中文（繁體）
中文（简体）
English
中六化学练习卷：化学平衡、酸碱缓冲、电解与电池、反应速率与工业流程
练习卷 · 中六 · 化学 · 平衡与电化学
本卷为中六化学练习卷，涵盖化学平衡与平衡常数、酸碱与缓冲溶液、电解与电化学电池、反应速率与催化、哈伯法工业流程，以及滴定与气体摩尔体积的综合计算。全部题目附评分要点，计算题须列出步骤、单位及有效数字，并以正确化学术语解释现象，适合校内试前后温习。
卷面资料 年级：中六 ｜ 科目：中六化学 ｜ 时限：60 分钟 ｜ 总分：100 分 ｜ 题数：24
第一部分：化学平衡（20 分）
本部分共四题，须列出计算步骤，答案须附单位及适当有效数字。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 1 | 在 298 K，把 0.200 mol 四氧化二氮 N2O4 放入 1.0 dm3 的密闭容器；达至平衡时 N2O4 的浓度为 0.140 mol dm-3。反应 N2O4 生成 2NO2 为可逆反应。求平衡时 NO2 的浓度，并计算 Kc。 | 消耗的 N2O4 = 0.200 – 0.140 = 0.060 mol dm-3；NO2 = 2 × 0.060 = 0.120 mol dm-3；Kc = (0.120)² ÷ 0.140 = 0.103 mol dm-3（3 位有效数字）。 |
| 2 | 计算在该温度下 N2O4 的解离度，并以百分比表示。 | 解离度 = 0.060 ÷ 0.200 = 0.30，即 30.0%。 |
| 3 | 已知 Kp = Kc(RT) 的 Δn 次方，其中 Δn 为气体摩尔数的变化量，R = 0.0821 dm3 atm K-1 mol-1。求 298 K 时的 Kp。 | Δn = 2 – 1 = 1；RT = 0.0821 × 298 = 24.5；Kp = 0.103 × 24.5 = 2.52 atm（气体以分压表示）。 |
| 4 | 若在定温下把容器体积压缩至原来的一半，平衡位置会怎样移动？另解释温度升高对 Kc 的影响（已知正反应为放热反应）。 | 压缩体积令所有气体浓度同时增大，反应向气体摩尔数较少的一方移动，即向 N2O4 移动，NO2 的摩尔分数下降。正反应放热，升温令平衡向逆反应方向移动，Kc 数值减小。 |
第二部分：酸碱、pH 与缓冲溶液（18 分）
本部分共四题，须写出所用的近似及计算步骤。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 5 | 25 °C 时，0.100 mol dm-3 乙酸溶液的 Ka = 1.8 × 10 的 -5 次方。计算此溶液的 pH，并假设平衡时酸的浓度变化可忽略。 | Ka = x² ÷ 0.100，故 x = √(1.8e-5 × 0.100) = 1.34e-03 mol dm-3；pH = -log(1.34e-03) = 2.87。 |
| 6 | 把 0.100 mol 乙酸与 0.100 mol 乙酸钠溶于水并稀释至 1.0 dm3。求此缓冲溶液的 pH；再加入 0.010 mol 氢氯酸（体积变化可忽略），求新的 pH。 | pKa = -log(1.8e-5) = 4.74，酸与盐摩尔数相同，故初时 pH = pKa = 4.74。加入强酸后乙酸变为 0.110 mol、乙酸钠变为 0.090 mol，pH = 4.74 + log(0.090 ÷ 0.110) = 4.66。 |
| 7 | 用 0.100 mol dm-3 氢氧化钠滴定 25.0 cm3 上述乙酸溶液。求达至等当点所需的碱体积；并解释等当点 pH 高于 7 的原因，再计算该 pH（Kb = Kw ÷ Ka，Kw = 1.0 × 10 的 -14 次方）。 | 酸与碱摩尔比 1:1，故所需 NaOH 体积 = 25.0 cm3。等当点溶液中只有乙酸钠，浓度 = 0.100 × 25.0 ÷ 50.0 = 0.0500 mol dm-3；Kb = 1.0e-14 ÷ 1.8e-5 = 5.56e-10；[OH-] = √(Kb × 浓度) = 5.27e-06 mol dm-3；pOH = 5.28，pH = 8.72。乙酸根水解生成 OH-，故溶液呈碱性。 |
