CH3OH）中碳的氧化数。（b）计算二氧化碳中碳的氧化数。（c）由此计算每摩尔甲醇氧化时释放的电子数目，并写出电子守恒的要求。 | 答案：（a）设碳的氧化数为 x：x + 4(+1) + (-2) = 0，故 x = -2。（b）二氧化碳中氧为 -2，碳为 +4。（c）氧化数由 -2 升到 +4，共升 6，故每摩尔甲醇释放 6 mol 电子；电子守恒要求氧化半反应释放的电子等于还原半反应（氧气）接受的电子。评分要点：甲醇氧化数（2）、二氧化碳氧化数（2）、电子数目与守恒（4）。 |
| 4 | （电解水）以 1.0 A 的电流电解稀硫酸 965 秒，室温摩尔体积为 24.0 dm3 mol-1。（a）计算通过的电子摩尔数。（b）计算阴极产生氢气的摩尔数。（c）计算氢气的体积（cm3）。（d）写出阳极的半反应式。 | 答案：（a）电荷量 = 1.0 × 965 = 965 C，电子摩尔数 = 965 ÷ 96500 = 0.01 mol。（b）阴极 2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-，故氢气 = 0.01 ÷ 2 = 0.005 mol。（c）体积 = 0.005 × 24.0 = 0.12 dm3 = 120 cm3。（d）阳极：2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-。评分要点：电子摩尔数（2）、氢气摩尔数（2）、体积换算（2）、阳极半反应（2）。 |
乙部：工业过程与化学平衡（36 分）
乙部全部题目必答，计算步骤须逐步显示并附单位。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 5 | （哈伯法）1 mol 氮气与 3 mol 氢气在 1 dm3 的密闭容器中反应，达平衡时氨气为 1.2 mol。（a）计算平衡时氮气与氢气的摩尔数。（b）计算此温度下的平衡常数 Kc。（c）计算氮气的转化率。（d）说明升高温度对氨气产率的影响。 | 答案：（a）生成 1.2 mol 氨气表示氮气消耗 0.6 mol、氢气消耗 1.8 mol；平衡时氮气 = 0.4 mol，氢气 = 1.2 mol。（b）Kc = [NH3]2 ÷ ([N2][H2]3) = 1.22 ÷ (0.4 × 1.23) = 2.08。（c）氮气转化率 = 0.6 ÷ 1.0 × 100% = 60%。（d）正反应放热，升温使平衡向吸热方向（左）移动，氨气产率下降。评分要点：平衡摩尔数（3）、Kc 表达与数值（3）、转化率（2）、升温影响（1）。 |
| 6 | （接触法）以 200 mol 二氧化硫与 150 mol 氧气进入反应器，二氧化硫的转化率为 96%。（a）计算生成三氧化硫的摩尔数。（b）计算反应后剩余氧气的摩尔数。（c）计算三氧化硫的质量（kg，M(SO3) = 80）。（d）说明工业上为何使用过量氧气。 | 答案：（a）反应的二氧化硫 = 200 × 96% = 192 mol，由 2SO2 + O2 -> 2SO3 得三氧化硫 = 192 mol。（b）氧气消耗 = 192 ÷ 2 = 96 mol，剩余 = 150 – 96 = 54 mol。（c）质量 = 192 × 80 = 15360 g = 15.36 kg。（d）过量氧气使平衡向生成物方向移动，提高二氧化硫转化率，并确保氧化完全。评分要点：三氧化硫摩尔数（3）、剩余氧气（2）、质量（2）、过量氧解释（2）。 |
| 7 | （原子经济）石灰石（碳酸钙）受热分解：CaCO3 -> CaO + CO2，M(CaCO3) = 100，M(CaO) = 56。（a）计算以氧化钙为目标产物的原子经济（%）。（b）解释原子经济与百分比产率的分别。（c）提出一个提高此工艺原子经济的方向。 | 答案：（a）原子经济 = 56 ÷ 100 × 100% = 56%。（b）原子经济只比较反应物原子有多少进入目标产物，与实际操作损耗无关；百分比产率则比较实际产量与理论产量，反映操作效率。（c）把副产品二氧化碳收集并作工业原料（如制造饮品或化学品），或改用不产生副产品的反应路径。评分要点：原子经济计算（3）、两者分别（3）、改善方向（3）。 |
