IGCSE 化學 0620 Paper 4 練習卷：週期表、金屬提取與反應性（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：38

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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）　週期表趨勢：第 I 族與第 VII 族的反應性

(a) 寫出鈉與水反應的平衡化學方程式。 （2 分）

(b) 4.6 g 鈉完全反應，求鈉的摩爾數（Ar：Na 23）。 （2 分）

(c) 求上題生成氫氣在室溫常壓下的體積（摩爾體積 24 dm³/mol）。 （3 分）

(d) 解釋第 I 族金屬（鋰、鈉、鉀）與水反應的劇烈程度隨原子序增加而增加的原因。 （3 分）

(e) 把氯氣通入溴化鉀溶液，寫出平衡方程式，並指出哪一種離子被氧化。 （3 分）

(f) 中和 0.20 mol 氫氧化鈉需要 0.50 mol/dm³ 鹽酸多少體積（以 cm³ 表示）？ （3 分）

第 2 題（18 分）　反應性序列與高爐提取鐵

(a) 把鉀、鋅、鐵、銅按反應性由高至低排列。 （2 分）

(b) 解釋為何銅能以元素態存在於地殼，而鈉只以化合物形式存在。 （3 分）

(c) 寫出高爐中氧化鐵被一氧化碳還原的平衡方程式。 （2 分）

(d) 計算 Fe₂O₃ 的相對分子質量（Ar：Fe 56、O 16）。 （2 分）

(e) 160 g Fe₂O₃ 完全還原，可生成鐵多少克？ （3 分）

(f) 實際操作中只得 100 g 鐵，求產率（百分比，1 位小數）。 （3 分）

(g) 說明高爐中加入石灰石的作用。 （3 分）

第 3 題（18 分）　電解熔融氧化鋁提取鋁

(a) 寫出電解熔融氧化鋁時陰極的反應。 （2 分）

(b) 寫出陽極的反應。 （2 分）

(c) 說明加入冰晶石（cryolite）的作用。 （2 分）

(d) 電解時電流為 4.0 A，通電 3600 s，求通過的電荷（C）。 （3 分）

(e) 由上述電荷求通過電子的摩爾數（1 mol 電子電荷 = 96500 C）。 （3 分）

(f) 求理論上可生成的鋁質量（Ar：Al 27）。 （4 分）

(g) 為何工業上不電解氯化鋁水溶液製鋁？ （2 分）

第 4 題（16 分）　金屬性質、合金與鋁的氧化層

(a) 解釋合金通常比純金屬硬的原因。 （3 分）

(b) 說明鋼與純鐵的分別。 （2 分）

(c) 黃銅由哪兩種金屬組成？ （2 分）

(d) 一塊鋁的體積為 40 cm³，密度 2.70 g/cm³，求其質量。 （3 分）

(e) 該鋁塊完全氧化：4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃。求生成 Al₂O₃ 的質量（Mr：Al₂O₃ 102）。 （4 分）

(f) 說明鋁製品表面氧化層的保護作用。 （2 分）

第 5 題（16 分）　鎂與稀鹽酸：速率與摩爾計算

(a) 寫出鎂與稀鹽酸反應的平衡方程式。 （2 分）

(b) 求 0.50 g 鎂的摩爾數（Ar：Mg 24）。 （3 分）

(c) 25.0 cm³ 的 0.100 mol/dm³ 鹽酸含 HCl 多少摩爾？並判斷 0.50 g 鎂是否過量（須計算）。 （3 分）

(d) 求上述反應生成氫氣的體積（摩爾體積 24 dm³/mol，答案以 cm³ 表示）。 （4 分）

(e) 若用鎂粉代替鎂條，反應速率有何變化？解釋原因。 （2 分）

(f) 溫度升高 10 °C 對反應速率有何影響？解釋原因。 （2 分）

第 6 題（16 分）　惰性氣體與氫氣還原氧化銅

(a) 說明為何焊接金屬時用氬氣作保護氣體。 （2 分）

(b) 解釋第 0 族（惰性氣體）反應性極低的原因。 （2 分）

(c) 氫氣通過灼熱的氧化銅，寫出平衡方程式。 （2 分）

(d) 8.0 g CuO 完全還原，求銅的理論質量（Mr：CuO 80、Cu 64）。 （4 分）

(e) 實驗中實際得 5.44 g 銅，求產率（百分比，1 位小數）。 （3 分）

(f) 說明工業上不以氫氣還原法大規模煉銅的兩項原因。 （3 分）

答案及評分準則

第 1 題　週期表趨勢：第 I 族與第 VII 族的反應性

(a) 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ ［2 分］

(b) 4.6 ÷ 23 = 0.20 mol。 ［2 分］

(c) 摩爾比 2:1，故 0.20 mol 鈉生成 0.10 mol H₂；0.10 × 24 = 2.4 dm³（1 分摩爾比、1 分相乘、1 分單位）。 ［3 分］

