IGCSE 化學 0620 Paper 4 練習卷：離子與氣體鑑定、色譜及定量分析（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：32

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Paper	時間	分數	計算機
Paper 4（Extended，結構題）	1 小時 15 分	75	不可用

題目

第 1 題（16 分）　焰色測試與陽離子鑑定

(a) 描述如何用焰色測試鑑定溶液中的金屬離子，並寫出鎳鉻絲在每次測試前必須做的處理。 （2 分）

(b) 寫出鋰、鈉、鉀與銅離子在本生燈火焰中的顏色。 （3 分）

(c) 解釋為何鉀離子的焰色常被鈉離子的焰色掩蓋，並說明解決方法。 （3 分）

(d) 把 25.0 cm³ 的 0.0100 mol/dm³ 氯化鉀溶液加水稀釋至總體積 100 cm³。求稀釋後鉀離子的濃度（mol/dm³）及以 mg/dm³ 表示的質量濃度（Ar：K = 39.1）。 （4 分）

(e) 某混合物樣本 2.50 g 溶於水後焰色呈黃色；取該溶液加入硝酸銀溶液，得白色沉澱 0.7170 g。求樣本中氯的質量及質量百分比（Mr：AgCl = 143.4，Ar：Cl = 35.5）。 （4 分）

第 2 題（16 分）　氣體測試與陰離子鑑定

(a) 描述二氧化碳的測試方法及觀察結果。 （2 分）

(b) 分別描述測試溶液中氯離子與硫酸根離子的方法及觀察結果。 （3 分）

(c) 25.0 cm³ 的 0.0500 mol/dm³ 硝酸銀溶液與 0.100 mol/dm³ 氯化鈉溶液完全反應。求所需氯化鈉溶液的體積及生成氯化銀沉澱的質量（Mr：AgCl = 143.4）。 （4 分）

(d) 解釋在加入硝酸銀溶液前為何必須先加入稀硝酸。 （3 分）

(e) 寫出氨、氫、氧與氯四種氣體的測試方法及觀察結果。 （4 分）

第 3 題（18 分）　紙色譜法與 Rf 值

(a) 解釋為何色譜紙上的起始線必須用鉛筆而不可用原子筆繪畫。 （2 分）

(b) 某色譜圖中溶劑前沿距起始線 8.40 cm；斑點 A 距起始線 6.30 cm，斑點 B 距起始線 2.94 cm。求 A 與 B 的 Rf 值（三位有效數字）。 （4 分）

(c) 在相同條件下，樣本 X 得出兩個斑點，位置與 A、B 完全相同。已知純物質 A 是甘氨酸。寫出樣本 X 的組成並解釋你的結論。 （4 分）

(d) 若同一實驗中溶劑前沿只上升至距起始線 6.00 cm，求 A 的斑點會在哪個位置；並解釋 A 的 Rf 值是否改變。 （3 分）

(e) 寫出兩個會令同一物質的 Rf 值改變的因素。 （3 分）

(f) 解釋為何色譜容器必須密封，以及為何起始線不可浸入溶劑中。 （2 分）

第 4 題（16 分）　分離、純化與萃取

(a) 描述如何由食鹽水同時取得乾燥的食鹽與純水，並說明所用分離技術的名稱。 （3 分）

(b) 200 g 的食鹽水含 12.0% 氯化鈉（質量百分比）。求蒸乾後可得食鹽的質量及溶液中水的質量。 （4 分）

(c) 寫出分餾與簡單蒸餾的一項分別，並舉一個必須使用分餾的工業例子。 （3 分）

(d) 某固體樣本的熔點為 76 至 80 °C，而純物質的熔點為 80 °C。判斷樣本是否純淨並解釋。 （3 分）

(e) 1.00 g 物質溶於 100 cm³ 水，用乙醚萃取，分配係數（乙醚／水）為 4.0。分別求用 50 cm³ 乙醚一次萃取、以及用 25 cm³ 乙醚分兩次萃取時所萃取的質量分率，並指出哪種方法較有效。 （3 分）

第 5 題（18 分）　重量分析與滴定計算

(a) 解釋為何要用蒸餾水洗滌過濾所得的沉澱。 （2 分）

(b) 1.250 g 樣本含氯化鋇，溶於水後加入過量硫酸鈉溶液，得硫酸鋇沉澱 1.165 g。求樣本中氯化鋇的質量及質量百分比（Mr：BaSO4 = 233.4，BaCl2 = 208.2）。 （3 分）

