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DSE 化學練習卷：酸鹼、滴定與電化學（12 題・100 分・75 分鐘）
練習卷 · DSE 化學 酸鹼滴定與電化學全卷
本卷涵蓋 pH 與氫離子濃度、酸鹼滴定計算、摩爾濃度換算、電解與電鍍、電化學電池、氧化還原滴定、指示劑選擇、鹽類水解、反應速率與滴定數據分析，共 12 題，分甲、乙、丙三部，總分 100 分，時限 75 分鐘，每題附計算步驟與單位要求，並附完整答案與評分要點。
卷面資料 年級：中六（S6） ｜ 科目：化學 ｜ 時限：75 分鐘 ｜ 總分：100 分 ｜ 題數：12
甲部（32 分）
酸鹼計算、濃度換算與滴定基本題，須列出公式、代入數值及單位。
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 1 | 0.010 M 的鹽酸（強酸，完全電離）。 (a) 求該溶液的 pH。 (b) 求同濃度 0.010 M 氫氧化鈉溶液的 pH。 (c) 將 10.0 cm³ 該鹽酸加水稀釋至總體積 1.00 dm³，求稀釋後溶液的 pH。 |
(a) [H⁺] = 0.010 M，pH = −log 0.010 = 2.00 (b) [OH⁻] = 0.010 M，pOH = 2.00，pH = 14.00 − 2.00 = 12.00 (c) 稀釋前莫爾數 = 0.010 × 0.0100 = 1.00 × 10⁻⁴ mol；稀釋後 [H⁺] = 1.00 × 10⁻⁴ / 1.00 = 1.00 × 10⁻⁴ M，pH = 4.00 |
| 2 | 25.0 cm³ 的 0.100 M 氫氧化鈉溶液以 0.0500 M 硫酸滴定。 (a) 求 25.0 cm³ 氫氧化鈉溶液所含的莫爾數。 (b) 寫出中和的離子方程式，並求所需硫酸的莫爾數。 (c) 求所需硫酸的體積（以 cm³ 表示）。 |
(a) n(NaOH) = 0.100 × 0.0250 = 2.50 × 10⁻³ mol (b) H⁺ + OH⁻ → H₂O；每粒 H₂SO₄ 提供 2 個 H⁺，故 n(H₂SO₄) = 2.50 × 10⁻³ / 2 = 1.25 × 10⁻³ mol (c) V = 1.25 × 10⁻³ / 0.0500 = 0.0250 dm³ = 25.0 cm³ |
| 3 | 將 4.0 g 氫氧化鈉（摩爾質量 40.0 g/mol）溶於水並稀釋至 500 cm³。 (a) 求該溶液的摩爾濃度。 (b) 取 25.0 cm³ 該溶液稀釋至 250 cm³，求稀釋後的濃度。 (c) 求 25.0 cm³ 稀釋後溶液所含氫氧化鈉的莫爾數。 |
(a) n = 4.0 / 40.0 = 0.10 mol，c = 0.10 / 0.500 = 0.20 M (b) c₁V₁ = c₂V₂：0.20 × 25.0 = c₂ × 250，c₂ = 0.020 M (c) n = 0.020 × 0.0250 = 5.0 × 10⁻⁴ mol |
| 4 | 兩個燒杯分別盛有 0.0010 M 鹽酸及 0.0010 M 乙酸（Ka = 1.8 × 10⁻⁵）。 (a) 求鹽酸的 pH。 (b) 以 [H⁺] ≈ √(Ka × c) 求乙酸的 pH。 (c) 解釋為何同濃度的乙酸與鎂條反應較慢。 |
(a) pH = −log 0.0010 = 3.00 (b) [H⁺] = √(1.8 × 10⁻⁵ × 0.0010) = 1.34 × 10⁻⁴ M，pH = 3.87 (c) 乙酸只部分電離，[H⁺] 遠低於同濃度的鹽酸，與鎂碰撞並反應的頻率較低，故氣泡產生較慢。 |
乙部（36 分）
電解、電化學電池與氧化還原滴定題，須寫出電極反應及說明原理。
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 5 | 以 0.50 A 的電流電解硫酸銅(II) 溶液，使用銅電極，通電 32 分 10 秒（1930 s）。 (a) 求通過的電荷量。 (b) 求陰極析出銅的莫爾數（1 mol 電子 = 96500 C；Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu）。 (c) 求陰極析出銅的質量（Cu = 63.5）。 |
(a) Q = It = 0.50 × 1930 = 965 C (b) n(e⁻) = 965 / 96500 = 0.0100 mol；n(Cu) = 0.0100 / 2 = 5.0 × 10⁻³ mol (c) m = 5.0 × 10⁻³ × 63.5 = 0.3175 g ≈ 0.32 g |
| 6 | 以石墨電極電解濃氯化鈉溶液。 (a) 寫出陽極反應，並指出生成物。 (b) 寫出陰極反應，並指出生成物。 (c) 解釋為何溶液中 Na⁺ 不在陰極放電，並說明電解後溶液酸鹼性的變化。 |
(a) 陽極：2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻，生成氯氣。 (b) 陰極：2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻，生成氫氣。 (c) 鈉比水中的氫離子（H₂O）活潑，Na⁺ 較難被還原，故 H₂O 先放電；陰極不斷產生 OH⁻，故電解後溶液變鹼性。 |
