IGCSE 化學 0620 Paper 4 練習卷：有機化學、燃料與聚合物（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：29

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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）　原油分餾與烷烴的性質

(a) 描述原油分餾的基本原理，並說明分餾塔內溫度的分佈趨勢。 （2 分）

(b) 解釋為何碳鏈較長的餾分沸點較高、黏度較大，而且燃燒時較難著火。 （3 分）

(c) 5.80 g 丁烷（C4H10）在充足氧氣中完全燃燒。寫出平衡的燃燒方程式，並計算所需氧氣的質量及生成二氧化碳的質量（Mr：C4H10 = 58.0，O2 = 32.0，CO2 = 44.0）。 （4 分）

(d) 解釋不完全燃燒的危險，寫出其中一種不完全燃燒的產物，並指出一個減低風險的方法。 （4 分）

(e) 0.0200 mol 甲烷與過量氯氣在紫外光照射下進行取代反應，主要產物為氯甲烷。寫出反應方程式，並計算生成氯甲烷的質量（Mr：CH3Cl = 50.5）。 （3 分）

第 2 題（16 分）　烯烴與加成反應

(a) 寫出烯烴的通式，並解釋烯烴為何稱為不飽和烴。 （2 分）

(b) 描述如何用溴水區分乙烯與乙烷，並寫出觀察結果。 （3 分）

(c) 5.60 g 乙烯與氫氣在鎳催化劑下完全反應生成乙烷。計算所需氫氣的質量及生成乙烷的質量（Mr：C2H4 = 28.0，H2 = 2.0，C2H6 = 30.0）。 （4 分）

(d) 200 cm3 乙烯與 300 cm3 氫氣混合後完全反應（同溫同壓）。求反應後混合氣體的總體積及各成分的體積。 （4 分）

(e) 解釋為何乙烯能令溴水褪色，而乙烷不能。 （3 分）

第 3 題（18 分）　加成聚合與縮合聚合

(a) 比較加成聚合與縮合聚合的分別。 （2 分）

(b) 某聚乙烯樣本的平均相對分子質量為 28000。求平均聚合度（Mr：C2H4 = 28.0），並寫出聚乙烯的重複單位。 （4 分）

(c) 某聚丙烯樣本的平均相對分子質量為 126000。求平均聚合度（Mr：C3H6 = 42.0），並寫出丙烯與丙烷分子式的差別。 （4 分）

(d) 1.00 mol 己二酸與 1.00 mol 己烷-1,6-二胺進行縮合聚合。解釋生成聚酰胺的過程，並計算放出水的質量（Mr：H2O = 18.0）。 （4 分）

(e) 說明棄置塑膠廢料造成的兩個環境問題，並各舉一個可行的處理方法。 （4 分）

第 4 題（17 分）　乙醇、發酵與生物燃料

(a) 列出以葡萄糖發酵製乙醇的三個條件。 （3 分）

(b) 90.0 g 葡萄糖完全發酵。寫出反應方程式，並計算生成乙醇的質量及二氧化碳在室溫常壓下的體積（Mr：C6H12O6 = 180.0，C2H5OH = 46.0；室溫常壓下氣體摩爾體積 = 24.0 dm3）。 （4 分）

(c) 0.500 mol 乙醇完全燃燒。寫出平衡方程式，並計算所需氧氣及生成二氧化碳的質量（Mr：O2 = 32.0，CO2 = 44.0）。 （4 分）

(d) 解釋為何乙醇常被稱為碳中和燃料，並指出這個說法的一項限制。 （3 分）

(e) 比較乙醇與汽油作為車用燃料的一項優點及一項缺點。 （3 分）

第 5 題（17 分）　裂解與燃料對環境的影響

(a) 定義裂解，並說明它在石油工業中的兩個目的。 （3 分）

(b) 癸烷裂解的其中一條反應式為 C10H22 → C8H18 + C2H4。1.00 mol 癸烷按此反應完全裂解，計算生成乙烯的質量，並以質量守恆核對（Mr：C10H22 = 142.0，C8H18 = 114.0，C2H4 = 28.0）。 （4 分）

(c) 某批原油含硫質量百分比為 2.0%。1000 kg 原油燃燒後，所含的硫全部轉化為二氧化硫。計算生成二氧化硫的質量（Ar：S = 32.0，O = 16.0）。 （4 分）

(d) 解釋為何裂解產品比原來的長鏈餾分更適合作車用燃料。 （3 分）

(e) 比較熱裂解與催化裂解的分別。 （3 分）

第 6 題（16 分）　燃燒能量與燃料的比較

(a) 0.920 g 乙醇完全燃燒，使 200 g 水的溫度由 20.0 °C 升至 56.0 °C（水的比熱容量 = 4.18 J g-1 °C-1）。計算放出的熱量，並求每摩爾乙醇燃燒放出的能量（kJ/mol，Mr：C2H5OH = 46.0）。 （4 分）