(c) 寫出檢驗洗滌水是否已潔淨的方法。 （3 分）

(d) 解釋「加熱至恆重」的意思，並寫出判斷已達恆重的標準。 （3 分）

(e) 若洗滌時流失了 0.020 g 硫酸鋇沉澱，重算 (b) 的質量百分比，並指出結果偏高還是偏低。 （4 分）

(f) 25.0 cm³ 的 0.100 mol/dm³ 氫氧化鈉溶液需用 0.125 mol/dm³ 鹽酸中和。求所需鹽酸的體積（cm³）。 （3 分）

第 6 題（16 分）　儀器分析與數據判讀

(a) 某有機化合物的質譜中，最右邊（最高 m/z）的峰為 46。寫出該化合物的相對分子質量，並指出為何單憑這個數字不能唯一確定分子式。 （3 分）

(b) 某化合物的紅外光譜在 1700 cm⁻¹ 有強吸收峰，在 3300 cm⁻¹ 有寬而強的吸收峰。推斷分子中含有哪些鍵或官能團。 （3 分）

(c) 銅的質譜顯示兩個同位素峰：m/z 63 的相對豐度為 69.2%，m/z 65 的相對豐度為 30.8%。求銅的平均相對原子質量（兩位小數）。 （4 分）

(d) 寫出火焰發射光譜法比傳統焰色測試優勝的兩個地方。 （3 分）

(e) 氣相色譜中，兩種標準物質的保留時間分別為 3.41 分鐘與 5.80 分鐘；某樣本只在 3.42 分鐘出現一個峰。寫出可得的結論及其限制。 （3 分）

答案及評分準則

第 1 題　焰色測試與陽離子鑑定

(a) 把鎳鉻絲蘸濃鹽酸後在本生燈火焰中加熱至火焰不再有顏色（1 分）；再蘸取樣品放在火焰邊緣觀察焰色（1 分）。 ［2 分］

(b) 鋰離子呈深紅色（1 分）；鈉離子呈黃色、鉀離子呈紫紅色（1 分）；銅離子呈藍綠色（1 分）。 ［3 分］

(c) 鈉的黃色焰色很強而且持續時間長（1 分）；須透過鈷玻璃觀察，鈷玻璃吸收黃光（1 分）；此時可看到鉀的紫紅色（1 分）。 ［3 分］

(d) n(K+) = 0.0250 × 0.0100 = 2.50 × 10⁻⁴ mol（1 分）；濃度 = 2.50 × 10⁻⁴ ÷ 0.100 = 2.50 × 10⁻³ mol/dm³（1 分）；質量濃度 = 2.50 × 10⁻³ × 39.1 = 0.0978 g/dm³（1 分）；即 97.8 mg/dm³（1 分）。 ［4 分］

(e) n(AgCl) = 0.7170 ÷ 143.4 = 5.00 × 10⁻³ mol（1 分）；n(Cl) = 5.00 × 10⁻³ mol（1 分）；m(Cl) = 5.00 × 10⁻³ × 35.5 = 0.1775 g（1 分）；百分比 = 0.1775 ÷ 2.50 × 100 = 7.10%（1 分）。 ［4 分］

第 2 題　氣體測試與陰離子鑑定

(a) 把氣體通入石灰水（氫氧化鈣溶液）（1 分）；石灰水變乳白色（1 分）。 ［2 分］

(b) 氯離子：加稀硝酸後加硝酸銀溶液，得白色沉澱（1 分）；硫酸根離子：加稀鹽酸後加氯化鋇溶液，得白色沉澱（1 分）；兩個測試都要先酸化以排除碳酸根干擾（1 分）。 ［3 分］

(c) n(Ag+) = 0.0250 × 0.0500 = 1.25 × 10⁻³ mol（1 分）；摩爾比 1：1，n(NaCl) = 1.25 × 10⁻³ mol（1 分）；V = 1.25 × 10⁻³ ÷ 0.100 = 0.0125 dm³ = 12.5 cm³（1 分）；m(AgCl) = 1.25 × 10⁻³ × 143.4 = 0.179 g（1 分）。 ［4 分］

(d) 溶液中若含碳酸根，會與銀離子生成白色碳酸銀沉澱（1 分）；稀硝酸把碳酸根分解並趕走二氧化碳（1 分）；因此白色沉澱只可能來自鹵離子，結論才可靠（1 分）。 ［3 分］

(e) 氨：以濕紅色石蕊試紙測試，試紙變藍（1 分）；氫：接近火焰時發出「噗」聲（1 分）；氧：把餘燼的木條放入，木條復燃（1 分）；氯：把濕石蕊試紙放入，試紙先變紅後褪色（1 分）。 ［4 分］

第 3 題　紙色譜法與 Rf 值

(a) 原子筆的墨水會溶於展開溶劑（1 分）；墨水會隨溶劑上升，污染色譜圖並產生額外斑點（1 分）。 ［2 分］

(b) Rf(A) = 6.30 ÷ 8.40（1 分）= 0.750（1 分）；Rf(B) = 2.94 ÷ 8.40（1 分）= 0.350（1 分）。 ［4 分］

(c) 樣本 X 含甘氨酸（A）與另一種物質（B）（2 分）；在相同溶劑、相同溫度與相同濾紙下，同一物質的 Rf 值相同，故斑點位置相同即表示同一物質（2 分）。 ［4 分］

