IGCSE 化學 0620 Paper 4 練習卷：空氣、水質、肥料與環境化學（Extended 理論卷・100 分）

年級：中四至中五（IGCSE Year 10–11）　｜　科目：化學 0620　｜　時限：60 分鐘　｜　總分：100 分　｜　題數：30

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Paper 4（Extended，結構題）	1 小時 15 分	75	不可用

題目

第 1 題（16 分）　空氣的成分與污染物

(a) 列出空氣中含量最多的兩種氣體，並寫出各佔的體積百分比。 （2 分）

(b) 分別寫出一氧化碳、二氧化硫及氮氧化物的主要來源，並各指出一項對人體健康的影響。 （3 分）

(c) 某城市每日燃燒含硫質量百分比 1.5% 的柴油 2.0 × 10^5 kg。假設柴油中的硫全部轉化為二氧化硫，計算每日產生的二氧化硫質量，以 kg 表示（Ar：S = 32.0，O = 16.0）。 （4 分）

(d) 汽車的催化轉換器把一氧化碳與一氧化氮轉化，反應為 2CO + 2NO 生成 2CO2 + N2。56.0 g 一氧化碳完全反應，計算所需一氧化氮的摩爾數及生成二氧化碳的質量（Mr：CO = 28.0，CO2 = 44.0）。 （4 分）

(e) 解釋為何氮氧化物的濃度在晴天下午通常最高，並提出一項減少車輛氮氧化物排放的方法。 （3 分）

第 2 題（17 分）　水質測試與污水處理

(a) 寫出自來水處理中三個主要步驟，並說明各步驟的目的。 （3 分）

(b) 25.0 cm3 水樣本以 0.0100 mol/dm3 的 EDTA 溶液滴定，達終點時用去 12.5 cm3。EDTA 與鈣離子以 1：1 的摩爾比反應。計算水樣本中鈣離子的濃度（mol/dm3）。 （4 分）

(c) 比較硬水與軟水加入肥皂後的表現，並寫出硬水的一項實際缺點。 （3 分）

(d) 某河水的溶解氧在排污前為 8.0 mg/dm3，五日後降至 3.2 mg/dm3。污水的流量為每日 2000 dm3。計算每日的生化需氧量，以 g 表示。 （4 分）

(e) 解釋含高濃度硝酸鹽的農地排水如何導致河流出現優養化。 （3 分）

第 3 題（16 分）　肥料、土壤與農業化學

(a) 解釋肥料標籤上 N、P、K 三個字母分別代表哪一種元素，並各說明其在植物生長中的一項作用。 （3 分）

(b) 硝酸銨（NH4NO3）是常用的氮肥。計算其中氮的質量百分比，並求 100 kg 肥料中氮的質量（Ar：N = 14.0，H = 1.0，O = 16.0）。 （4 分）

(c) 硫酸銨（(NH4)2SO4）含氮 21.2%。硝酸銨每 kg 售 6.00 元，硫酸銨每 kg 售 4.00 元。計算兩種肥料每 kg 氮的成本，並指出哪一種較划算（Ar：N = 14.0，H = 1.0，S = 32.0，O = 16.0）。 （4 分）

(d) 寫出過量施用氮肥對環境的兩項影響。 （3 分）

(e) 解釋農民為何在酸性土壤上施用石灰（碳酸鈣或氧化鈣）。 （2 分）

第 4 題（17 分）　石灰石與工業應用

(a) 寫出石灰石（碳酸鈣）熱分解的平衡方程式，並指出生成物的一項工業用途。 （3 分）

(b) 1000 kg 石灰石（假設全部為碳酸鈣）在高溫下完全分解。計算生成氧化鈣及二氧化碳的質量，以 kg 表示（Mr：CaCO3 = 100.0，CaO = 56.0，CO2 = 44.0）。 （4 分）