| 8 | （活化能）某反应的正反应活化能为 250 kJ mol-1，焓变为 -92 kJ mol-1。（a）计算逆反应的活化能。（b）描述此反应的能量分布图要点（反应物、产物与峰顶的相对位置）。（c）说明催化剂如何影响活化能与焓变。（d）说明催化剂能否改变平衡位置。 | 答案：（a）逆反应活化能 = 250 – (-92) = 342 kJ mol-1。（b）反应物能量比产物高 92 kJ mol-1（放热）；峰顶比反应物高 250 kJ mol-1。（c）催化剂提供较低活化能的新反应路径，不改变焓变（反应物与产物能量不变）。（d）不能；催化剂同等加快正、逆反应，平衡位置与平衡常数不变，只缩短达到平衡的时间。评分要点：逆反应活化能（3）、能量图要点（2）、催化剂对活化能与焓变（2）、平衡位置（2）。 |
丙部：绿色化学与能源（32 分）
丙部全部题目必答，百分率与能量答案须附单位。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 9 | （绿色化学）某化工厂以无毒溶剂取代苯，并设计催化步骤使副产品大幅减少。（a）指出上述两个做法分别符合哪一项绿色化学原则。（b）解释原子经济如何体现绿色化学精神。（c）说明为何源头减废比事后处理废物更可取。 | 答案：（a）以无毒溶剂取代苯，符合“使用较安全的化学品”；以催化步骤减少副产品，符合“预防废物产生”及提高原子经济。（b）原子经济高表示反应物大部分原子留在目标产物中，废物少、资源利用率高，正符合绿色化学减少废物的原则。（c）事后处理废物需额外能源、化学品及设备，亦可能造成二次污染；源头减废更省资源、更可持续。评分要点：两项原则（3）、原子经济解释（3）、源头减废理由（2）。 |
| 10 | （碳排放）某电厂完全燃烧 100000 mol 甲烷。（a）写出完全燃烧的化学方程式。（b）计算产生二氧化碳的摩尔数。（c）计算产生二氧化碳的质量（kg）。 | 答案：（a）CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O。（b）摩尔比 1:1，故二氧化碳 = 100000 mol。（c）质量 = 100000 × 44 = 4400000 g = 4400 kg。评分要点：方程式（2）、摩尔比（2）、质量计算与单位（4）。 |
| 11 | （产率）某反应的理论产量为 250 g，实际只得到 205 g 目标产物。（a）计算百分比产率。（b）提出两个令产率低于 100% 的原因。（c）说明为何评估工艺绿色程度时，除产率外还要看原子经济。 | 答案：（a）百分比产率 = 205 ÷ 250 × 100% = 82.0%。（b）发生副反应消耗反应物；反应未完全或时间不足；转移、过滤及纯化过程有损耗。（c）产率高但原子经济低，表示大量反应物原子变成废物，即使目标产物产量理想，整体资源效率与环境负担仍然差，故须两者一并考虑。评分要点：产率计算（3）、原因两项（3）、原子经济互补解释（2）。 |
| 12 | （制氢效率）以电解水制氢，输入电能 500 kJ，产生 0.1 mol 氢气，氢气燃烧热为 286 kJ mol-1。（a）计算该氢气完全燃烧可释放的能量。（b）计算此制氢过程的能量效率。（c）说明在什么条件下电解制氢才算低碳，并解释原因。 | 答案：（a）可释放能量 = 0.1 × 286 = 28.6 kJ。（b）能量效率 = 28.6 ÷ 500 × 100% = 5.72%。（c）只有当输入电力来自可再生能源（太阳能、风能、水力）时才算低碳；若电力来自燃烧化石燃料，制氢过程的碳排放可能比直接使用该燃料更高。评分要点：能量计算（3）、效率（3）、低碳条件与解释（2）。 |
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。