IGCSE 化學 0620 Paper 4 練習卷：有機化學、聚合物與燃料（Extended 理論卷・75 分）

年級：中四至中五（IGCSE Year 10–11）　｜　科目：化學 0620　｜　時限：75 分鐘　｜　總分：75 分　｜　題數：31

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

題目

第 1 題（14 分）　烷烴與烯烴：甲烷燃燒、裂解與聚合物原料

(a) 寫出甲烷完全燃燒的平衡化學方程式。 （2 分）

(b) 計算甲烷的相對分子質量（Ar：C 12、H 1），並由此求甲烷中碳的質量百分比。 （2 分）

(c) 8.0 g 甲烷完全燃燒，求甲烷的摩爾數。 （2 分）

(d) 在同溫同壓（摩爾體積 24 dm³/mol）下，求上述甲烷所佔的體積。 （3 分）

(e) 求完全燃燒後生成二氧化碳的質量（Mr：CO₂ 44）。 （2 分）

(f) 煉油廠把癸烷裂解：C₁₀H₂₂ → C₈H₁₈ + C₂H₄。解釋此反應在工業上的兩項好處。 （3 分）

第 2 題（12 分）　乙醇：葡萄糖發酵與乙烯水合的比較

(a) 寫出葡萄糖在酵母作用下發酵成乙醇的平衡化學方程式。 （2 分）

(b) 計算葡萄糖的相對分子質量（Ar：C 12、H 1、O 16）。 （2 分）

(c) 180 g 葡萄糖完全發酵，求乙醇的摩爾數及質量（Mr 乙醇 46）。 （3 分）

(d) 實驗實際只得到 41.4 g 乙醇，求產率。 （2 分）

(e) 比較發酵法與乙烯水合法製乙醇：各寫出一項原料、反應條件及速率差異。 （3 分）

第 3 題（14 分）　聚合物：加成聚合與縮合聚合

(a) 寫出乙烯加成聚合生成聚乙烯的方程式（用重複單位表示），並說明此反應是否產生其他產物。 （2 分）

(b) 某聚乙烯樣本的相對分子質量為 28 000，求聚合度（重複單位數目）。 （3 分）

(c) 分別說明加成聚合與縮合聚合的特徵，並各舉一個例子。 （3 分）

(d) 尼龍-6,6 由己烷-1,6-二胺與己二酸縮合而成。寫出脫去的小分子名稱，並指出鏈與鏈之間的引力種類。 （3 分）

(e) 解釋為何聚烯烴在環境中難以降解，並提出一種處理廢棄聚烯烴的方法及其限制。 （3 分）

第 4 題（12 分）　石油分餾、燃燒與能量計算

(a) 說明分餾塔中餾分的沸點範圍與分子鏈長度、塔內位置的關係。 （2 分）

(b) 寫出工業上把原油分餾成不同餾分的兩個原因。 （2 分）

(c) 2.0 g 燃料完全燃燒，令 500 g 水的溫度上升 20 °C（水的比熱容量 4.2 J/(g °C)）。求釋出的能量及每克燃料提供的能量（kJ/g）。 （3 分）

(d) 分別寫出烴完全燃燒與不完全燃燒的產物，並指出不完全燃燒的一項危害。 （2 分）

(e) 提出兩種減少燃燒所產生污染物的方法，並各說明原理。 （3 分）

第 5 題（13 分）　羧酸與酯：酯化反應、原子經濟性與產率

(a) 寫出乙酸的官能團名稱及相對分子質量（Ar：C 12、H 1、O 16）。 （2 分）

(b) 6.0 g 乙酸與過量乙醇在濃硫酸催化下反應，求乙酸的摩爾數。 （3 分）

(c) 求乙酸乙酯（Mr 88）的理論產量，並計算此反應的原子經濟性。 （3 分）

(d) 寫出酯的官能團名稱，並說明低分子量酯在食品工業的一項用途。 （2 分）

(e) 實驗實際得到 7.04 g 乙酸乙酯，求產率，並提出一種提高產率的方法及其原理。 （3 分）

第 6 題（10 分）　甲醇：燃料電池與生質燃料

(a) 計算甲醇 CH₃OH 的相對分子質量（Ar：C 12、H 1、O 16）。 （2 分）

(b) 3.2 g 甲醇的摩爾數是多少？ （2 分）

(c) 該摩爾數的甲醇完全燃燒，求生成二氧化碳的質權（Mr CO₂ 44）。 （2 分）

(d) 比較甲醇燃料電池與直接燃燒甲醇，寫出燃料電池的兩項優點。 （2 分）

(e) 寫出製造生質甲醇的一種原料來源，並指出使用生質燃料的一項限制。 （2 分）

答案及評分準則

第 1 題　烷烴與烯烴：甲烷燃燒、裂解與聚合物原料

(a) CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O ［2 分］

(b) Mr = 12 + 4 × 1 = 16；碳百分比 = 12 ÷ 16 × 100 = 75%。 ［2 分］

(c) 8.0 ÷ 16 = 0.50 mol。 ［2 分］

(d) 0.50 mol × 24 dm³/mol = 12 dm³（1 分摩爾數、1 分相乘、1 分單位）。 ［3 分］

(e) 0.50 mol CO₂ × 44 = 22.0 g。 ［2 分］

(f) ①烯烴（乙烯）是製造聚合物的原料，價值高（1）；②同時產生較短鏈烷烴，可作汽油成分，符合市場需求（1）；③產物用途比長鏈烷烴廣泛，提高經濟效益（1）。 ［3 分］