(c) 2.20 g 二氧化碳通入過量石灰水。計算生成碳酸鈣沉澱的質量（Mr：CO2 = 44.0，CaCO3 = 100.0）。 （4 分）

(d) 寫出生石灰與水反應的方程式，並說明這個過程在建築工地的一項安全風險。 （3 分）

(e) 解釋為何在燃煤電廠的煙道中注入石灰石粉可減少二氧化硫排放，並寫出相關的反應。 （3 分）

第 5 題（17 分）　溫室氣體、能源與碳排放

(a) 解釋溫室效應的形成機制，並指出兩種溫室氣體。 （3 分）

(b) 某家庭每年用電 4500 kWh。電網每 kWh 排放 0.70 kg 二氧化碳。計算該家庭每年的二氧化碳排放量（以 tonne 表示），以及若其中 20% 用電改由太陽能供應後的排放量。 （4 分）

(c) 一套太陽能系統每年發電 3200 kWh，全部取代電網供電。以每 kWh 排放 0.70 kg 二氧化碳計算，求 25 年內減少的二氧化碳總量，以 tonne 表示，並指出計算中的一項假設。 （4 分）

(d) 煤發電每 kWh 排放 0.90 kg 二氧化碳，天然氣發電每 kWh 排放 0.35 kg。計算天然氣相對煤減少的排放百分比，並指出一個原因。 （3 分）

(e) 指出兩項減少個人碳足跡的可行方法，並各說明一項限制。 （3 分）

第 6 題（17 分）　綜合應用：酸雨與數據分析

(a) 一個湖泊的湖水體積為 1.0 × 10^6 dm3，含硫酸的濃度為 0.0010 mol/dm3。計算完全中和這些硫酸所需的碳酸鈣質量，以 kg 表示（Mr：CaCO3 = 100.0）。 （4 分）

(b) 未被污染雨水的 pH 約為 5.6，某地雨水的 pH 為 4.0。計算兩者氫離子濃度的比值，並解釋 pH 相差 1.6 個單位代表酸性增強多少。 （4 分）

(c) 寫出引致酸雨的兩個主要氣體及其來源，並指出酸雨對建築物的一項影響。 （3 分）

(d) 某城市二氧化硫的年均濃度由 1990 年的 80 μg/m3 下降至 2020 年的 16 μg/m3。計算下降的百分比，並提出兩個可能原因。 （3 分）

(e) 政府計劃補貼市民更換電動車以減少路邊氮氧化物。從數據分析的角度，指出兩項在評估政策成效時必須考慮的因素。 （3 分）

答案及評分準則

第 1 題　空氣的成分與污染物

(a) 氮氣約佔 78%（1 分）；氧氣約佔 21%（1 分）。 ［2 分］

(b) 一氧化碳來自化石燃料不完全燃燒，與血紅蛋白結合，降低血液運氧能力（1 分）；二氧化硫來自燃燒含硫燃料，刺激呼吸道，誘發哮喘（1 分）；氮氧化物來自引擎及高溫燃燒，刺激肺部並形成光化學煙霧（1 分）。 ［3 分］

(c) 硫的質量 = 2.0 × 10^5 × 1.5% = 3000 kg（1 分）；n(S) = 3 000 000 ÷ 32.0 = 93 750 mol（1 分）；S + O2 生成 SO2，n(SO2) = 93 750 mol（1 分）；m(SO2) = 93 750 × 64.0 = 6.0 × 10^6 g = 6000 kg（1 分）。 ［4 分］

(d) n(CO) = 56.0 ÷ 28.0 = 2.00 mol（1 分）；由方程式比例，n(NO) = 2.00 mol（1 分）；n(CO2) = 2.00 mol（1 分）；m(CO2) = 2.00 × 44.0 = 88.0 g（1 分）。 ［4 分］

(e) 引擎內的高溫使空氣中的氮與氧反應生成一氧化氮（1 分）；晴天強烈陽光促進一氧化氮氧化為二氧化氮，並推動光化學反應，污染物在下午累積（1 分）；方法：安裝催化轉換器、改善引擎燃燒效率或改用電動車（1 分）。 ［3 分］

第 2 題　水質測試與污水處理

(a) 加入明礬等混凝劑使細小懸浮粒子凝聚成較大顆粒而沉降（1 分）；過濾除去殘餘的懸浮固體（1 分）；加入氯氣或次氯酸鈉消毒，殺滅病原體（1 分）。 ［3 分］