(d) ①原子半徑增大，最外層電子與原子核距離較遠（1）；②內層電子的屏蔽效應較強，最外層電子較易失去（1）；③因此還原性增強，與水反應更劇烈（1）。 ［3 分］

(e) Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂；溴離子（Br⁻）被氧化成溴（1 分方程式、1 分生成物、1 分被氧化者）。 ［3 分］

(f) NaOH + HCl → NaCl + H₂O，摩爾比 1:1，需 0.20 mol HCl；0.20 ÷ 0.50 = 0.400 dm³ = 400 cm³。 ［3 分］

第 2 題　反應性序列與高爐提取鐵

(a) 鉀 > 鋅 > 鐵 > 銅 ［2 分］

(b) 銅的反應性低，排在氫之後，不易與氧和水反應，故可天然以元素態存在（1.5）；鈉反應性極高，與空氣中的氧和水蒸氣迅速反應，故只以化合物形式存在（1.5）。 ［3 分］

(c) Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ ［2 分］

(d) 2 × 56 + 3 × 16 = 160 ［2 分］

(e) 160 ÷ 160 = 1.00 mol Fe₂O₃ → 2.00 mol Fe；2.00 × 56 = 112 g（1 分摩爾數、1 分摩爾比、1 分質量）。 ［3 分］

(f) 100 ÷ 112 × 100 = 89.3% ［3 分］

(g) 石灰石（碳酸鈣）受熱分解成氧化鈣和水；氧化鈣與礦石中的二氧化矽雜質反應生成爐渣，爐渣浮在鐵水上被排出（每點 1 分）。 ［3 分］

第 3 題　電解熔融氧化鋁提取鋁

(a) Al³⁺ + 3e⁻ → Al ［2 分］

(b) 2O²⁻ → O₂ + 4e⁻ ［2 分］

(c) 降低氧化鋁的熔點（由約 2050 °C 降至約 950 °C），節省加熱所需的能源。 ［2 分］

(d) Q = I × t = 4.0 × 3600 = 14400 C（1 分公式、1 分代入、1 分答案）。 ［3 分］

(e) 14400 ÷ 96500 = 0.149 mol。 ［3 分］

(f) 每 3 mol 電子得 1 mol Al：0.149 ÷ 3 = 0.0497 mol；0.0497 × 27 = 1.34 g（1 分摩爾比、1 分摩爾數、1 分相乘、1 分單位）。 ［4 分］

(g) 水溶液中水比鋁離子更易被還原，陰極放出氫氣而得不到鋁。 ［2 分］

第 4 題　金屬性質、合金與鋁的氧化層

(a) 合金含有大小不同的原子，不同原子層阻礙原子層之間的滑動（1.5），故合金較難變形，硬度較高（1.5）。 ［3 分］

(b) 鋼是鐵與碳（及其他元素）的合金，含碳量約 0.1–1.5%；純鐵幾乎不含碳，較軟。 ［2 分］

(c) 銅和鋅 ［2 分］

(d) 2.70 × 40 = 108 g ［3 分］

(e) 108 ÷ 27 = 4.00 mol Al；摩爾比 4:2，得 2.00 mol Al₂O₃；2.00 × 102 = 204 g。 ［4 分］

(f) 表面生成緻密而附著的氧化鋁層，阻止內部金屬繼續與氧和水反應。 ［2 分］

第 5 題　鎂與稀鹽酸：速率與摩爾計算

(a) Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂ ［2 分］

(b) 0.50 ÷ 24 = 0.0208 mol。 ［3 分］

(c) 0.100 × 25.0 ÷ 1000 = 0.00250 mol HCl；只需 0.00125 mol 鎂（0.030 g），故 0.50 g 鎂過量。 ［3 分］

(d) 摩爾比 2:1，H₂ = 0.00250 ÷ 2 = 0.00125 mol；0.00125 × 24 = 0.030 dm³ = 30 cm³。 ［4 分］

(e) 速率加快；表面積增大，與酸粒子碰撞的機會增加。 ［2 分］

(f) 速率明顯加快；粒子動能增加，超過活化能的碰撞數目增加。 ［2 分］

第 6 題　惰性氣體與氫氣還原氧化銅

(a) 氬氣化學性質極不活潑，不會與高溫金屬反應，並可隔絕氧氣防止氧化。 ［2 分］

(b) 最外層電子殼層已填滿（八隅體，氦為二），不需要得失電子。 ［2 分］

(c) CuO + H₂ → Cu + H₂O ［2 分］

(d) 8.0 ÷ 80 = 0.100 mol CuO → 0.100 mol Cu；0.100 × 64 = 6.40 g（1 分摩爾數、1 分摩爾比、1 分相乘、1 分單位）。 ［4 分］

(e) 5.44 ÷ 6.40 × 100 = 85.0% ［3 分］

(f) ①氫氣成本高，儲存和運輸有爆炸風險（1.5）；②銅礦可經焙燒及還原或電解等方法更經濟地處理，產量更大（1.5）。 ［3 分］

下載

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