(b) 甲烷的燃燒焓為 −890 kJ/mol（Mr = 16.0），辛烷的燃燒焓為 −5470 kJ/mol（Mr = 114.0）。分別計算兩者每克燃料放出的能量，並指出哪一種每克能量較高。 （4 分）

(c) 列出選擇車用燃料時須考慮的四個因素，並各簡述原因。 （4 分）

(d) 1000 g 辛烷完全燃燒。計算生成二氧化碳的質量，以 kg 表示（三位有效數字；Mr：C8H18 = 114.0，CO2 = 44.0）。 （4 分）

答案及評分準則

第 1 題　原油分餾與烷烴的性質

(a) 原油先加熱氣化才進入分餾塔（1 分）；塔內由下往上溫度逐漸降低，不同碳鏈長度的餾分在不同高度凝結並被收集（1 分）。 ［2 分］

(b) 分子間引力隨碳鏈長度增加而增強，需要較多能量才能克服，所以沸點較高（1 分）；長鏈分子較易互相纏結，流動性較低，所以黏度較大（1 分）；長鏈分子較難汽化，與氧氣混合較慢，所以較難著火（1 分）。 ［3 分］

(c) 2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O（1 分）；n(C4H10) = 5.80 ÷ 58.0 = 0.100 mol（1 分）；n(O2) = 0.100 × 13 ÷ 2 = 0.650 mol，m(O2) = 0.650 × 32.0 = 20.8 g（1 分）；n(CO2) = 0.100 × 4 = 0.400 mol，m(CO2) = 0.400 × 44.0 = 17.6 g（1 分）。 ［4 分］

(d) 氧氣不足時燃燒不完全，會產生一氧化碳（1 分）；一氧化碳無色無味，與血紅蛋白結合，降低血液運氧能力，可致命（1 分）；亦會產生碳粒，造成空氣污染（1 分）；減低風險的方法：確保充足空氣供應、保持通風及定期檢查燃燒器具（1 分）。 ［4 分］

(e) CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl（1 分）；n(CH3Cl) = 0.0200 mol（1 分）；m(CH3Cl) = 0.0200 × 50.5 = 1.01 g（1 分）。 ［3 分］

第 2 題　烯烴與加成反應

(a) 通式為 CnH2n（1 分）；分子內含碳碳雙鍵，氫原子數目未達最大值，可再與其他原子加成，所以稱為不飽和烴（1 分）。 ［2 分］

(b) 把兩種氣體分別通入橙黃色溴水（1 分）；乙烯使溴水褪色（1 分）；乙烷不能使溴水褪色（1 分）。 ［3 分］

(c) n(C2H4) = 5.60 ÷ 28.0 = 0.200 mol（1 分）；n(H2) = 0.200 mol，m(H2) = 0.200 × 2.0 = 0.400 g（1 分）；n(C2H6) = 0.200 mol（1 分）；m(C2H6) = 0.200 × 30.0 = 6.00 g（1 分）。 ［4 分］

(d) 氣體體積之比等於摩爾之比，乙烯與氫氣以 1：1 反應（1 分）；200 cm3 乙烯只需 200 cm3 氫氣，氫氣過量 100 cm3（1 分）；生成乙烷 200 cm3（1 分）；反應後總體積 = 200 + 100 = 300 cm3（1 分）。 ［4 分］

(e) 乙烯的碳碳雙鍵打開，與溴分子發生加成反應，生成無色的二溴乙烷（1 分）；乙烷只有單鍵，在常溫下不能與溴發生加成反應（1 分）；乙烷只在紫外光下進行取代反應，速度較慢，所以溴水不褪色（1 分）。 ［3 分］

第 3 題　加成聚合與縮合聚合

(a) 加成聚合的單體含碳碳雙鍵，聚合時沒有其他小分子生成（1 分）；縮合聚合中兩個官能團反應，每形成一個鍵便放出一個小分子，通常為水（1 分）。 ［2 分］

(b) 重複單位為 —CH2—CH2—（1 分）；聚合度 = 28000 ÷ 28.0（1 分）= 1000（1 分）；即平均每條分子由 1000 個乙烯單體組成（1 分）。 ［4 分］

(c) 聚合度 = 126000 ÷ 42.0 = 3000（1 分）；丙烯分子式為 C3H6，丙烷分子式為 C3H8（1 分）；兩者相差 2 個氫原子（1 分）；差別來自丙烯分子內有一個碳碳雙鍵（1 分）。 ［4 分］

(d) 己二酸的羧基與己烷-1,6-二胺的氨基反應，形成酰胺鍵（1 分）；每形成一個酰胺鍵便放出一個水分子（1 分）；1.00 mol 己二酸與 1.00 mol 二胺可形成約 1.00 mol 酰胺鍵（1 分）；放出水約 1.00 mol，質量 = 1.00 × 18.0 = 18.0 g（1 分）。 ［4 分］