(b) n(EDTA) = 0.0100 × 12.5 ÷ 1000 = 1.25 × 10^-4 mol（1 分）；摩爾比為 1：1，故 n(Ca2+) = 1.25 × 10^-4 mol（1 分）；體積以 dm3 表示為 0.0250 dm3（1 分）；濃度 = 1.25 × 10^-4 ÷ 0.0250 = 5.00 × 10^-3 mol/dm3（1 分）。 ［4 分］

(c) 硬水含較多鈣離子及鎂離子（1 分）；這些離子與肥皂形成不溶的浮渣，泡沫較少，軟水則容易起泡（1 分）；缺點：耗用較多肥皂，並在熱水器及管道內形成水垢，降低加熱效率（1 分）。 ［3 分］

(d) 溶解氧下降 = 8.0 − 3.2 = 4.8 mg/dm3（1 分）；生化需氧量即為 4.8 mg/dm3（1 分）；每日耗氧 = 4.8 × 2000 = 9600 mg（1 分）；即 9.6 g（1 分）。 ［4 分］

(e) 硝酸鹽是藻類及水生植物的營養素，促進藻類大量繁殖（1 分）；藻類覆蓋水面，遮擋光線，水下植物死亡（1 分）；藻類及植物殘體被細菌分解，消耗水中溶解氧，魚類及其他生物缺氧死亡（1 分）。 ［3 分］

第 3 題　肥料、土壤與農業化學

(a) N 代表氮，用於合成蛋白質及葉綠素，促進葉片生長（1 分）；P 代表磷，促進根系發育及開花結果（1 分）；K 代表鉀，調節水分平衡，增強抗病能力（1 分）。 ［3 分］

(b) Mr = 14.0 × 2 + 1.0 × 4 + 16.0 × 3 = 80.0（1 分）；每式量單位含氮 28.0（1 分）；百分比 = 28.0 ÷ 80.0 × 100% = 35.0%（1 分）；100 kg × 35.0% = 35.0 kg 氮（1 分）。 ［4 分］

(c) 硝酸銨每 kg 氮 = 6.00 ÷ 0.350 = 17.1 元（1 分）；硫酸銨 Mr = 28.0 + 8.0 + 32.0 + 64.0 = 132.0，含氮百分比 = 28.0 ÷ 132.0 = 21.2%（1 分）；硫酸銨每 kg 氮 = 4.00 ÷ 0.212 = 18.9 元（1 分）；硝酸銨每 kg 氮較便宜，較為划算（1 分）。 ［4 分］

(d) 未被吸收的硝酸鹽隨雨水流入河流及湖泊，造成優養化（1 分）；硝酸鹽滲入地下水，污染飲用水源（1 分）；施肥及生產肥料過程亦會釋放溫室氣體如一氧化二氮（1 分）。 ［3 分］

(e) 石灰是鹼性物質，可中和土壤的酸性，提高 pH（1 分）；pH 提高後養分較易被植物吸收，並減少鋁離子對根部的毒害（1 分）。 ［2 分］

第 4 題　石灰石與工業應用

(a) CaCO3 生成 CaO + CO2（1 分）；條件為高溫加熱（1 分）；氧化鈣用於製造水泥、中和酸性土壤或煙氣脫硫（1 分）。 ［3 分］

(b) n(CaCO3) = 1.0 × 10^6 ÷ 100.0 = 1.00 × 10^4 mol（1 分）；m(CaO) = 1.00 × 10^4 × 56.0 = 5.60 × 10^5 g = 560 kg（1 分）；m(CO2) = 1.00 × 10^4 × 44.0 = 4.40 × 10^5 g = 440 kg（1 分）；核對 560 + 440 = 1000 kg，符合質量守恆（1 分）。 ［4 分］

(c) n(CO2) = 2.20 ÷ 44.0 = 0.0500 mol（1 分）；Ca(OH)2 + CO2 生成 CaCO3 + H2O（1 分）；n(CaCO3) = 0.0500 mol（1 分）；m = 0.0500 × 100.0 = 5.00 g（1 分）。 ［4 分］