(d) 斑點距起始線 = 0.750 × 6.00 = 4.50 cm（2 分）；Rf 值不變，因為 Rf 是斑點距離與溶劑前沿距離的比值（1 分）。 ［3 分］

(e) 所用溶劑的種類或比例不同（1 分）；溫度不同（1 分）；另可接受：濾紙的性質不同、溶劑蒸氣未飽和、斑點過濃（1 分）。 ［3 分］

(f) 密封使容器內溶劑蒸氣飽和，避免溶劑沿紙邊蒸發令前沿不水平（1 分）；起始線浸入溶劑會使樣品直接溶入溶劑而無法分離（1 分）。 ［2 分］

第 4 題　分離、純化與萃取

(a) 用簡單蒸餾：加熱使水蒸氣餾出並冷凝收集（1 分）；蒸餾後餘下的食鹽水進一步蒸發結晶得固體食鹽（1 分）；技術名稱：簡單蒸餾（1 分）。 ［3 分］

(b) m(NaCl) = 200 × 0.120 = 24.0 g（2 分）；m(水) = 200 − 24.0 = 176 g（2 分）。 ［4 分］

(c) 分餾柱內有多次蒸發與冷凝，可分離沸點相近的多種液體（1 分）；簡單蒸餾只分離一種揮發性液體與非揮發性溶質（1 分）；例子：原油（石油）分餾（1 分）。 ［3 分］

(d) 樣本不純（1 分）；雜質令熔點下降（1 分）；而且熔點範圍寬（相差 4 °C），純物質的熔點範圍通常很窄（1 分）。 ［3 分］

(e) 一次：4.0 × 50 ÷ (4.0 × 50 + 100) = 0.667，即萃取 66.7%（1 分）；兩次：每次 4.0 × 25 ÷ (4.0 × 25 + 100) = 0.500，餘下 0.500 × 0.500 = 0.250，即萃取 75.0%（1 分）；分兩次較有效（1 分）。 ［3 分］

第 5 題　重量分析與滴定計算

(a) 洗去附在沉澱表面的可溶性雜質（1 分）；否則乾燥後稱得的質量偏大，結果不準確（1 分）。 ［2 分］

(b) n(BaSO4) = 1.165 ÷ 233.4 = 4.99 × 10⁻³ mol（1 分）；n(BaCl2) 相同，m = 4.99 × 10⁻³ × 208.2 = 1.04 g（1 分）；百分比 = 1.04 ÷ 1.250 × 100 = 83.1%（1 分）。 ［3 分］

(c) 收集最後一次洗滌的濾液（1 分）；加入氯化鋇溶液，若無白色沉澱即表示硫酸根已洗淨（1 分）；如測氯離子則加硝酸銀溶液（1 分）。 ［3 分］

(d) 重複加熱、冷卻、稱量（1 分）；直至連續兩次稱得的質量相同（1 分）；實務上相差不超過 0.002 g（1 分）。 ［3 分］

(e) n(BaSO4) = (1.165 − 0.020) ÷ 233.4 = 4.91 × 10⁻³ mol（1 分）；m(BaCl2) = 4.91 × 10⁻³ × 208.2 = 1.02 g（1 分）；百分比 = 1.02 ÷ 1.250 × 100 = 81.7%（1 分）；結果偏低約 1.4 個百分點（1 分）。 ［4 分］

(f) n(NaOH) = 0.0250 × 0.100 = 2.50 × 10⁻³ mol（1 分）；摩爾比 1：1，n(HCl) = 2.50 × 10⁻³ mol（1 分）；V = 2.50 × 10⁻³ ÷ 0.125 = 0.0200 dm³ = 20.0 cm³（1 分）。 ［3 分］

第 6 題　儀器分析與數據判讀

(a) 相對分子質量 = 46（1 分）；不同組合可有相同 Mr，例如 C2H6O 與 NO2 都是 46（1 分）；需配合高解像質譜或化學測試確定結構（1 分）。 ［3 分］

(b) 1700 cm⁻¹ 的強峰對應 C=O（羰基）（1 分）；3300 cm⁻¹ 的寬峰對應 O–H 鍵（1 分）；兩者同時出現表示羧酸（或同時含羰基與羥基）（1 分）。 ［3 分］

(c) 63 × 0.692 = 43.60（1 分）；65 × 0.308 = 20.02（1 分）；合計 = 63.62（1 分）；答案取 63.62（1 分）。 ［4 分］

(d) 可偵測極微量的離子，靈敏度高（1 分）；儀器把光分解成光譜，可分辨顏色相近的離子（1 分）；結果由儀器記錄，較客觀及可重複（1 分）。 ［3 分］

(e) 樣本含第一種標準物質（1 分）；不含第二種（1 分）；限制：保留時間相同只是初步鑑定，可能有其他物質有相同保留時間，須用質譜等技術確認（1 分）。 ［3 分］

下載

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