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IB 化學 HL Paper 2 結構題練習卷（10 題・100 分・135 分鐘）
練習卷 · IB 化學 HL Paper 2 結構題
IB 化學 HL Paper 2 結構題練習卷：10 題原創題目、100 分、135 分鐘，涵蓋滴定計量、燃燒焓變、平衡常數、弱酸 pH、電解定量、理想氣體、反應動力學、原子經濟、錳酸鉀滴定與緩衝溶液，附完整答案與評分要點。
卷面資料 年級：IB DP 第二年（DP2） ｜ 科目：化學 ｜ 時限：135 分鐘 ｜ 總分：100 分 ｜ 題數：10
甲部 計量化學、能量與電化學（50 分）
第 1–3 題
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 1 | 25.0 cm³ 的 0.100 mol dm⁻³ 氫氧化鈉溶液，剛好被 20.0 cm³ 稀硫酸中和。（a）計算所用氫氧化鈉的摩爾數。（b）已知 H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O，求硫酸的摩爾數。（c）求硫酸的濃度（mol dm⁻³）。 | （a）n(NaOH) = 0.0250 × 0.100 = 2.50 × 10⁻³ mol。（b）n(H₂SO₄) = 2.50 × 10⁻³ ÷ 2 = 1.25 × 10⁻³ mol，因 1 mol 酸中和 2 mol 鹼。（c）c = 1.25 × 10⁻³ ÷ 0.0200 = 0.0625 mol dm⁻³。評分要點：摩爾比須由方程式讀出（1:2），單位須寫 mol dm⁻³；只答數值不給單位扣分。 |
| 2 | 2.30 g 乙醇（M = 46.0）在氧氣中完全燃燒，令 200 g 水的溫度上升 15.0 °C。（水的比熱容量 = 4.18 J g⁻¹ K⁻¹）（a）計算水吸收的熱量（J）。（b）求乙醇的摩爾數及燃燒焓（kJ mol⁻¹，須含正負號）。（c）文獻值為 −1367 kJ mol⁻¹，計算百分誤差並提出一個主要誤差來源。 | （a）q = 200 × 4.18 × 15.0 = 12540 J = 12.54 kJ。（b）n = 2.30 ÷ 46.0 = 0.0500 mol；ΔH = −12.54 ÷ 0.0500 = −250.8 kJ mol⁻¹。（c）誤差 = (1367 − 250.8) ÷ 1367 × 100 = 81.7%；主要來源是熱量大量散失到周圍空氣及容器（另有部分乙醇未完全燃燒、水蒸發吸熱）。評分要點：ΔH 必須帶負號；誤差須以大值為分母。 |
| 3 | 在 1.00 dm³ 容器中，1.00 mol 氫氣與 1.00 mol 碘蒸氣混合，達平衡時碘化氫的濃度為 1.60 mol dm⁻³。H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)（a）求平衡時 H₂ 與 I₂ 的濃度。（b）計算 Kc。（c）若把容器壓縮至 0.50 dm³（溫度不變），Kc 及 HI 的摩爾數會否改變？解釋。 | （a）由方程式，HI 生成 1.60 mol dm⁻³ 即消耗 0.80 mol dm⁻³ 的 H₂ 與 I₂，故 [H₂] = [I₂] = 1.00 − 0.80 = 0.20 mol dm⁻³。（b）Kc = (1.60)² ÷ (0.20 × 0.20) = 2.56 ÷ 0.040 = 64（無單位）。（c）Kc 不變，因溫度不變；但兩邊氣體摩爾數相等（Δn = 0），壓力改變不影響平衡位置，故 HI 的摩爾數亦不變（濃度則加倍）。評分要點：須指明 Kc 只隨溫度改變。 |
第 4–5 題
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 4 | 一元弱酸 HA 的 Ka = 1.8 × 10⁻⁵。配成 0.10 mol dm⁻³ 溶液。（a）計算平衡時氫離子濃度。（b）求 pH（2 位小數）。（c）求 HA 的解離度（百分率，2 位小數），並說明為何不可用 pH = −log c 直接計算。 | （a）[H⁺] = √(Ka × c) = √(1.8 × 10⁻⁵ × 0.10) = √(1.8 × 10⁻⁶) = 1.34 × 10⁻³ mol dm⁻³。（b）pH = −log(1.34 × 10⁻³) = 2.87。（c）解離度 = 1.34 × 10⁻³ ÷ 0.10 × 100 = 1.34%；因 HA 只部分解離，[H⁺] 遠小於 c，直接用 −log c 會高估 [H⁺]、低估 pH。評分要點：須先做近似 [HA]eq ≈ c 的假設，並說明該假設在解離度小於 5% 時成立。 |
| 5 | 以 2.00 A 的電流電解硫酸銅(II)溶液 30.0 分鐘。（F = 96500 C mol⁻¹，A(Cu) = 63.5）（a）計算通過的電量。（b）求電子的摩爾數。（c）求陰極析出銅的質量（g，3 位小數），並指出電解過程中陽極觀察到的現象。 | （a）Q = I t = 2.00 × 1800 = 3600 C。（b）n(e⁻) = 3600 ÷ 96500 = 3.73 × 10⁻² mol。（c）Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu，故 n(Cu) = 3.73 × 10⁻² ÷ 2 = 1.865 × 10⁻² mol，m = 1.865 × 10⁻² × 63.5 = 1.184 g；陽極銅片溶解變薄，藍色由深變淺，溶液中 Cu²⁺ 濃度大致不變。評分要點：電子與銅的 2:1 關係須明確；忽略陽極會失分。 |