(e) 塑膠不易被微生物分解，在堆填區長期存在並佔用土地（1 分）；處理方法：分類回收再造（1 分）；燃燒聚氯乙烯會放出氯化氫等有毒氣體，污染空氣（1 分）；處理方法：分類回收，或使用設有氣體淨化裝置的能量回收設施（1 分）。 ［4 分］

第 4 題　乙醇、發酵與生物燃料

(a) 使用酵母（1 分）；缺氧的厭氧環境（1 分）；溫度維持在約 25 至 35 °C（1 分）。 ［3 分］

(b) C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2（1 分）；n(葡萄糖) = 90.0 ÷ 180.0 = 0.500 mol（1 分）；n(C2H5OH) = 1.00 mol，m = 1.00 × 46.0 = 46.0 g（1 分）；n(CO2) = 1.00 mol，V = 1.00 × 24.0 = 24.0 dm3（1 分）。 ［4 分］

(c) C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O（1 分）；n(O2) = 0.500 × 3 = 1.50 mol，m(O2) = 1.50 × 32.0 = 48.0 g（1 分）；n(CO2) = 0.500 × 2 = 1.00 mol（1 分）；m(CO2) = 1.00 × 44.0 = 44.0 g（1 分）。 ［4 分］

(d) 製造乙醇的植物在生長時吸收二氧化碳（1 分）；燃燒乙醇放出的二氧化碳量與植物吸收量大致相當（1 分）；限制：種植、收成、蒸餾與運輸過程消耗化石燃料，實際仍有淨碳排放（1 分）。 ［3 分］

(e) 優點：乙醇可由可再生原料製造，燃燒較完全，一氧化碳排放較低（1 分）；缺點：單位體積能量較低，行駛同樣距離需要較多燃料（1 分）；亦會與糧食生產競爭土地（1 分）。 ［3 分］

第 5 題　裂解與燃料對環境的影響

(a) 裂解是在高溫及催化劑存在下把長鏈烴分解為短鏈烴的過程（1 分）；目的之一是增加汽油等燃料的產量（1 分）；目的之二是生產乙烯等化工原料（1 分）。 ［3 分］

(b) n(C2H4) = 1.00 mol，m = 1.00 × 28.0 = 28.0 g（1 分）；n(C8H18) = 1.00 mol，m = 1.00 × 114.0 = 114.0 g（1 分）；反應物總質量 = 1.00 × 142.0 = 142.0 g（1 分）；生成物合計 114.0 + 28.0 = 142.0 g，與反應物相等，符合質量守恆（1 分）。 ［4 分］

(c) 硫的質量 = 1000 kg × 2.0% = 20.0 kg（1 分）；n(S) = 20000 g ÷ 32.0 = 625 mol（1 分）；S + O2 → SO2，n(SO2) = 625 mol（1 分）；m(SO2) = 625 × 64.0 = 40000 g = 40.0 kg（1 分）。 ［4 分］

(d) 短鏈烴的分子間引力較小，沸點較低，較易汽化（1 分）；在引擎內與空氣混合較均勻，燃燒較完全（1 分）；辛烷值較高，燃燒較平順，可減少爆震（1 分）。 ［3 分］

(e) 熱裂解只使用高溫高壓，溫度約 700 至 900 °C（1 分）；催化裂解使用沸石催化劑，溫度較低，約 500 °C，反應較快（1 分）；催化裂解可較有選擇性地生產高辛烷值汽油（1 分）。 ［3 分］

第 6 題　燃燒能量與燃料的比較

(a) 熱量 Q = mcΔT = 200 × 4.18 × 36.0 = 30096 J（1 分）；n(C2H5OH) = 0.920 ÷ 46.0 = 0.0200 mol（1 分）；每摩爾能量 = 30096 ÷ 0.0200 = 1504800 J（1 分）；即約 1505 kJ/mol（1 分）。 ［4 分］

(b) 甲烷：890 ÷ 16.0 = 55.6 kJ/g（1 分）；辛烷：5470 ÷ 114.0 = 48.0 kJ/g（1 分）；甲烷每克放出的能量較高（1 分）；因為甲烷的氫含量較高，每克燃燒產生較多水（1 分）。 ［4 分］

(c) 每克或每公升的能量：影響可行駛距離（1 分）；著火與儲存安全：影響運輸及油箱設計（1 分）；燃燒產物：影響空氣質素與健康（1 分）；成本與供應穩定性：影響日常使用的可行性（1 分）。 ［4 分］

(d) n(C8H18) = 1000 ÷ 114.0 = 8.77 mol（1 分）；C8H18 + 12.5O2 → 8CO2 + 9H2O，n(CO2) = 8 × 8.77 = 70.2 mol（1 分）；m(CO2) = 70.2 × 44.0 = 3088 g（1 分）；即 3.09 kg（1 分）。 ［4 分］

下載

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