| 8 | 说明为何此滴定宜用酚酞而不用甲基橙作为指示剂。 | 等当点 pH 约 8.7；酚酞变色范围约 8.2 至 10.0，涵盖此值，故终点与等当点接近。甲基橙变色范围约 3.1 至 4.4，远低于等当点 pH，会在加入碱量不足时已变色，令测得的终点体积偏小。 |
第三部分：电解与电化学电池（18 分）
本部分共四题，计算须写出半反应式及代入的数值。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 9 | 以 2.00 A 的电流电解硫酸铜(II) 溶液 30.0 分钟，两极均为铂（惰性）。已知 1 法拉第 = 96500 C mol-1，铜的相对原子质量 = 63.5。求阴极析出铜的质量。 | 电量 = 2.00 × 1800 = 3600 C；电子摩尔数 = 3600 ÷ 96500 = 0.0373 mol；阴极反应 Cu2+ + 2e- 生成 Cu，故铜 = 0.0187 mol；质量 = 0.0187 × 63.5 = 1.18 g。 |
| 10 | 在同一电解中，求阳极放出氧气的体积（室温，摩尔气体体积 = 24.0 dm3 mol-1）。 | 阳极反应 2H2O 生成 O2 + 4H+ + 4e-；氧气摩尔数 = 0.0373 ÷ 4 = 9.33e-03 mol；体积 = 9.33e-03 × 24.0 = 0.224 dm3，即约 224 cm3。 |
| 11 | 以铜电极（Cu2+/Cu，标准电极电势 = +0.34 V）与锌电极（Zn2+/Zn，标准电极电势 = -0.76 V）组成丹尼尔电池。求电池的标准电动势，并指出电子在外电路中的流向。 | 标准电动势 = 0.34 – (-0.76) = 1.10 V。锌的还原电势较低，作阳极进行氧化（Zn 生成 Zn2+ + 2e-），电子由锌极经外电路流向铜极（阴极）。 |
| 12 | 解释电池中多孔隔膜（或盐桥）的作用，并说明移除它会有什么后果。 | 隔膜容许离子通过，以维持两个半电池的电中性，并阻止铜(II) 离子与锌金属直接接触。移除后两溶液混合，锌会直接把电子转移给铜(II) 离子，氧化与还原在同一位置发生，外电路再无稳定电子流，电池电压迅速下降至零。 |
第四部分：反应速率与催化（14 分）
本部分共四题，数据取自同一温度的初始速率实验，须说明级数的判断方法。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 13 | 某温度下 A 与 B 反应的初始速率数据如下：实验 1，[A] = 0.10、[B] = 0.10 mol dm-3，速率 = 2.0 × 10 的 -4 次方 mol dm-3 s-1；实验 2，[A] = 0.20、[B] = 0.10，速率 = 8.0 × 10 的 -4 次方；实验 3，[A] = 0.10、[B] = 0.20，速率 = 4.0 × 10 的 -4 次方。求反应对 A 及对 B 的级数，并写出速率方程。 | 比较实验 1 与 2：[A] 加倍而 [B] 不变，速率由 2.0e-4 增至 8.0e-4，即 4 倍，故对 A 为二级。比较实验 1 与 3：[B] 加倍而 [A] 不变，速率增至 2 倍，故对 B 为一级。速率方程为 速率 = k[A]²[B]，总级数为 3。 |
| 14 | 由上述数据计算速率常数 k，并写出它的单位。 | k = 2.0e-4 ÷ (0.10² × 0.10) = 0.20；单位为 dm6 mol-2 s-1（由每次浓度的幂次相加而得）。 |
| 15 | 另一反应为一级反应，速率常数 k = 0.0231 s-1。求其半衰期。 | 一级反应半衰期 = ln2 ÷ k = 0.693 ÷ 0.0231 = 30.0 s，与初始浓度无关。 |
| 16 | 某催化剂使反应的活化能降低 20.0 kJ mol-1。在 298 K 时，反应速率约增大多少倍？（R = 8.314 J K-1 mol-1） | 由阿伦尼乌斯方程，速率比 = e 的 (Ea ÷ RT) 次方 = e 的 (20000 ÷ (8.314 × 298)) 次方 = e 的 8.07 次方 ≈ 3205，即约 3.2 × 10 的 3 次方 倍；故催化剂大幅提高反应速率。 |