| 7 | 一個鋅－銅電池的標準電極電位：Zn²⁺/Zn = −0.76 V，Cu²⁺/Cu = +0.34 V。 (a) 求電池的標準電動勢。 (b) 指出電子在外電路中的流動方向，並寫出兩極的反應。 (c) 解釋鹽橋的作用。 |
(a) E°cell = E°cathode − E°anode = 0.34 − (−0.76) = 1.10 V (b) 電子由鋅極經外電路流向銅極；陽極（鋅）：Zn → Zn²⁺ + 2e⁻；陰極（銅）：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (c) 鹽橋中的離子遷移以中和兩半電池積累的電荷，保持溶液電中性，並使電路完整。 |
| 8 | 在酸性溶液中，以 0.0100 M 高錳酸鉀溶液滴定 25.0 cm³ 的 0.0200 M 硫酸鐵(II) 溶液（MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O）。 (a) 求錳的氧化數變化。 (b) 寫出配平的全反應離子式。 (c) 求所需高錳酸鉀溶液的體積。 |
(a) 錳由 +7 降至 +2，每粒 MnO₄⁻ 得 5 個電子，屬還原。 (b) MnO₄⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O (c) n(Fe²⁺) = 0.0200 × 0.0250 = 5.00 × 10⁻⁴ mol；n(MnO₄⁻) = 5.00 × 10⁻⁴ / 5 = 1.00 × 10⁻⁴ mol；V = 1.00 × 10⁻⁴ / 0.0100 = 0.0100 dm³ = 10.0 cm³ |
丙部（32 分）
指示劑、鹽類水解、反應速率與數據分析題，須清楚解釋推論。
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 9 | 以下三組滴定，請各選一種合適指示劑並解釋。 (a) 鹽酸滴定氫氧化鈉。 (b) 鹽酸滴定氨水。 (c) 乙酸滴定氫氧化鈉。 (d) 解釋指示劑的變色範圍為何須與等當點的 pH 急劇變化範圍重疊。 |
(a) 強酸強鹼，等當點 pH = 7，酚酞或甲基橙均可。 (b) 強酸弱鹼，等當點 pH ≈ 5（酸性），選甲基橙（變色範圍 3.1–4.4）。 (c) 弱酸強鹼，等當點 pH ≈ 9（鹼性），選酚酞（變色範圍 8.3–10.0）。 (d) 只有當指示劑在 pH 急劇變化段內變色，觀察到的終點才接近等當點，指示劑誤差才小。 |
| 10 | 0.10 M 乙酸鈉溶液（Ka(CH₃COOH) = 1.8 × 10⁻⁵）。 (a) 解釋為何該溶液呈鹼性。 (b) 以 Kb = Kw / Ka 求 Kb(CH₃COO⁻)。 (c) 以 [OH⁻] ≈ √(Kb × c) 求溶液 pH。 |
(a) 乙酸根水解：CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻，產生 OH⁻，故溶液呈鹼性。 (b) Kb = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.8 × 10⁻⁵ = 5.6 × 10⁻¹⁰ (c) [OH⁻] = √(5.6 × 10⁻¹⁰ × 0.10) = 7.5 × 10⁻⁶ M；pOH = 5.13，pH = 14.00 − 5.13 = 8.87 |
| 11 | 將一塊 2.00 g 大理石（碳酸鈣）加入 50.0 cm³ 的 1.0 M 鹽酸，定時量度總質量損失。 時間 / s：0、30、60、90、120、150 質量損失 / g：0、0.80、1.40、1.80、2.00、2.00 (a) 求 0 至 60 s 的平均反應速率（g/s）。 (b) 解釋 90 s 後質量不再減少的原因。 (c) 解釋若把大理石磨成粉末，曲線會怎樣改變。 |
(a) 平均速率 = 1.40 / 60 = 0.0233 g/s (b) 鹽酸為限量試劑，90 s 後已被耗盡，反應停止，故質量不再減少。 (c) 磨成粉末使表面積增大，碰撞頻率提高，初段速率較大、曲線較陡；但鹽酸量不變，最終質量損失相同。 |
| 12 | 以 0.100 M 鹽酸滴定 25.0 cm³ 未知濃度的氫氧化鈉溶液，三次滴定結果：24.25 cm³、24.00 cm³、24.05 cm³。 (a) 指出應捨棄哪個讀數並解釋。 (b) 求平均滴定體積（cm³，3 位有效數字）。 (c) 求氫氧化鈉溶液的濃度。 |
(a) 應捨棄 24.25 cm³，因為它與另外兩次相差超過 0.10 cm³，屬離群讀數。 (b) 平均 = (24.00 + 24.05) / 2 = 24.025 ≈ 24.03 cm³ (c) n(HCl) = 0.100 × 0.024025 = 2.4025 × 10⁻³ mol；n(NaOH) = 2.4025 × 10⁻³ mol；c = 2.4025 × 10⁻³ / 0.0250 = 0.0961 M |
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