第 2 題　乙醇：葡萄糖發酵與乙烯水合的比較

(a) C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ ［2 分］

(b) 6 × 12 + 12 × 1 + 6 × 16 = 180。 ［2 分］

(c) 180 ÷ 180 = 1.0 mol 葡萄糖 → 2.0 mol 乙醇 → 2.0 × 46 = 92 g（每步 1 分）。 ［3 分］

(d) 41.4 ÷ 46 = 0.90 mol；0.90 ÷ 1.0 × 100 = 90%。 ［2 分］

(e) 發酵：原料為糖／澱粉，30–40 °C、常壓、酵母催化，速率慢（1）；水合：原料為乙烯（來自石油），300 °C、60 atm、磷酸催化，速率快（1）；比較出速率差異（1）。 ［3 分］

第 3 題　聚合物：加成聚合與縮合聚合

(a) n CH₂=CH₂ → 重複單位 –CH₂–CH₂– 的聚合物；不產生其他產物（單體全部併入鏈中）。 ［2 分］

(b) 重複單位 Mr = 2 × 12 + 4 × 1 = 28；28000 ÷ 28 = 1000 個重複單位（單位 1 分）。 ［3 分］

(c) 加成聚合：不飽和單體互相加成，無小分子脫去，例聚乙烯（1.5）；縮合聚合：兩個官能團反應並脫去小分子（如水），例尼龍或聚酯（1.5）。 ［3 分］

(d) 脫去水（H₂O，1 分）；鏈間有酰胺基之間的氫鍵（1 分），使聚合物強度高、熔點較高（1 分）。 ［3 分］

(e) C–C 與 C–H 鍵非極性、無官能團，微生物難以攻擊，故不易生物降解（1.5）；方法如回收熔融再製，或焚化回收能量（1）；限制：回收需分類清洗、焚化產生 CO₂（1.5）。 ［3 分］

第 4 題　石油分餾、燃燒與能量計算

(a) 鏈越長、分子間引力越大，沸點越高，於塔底收集；鏈越短沸點越低，於塔頂收集。 ［2 分］

(b) ①不同餾分沸點不同，可按需求分開（1）；②各餾分用途不同，如汽油作燃料、瀝青鋪路，分開後才能有效使用（1）。 ［2 分］

(c) E = 500 × 4.2 × 20 = 42000 J = 42 kJ（2 分）；每克 = 42000 ÷ 2.0 = 42000 J/g = 21 kJ/g（1 分）。 ［3 分］

(d) 完全燃燒：CO₂ 與 H₂O（1）；不完全燃燒：CO、碳粒與 H₂O，CO 有毒並與血紅蛋白結合（1）。 ［2 分］

(e) ①汽車用催化轉換器，把 CO 與 NO 氧化／還原成 CO₂ 與 N₂（1.5）；②改用生質燃料或氫，減少化石碳的淨排放（1.5）。 ［3 分］

第 5 題　羧酸與酯：酯化反應、原子經濟性與產率

(a) 羧基（–COOH，1 分）；Mr = 2 × 12 + 4 × 1 + 2 × 16 = 60（1 分）。 ［2 分］

(b) 6.0 ÷ 60 = 0.10 mol（數值 2 分、單位 1 分）。 ［3 分］

(c) 0.10 × 88 = 8.8 g（1.5）；原子經濟性 = 88 ÷ (60 + 46) × 100 = 83.0%（1.5）。 ［3 分］

(d) 酯基（–COO–，1 分）；作香料或水果味添加劑（1 分）。 ［2 分］

(e) 7.04 ÷ 8.8 × 100 = 80%（1.5）；蒸出生成的酯或移走水，使平衡向生成物方向移動（1.5）。 ［3 分］

第 6 題　甲醇：燃料電池與生質燃料

(a) 12 + 4 × 1 + 16 = 32。 ［2 分］

(b) 3.2 ÷ 32 = 0.10 mol。 ［2 分］

(c) 0.10 mol CH₃OH → 0.10 mol CO₂ → 0.10 × 44 = 4.4 g。 ［2 分］

(d) ①能量轉換效率較高，較少以熱形式浪費（1）；②無火焰、可在較低溫度運作，產物主要是水，污染物較少（1）。 ［2 分］

(e) 原料：農作物廢料或木質生物質經氣化（1）；限制：需大量土地與水，可能與糧食生產競爭（1）。 ［2 分］

下載

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