第五部分：工业流程与绿色化学（18 分）
本部分共四题，以哈伯法合成氨为背景，摩尔质量用 N = 14.0、H = 1.0。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 17 | 哈伯法以氮气与氢气（摩尔比 1:3）在 450 °C、200 atm 及铁催化剂下合成氨：N2 + 3H2 生成 2NH3，为可逆的放热反应。若每次通过催化床的转化率为 15%，以 100 mol N2 及 300 mol H2 为进料，求出口气体中各组分的摩尔数。 | 反应的 N2 = 15 mol，反应的 H2 = 3 × 15 = 45 mol，生成 NH3 = 2 × 15 = 30 mol。出口：N2 = 85 mol、H2 = 255 mol、NH3 = 30 mol，合共 370 mol。 |
| 18 | 承上题，求出口气体中氨的摩尔分数，以及生成氨的质量。 | 摩尔分数 = 30 ÷ 370 = 0.0811，即 8.1%。氨的摩尔质量 = 14.0 + 3 × 1.0 = 17.0 g mol-1，质量 = 30 × 17.0 = 510 g。 |
| 19 | 计算此反应的原子经济性（生成氨的质量相对反应物总质量），并说明工业上为何仍要把未反应的气体循环再用。 | 反应物质量 = 15 × 28.0 + 45 × 2.0 = 510 g，与生成物 510 g 相同，故原子经济性 = 100%，反应中所有原子都进入目标产物。但单次转化率只有 15%，循环再用可提高整体原料利用率、减少气体排放及原料成本。 |
| 20 | 解释工业上为何选用 450 °C 而非更低温度，并说明采用高压的两项好处。 | 正反应放热且气体摩尔数由 4 减至 2，故低温高压在热力学上有利。然而温度太低反应速率过慢，铁催化剂亦要有足够温度才有活性，450 °C 是产率与速率的折衷。高压一方面提高平衡产率，另一方面提高气体浓度而加快反应速率。 |
第六部分：综合计算（12 分）
本部分共四题，须列出完整计算步骤，答案须附单位及正确有效数字。
| # | 题目 | 答案与评分要点 |
|---|---|---|
| 21 | 把 2.50 g 碳酸钙（CaCO3，摩尔质量 = 100.1 g mol-1）加入过量的 1.00 mol dm-3 氢氯酸中并完全反应。求生成二氧化碳在室温下的体积（摩尔气体体积 = 24.0 dm3 mol-1）。 | CaCO3 摩尔数 = 2.50 ÷ 100.1 = 2.50e-02 mol；由 CaCO3 + 2HCl 生成 CaCl2 + CO2 + H2O，CO2 摩尔数相同，故体积 = 2.50e-02 × 24.0 = 0.599 dm3，即约 599 cm3（3 位有效数字）。 |
| 22 | 承上题，求最少需要 1.00 mol dm-3 氢氯酸的体积。 | 由化学计量，HCl 摩尔数 = 2 × 2.50e-02 = 5.00e-02 mol；体积 = 5.00e-02 ÷ 1.00 = 0.0500 dm3，即约 50 cm3。 |
| 23 | 25.0 cm3 的 0.100 mol dm-3 氢氧化钠溶液恰好中和 20.0 cm3 的硫酸溶液。求该硫酸的浓度。 | NaOH 摩尔数 = 0.0250 × 0.100 = 2.50e-03 mol；H2SO4 为二元酸，中和时摩尔数为其一半，即 1.25e-03 mol；浓度 = 1.25e-03 ÷ 0.0200 = 0.0625 mol dm-3。 |
| 24 | 第一题的答案应保留几位有效数字？并指出计算过程中必须写出的单位。 | 2.50 g 与 100.1 g mol-1 均为 3 位有效数字，故答案取 3 位，即 0.599 dm3。计算中必须写出摩尔数的单位 mol 及体积的单位 dm3（或 cm3），否则扣分。 |
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。