乙部 氣體、動力學、產率與緩衝（50 分）
第 6–8 題
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 6 | 0.500 g 某氣體在 300 K 及 100 kPa 下佔體積 400 cm³。（R = 8.31 J K⁻¹ mol⁻¹）（a）計算該氣體的摩爾數（5 位小數）。（b）求其摩爾質量（1 位小數）。（c）由此推斷該氣體，並說明為何在高壓下此計算會出現偏差。 | （a）n = pV ÷ RT = (100000 × 4.00 × 10⁻⁴) ÷ (8.31 × 300) = 40.0 ÷ 2493 = 1.604 × 10⁻² mol。（b）M = m ÷ n = 0.500 ÷ 1.604 × 10⁻² = 31.2 g mol⁻¹。（c）最可能是氧氣 O₂（M = 32.0）；高壓下分子體積不可忽略、分子間有引力，理想氣體定律高估壓力、低估摩爾質量。評分要點：體積須先換成 dm³ 或 m³；偏差原因須提及分子體積或分子間引力。 |
| 7 | 某反應對 A 為一級反應。實驗顯示 A 的濃度由 0.20 mol dm⁻³ 降至 0.10 mol dm⁻³ 需時 58 s。（a）求速率常數 k（s⁻¹，4 位小數）。（b）寫出半衰期，並說明一級反應半衰期的特徵。（c）計算濃度由 0.40 mol dm⁻³ 降至 0.050 mol dm⁻³ 所需時間。 | （a）對一級反應 k = ln2 ÷ t½ = 0.693 ÷ 58 = 1.20 × 10⁻² s⁻¹。（b）半衰期 58 s；一級反應半衰期與起始濃度無關，恆為常數。（c）0.40 → 0.20 → 0.10 → 0.050，共 3 個半衰期，t = 3 × 58 = 174 s。評分要點：一級反應須用 ln2/t½ 而非 (c₀ − c)/t；半衰期數目須數清。 |
| 8 | 石灰石加熱分解：CaCO₃ → CaO + CO₂（M：CaCO₃ = 100, CaO = 56, CO₂ = 44）（a）計算此反應的原子經濟（%）。（b）求 25.0 g 碳酸鈣完全分解的理論產量（g）。（c）實際只得 12.6 g 氧化鈣，求百分比產率，並提出一個產率低於 100% 的原因。 | （a）原子經濟 = 目標產物摩爾質量 ÷ 反應物摩爾質量總和 × 100 = 56 ÷ 100 × 100 = 56%。（b）n(CaCO₃) = 25.0 ÷ 100 = 0.250 mol，理論產量 = 0.250 × 56 = 14.0 g。（c）百分比產率 = 12.6 ÷ 14.0 × 100 = 90%；原因可為反應未完全、部分氧化鈣吸濕生成氫氧化鈣、或轉移時有損失。評分要點：原子經濟以摩爾質量計算，不需實驗數據。 |
第 9–10 題
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 9 | 25.0 cm³ 的硫酸亞鐵(II)溶液在酸性條件下，需用 24.0 cm³ 的 0.0200 mol dm⁻³ 高錳酸鉀溶液才能完全氧化。MnO₄⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O （a）計算所用 MnO₄⁻ 的摩爾數。（b）求 Fe²⁺ 的摩爾數。（c）求 Fe²⁺ 溶液的濃度，並指出滴定終點的顏色變化。 | （a）n(MnO₄⁻) = 0.0240 × 0.0200 = 4.80 × 10⁻⁴ mol。（b）由方程式 MnO₄⁻ : Fe²⁺ = 1 : 5，n(Fe²⁺) = 5 × 4.80 × 10⁻⁴ = 2.40 × 10⁻³ mol。（c）c(Fe²⁺) = 2.40 × 10⁻³ ÷ 0.0250 = 0.0960 mol dm⁻³；終點時溶液由無色變為持久淡紫紅色。評分要點：方程式係數比是關鍵，誤用 1:1 會全題失分。 |
| 10 | 把等體積的 0.10 mol dm⁻³ 乙酸與 0.10 mol dm⁻³ 乙酸鈉混合（Ka = 1.8 × 10⁻⁵）。（a）計算混合液的 pH（2 位小數）。（b）解釋加入少量鹽酸後 pH 為何幾乎不變，須寫出相關方程式。（c）若要配得 pH 4.44 的緩衝液，求乙酸與乙酸鈉的摩爾比。 | （a）等體積混合後濃度各為 0.050 mol dm⁻³；pH = pKa + log([鹽]/[酸]) = 4.74 + log 1 = 4.74。（b）加入的 H⁺ 與 CH₃COO⁻ 反應：CH₃COO⁻ + H⁺ → CH₃COOH，H⁺ 被消耗而非累積，故 pH 幾乎不變。（c）pH = 4.44 時，log([鹽]/[酸]) = 4.44 − 4.74 = −0.30，[鹽]/[酸] = 0.50，即乙酸 : 乙酸鈉 = 2 : 1。評分要點：須寫出 H⁺ 被共軛鹼吸收的方程式；(c) 須指明比值方向。 |
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