(d) CaO + H2O 生成 Ca(OH)2（1 分）；反應劇烈並放出大量熱（1 分）；濺出的熱鹼液可造成皮膚及眼睛嚴重燒傷，工人須戴護目鏡及手套（1 分）。 ［3 分］

(e) 石灰石受熱分解為氧化鈣（1 分）；氧化鈣與二氧化硫反應生成亞硫酸鈣，CaO + SO2 生成 CaSO3（1 分）；固體產物被除塵器收集，二氧化硫不會排入大氣（1 分）。 ［3 分］

第 5 題　溫室氣體、能源與碳排放

(a) 太陽輻射以短波進入大氣，大部分被地面吸收（1 分）；地面升溫後以長波紅外線再輻射，溫室氣體吸收部分紅外線並向各方向再輻射，其中一部分返回地面（1 分）；常見溫室氣體包括二氧化碳、甲烷及水蒸氣（1 分）。 ［3 分］

(b) 每年排放 = 4500 × 0.70 = 3150 kg（1 分）；即 3.15 tonne（1 分）；20% 用電的排放 = 3150 × 0.20 = 630 kg（1 分）；餘下排放 = 3150 − 630 = 2520 kg，即 2.52 tonne（1 分）。 ［4 分］

(c) 每年減少 = 3200 × 0.70 = 2240 kg（1 分）；25 年合計 = 2240 × 25 = 56 000 kg（1 分）；即 56.0 tonne（1 分）；假設電網的排放係數在 25 年內保持不變，而太陽能系統的發電量亦不衰減（1 分）。 ［4 分］

(d) 差額 = 0.90 − 0.35 = 0.55 kg/kWh（1 分）；百分比 = 0.55 ÷ 0.90 × 100% = 61%（1 分）；原因是天然氣的氫碳比較高，每單位能量產生的二氧化碳較少，而且燃氣電廠的熱效率通常較高（1 分）。 ［3 分］

(e) 減少家居用電，例如關掉待機電器及使用節能燈，限制是家居用電只佔整體排放的一部分（1 分）；改用公共交通或步行，限制是部分地區的公共交通班次不足（1 分）；減少肉類消費，限制是飲食習慣受文化及價格影響，難以短期改變（1 分）。 ［3 分］

第 6 題　綜合應用：酸雨與數據分析

(a) n(H2SO4) = 1.0 × 10^6 × 0.0010 = 1.0 × 10^3 mol（1 分）；CaCO3 + H2SO4 生成 CaSO4 + CO2 + H2O（1 分）；n(CaCO3) = 1.0 × 10^3 mol（1 分）；m = 1.0 × 10^3 × 100.0 = 1.0 × 10^5 g = 100 kg（1 分）。 ［4 分］

(b) pH 是氫離子濃度的負對數，比值 = 10^(5.6 − 4.0) = 10^1.6（1 分）；10^1.6 約等於 40（1 分）；pH 每下降 1 個單位，氫離子濃度增大至 10 倍（1 分）；所以 1.6 個單位約等於酸性增強 40 倍（1 分）。 ［4 分］

(c) 二氧化硫來自燃燒含硫的化石燃料（1 分）；氮氧化物來自汽車引擎及高溫燃燒（1 分）；這些氣體被氧化並溶於雨水形成酸，與石灰石及大理石反應，侵蝕建築物外牆及石雕（1 分）。 ［3 分］

(d) 下降量 = 80 − 16 = 64 μg/m3（1 分）；百分比 = 64 ÷ 80 × 100% = 80%（1 分）；原因：改用低硫燃料及天然氣發電、電廠加裝煙氣脫硫裝置、污染工業遷離市區或車輛排放標準收緊（1 分）。 ［3 分］

(e) 須有對照期或對照地區的數據，並排除天氣、交通流量及經濟活動變化的影響，才能確定濃度下降由政策造成（1 分）；電動車充電所用的電力在發電時仍可能排放污染物，須以整體排放而非只計路邊濃度（1 分）；亦須比較補貼成本與實際減排量，並檢查更換率是否足以令濃度明顯下降（1 分）。 ［3 分］

下載

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