IGCSE 化學 0620 Paper 4 模擬卷：反應速率、化學平衡與能量變化（100 分・60 分鐘）

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：26

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

題目

第 1 題（18 分）　反應速率的量度

(a) 實驗一：鎂與稀鹽酸反應，20 秒內收集到 40 cm³ 氫氣。求該段時間的平均反應速率（以 cm³/s 表示）。 （3 分）

(b) 實驗二：同一裝置在 24 秒內收集到 60 cm³ 氫氣。求實驗二的平均反應速率，並指出哪一個實驗較快。 （3 分）

(c) 在體積對時間的圖中，曲線的斜率隨時間逐漸變小。用碰撞理論解釋這個現象。 （4 分）

(d) 另一份實驗用 2.4 g 鎂（Ar = 24）與過量稀鹽酸完全反應，並在 80 秒完成。求 (i) 氫氣的總體積（室溫常壓摩爾體積 24000 cm³/mol）；(ii) 全過程的平均速率。 （4 分）

(e) 比較「加入催化劑」與「升高溫度」對反應速率的影響，並指出兩者對反應的最終產物量有何不同。 （4 分）

第 2 題（18 分）　濃度、表面積與溫度

(a) 把 0.50 mol/dm³ 鹽酸 25.0 cm³ 與 25.0 cm³ 蒸餾水混合。求混合後鹽酸的濃度。 （3 分）

(b) 解釋為何把同一塊大理石敲碎成粉末後，與稀鹽酸的反應明顯加快。 （3 分）

(c) 某反應在 20 °C 時需 160 秒完成。已知溫度每升高 10 °C，反應速率約加倍。求 50 °C 時大約所需的時間。 （4 分）

(d) 解釋為何催化劑能加快反應速率，但不能改變反應的 ΔH。 （4 分）

(e) 兩個實驗的溫度、體積與酸的濃度完全相同，只是一個用鎂帶、一個用鎂粉。畫出兩條體積對時間的曲線並指出差異。 （4 分）

第 3 題（16 分）　能量變化

(a) 燃燒 0.64 g 甲醇（CH₃OH，Mr = 32）放出 14.5 kJ 熱量。求甲醇的燃燒焓變（kJ/mol）。 （4 分）

(b) 同一實驗中，100 g 水的溫度由 20.0 °C 升至 45.0 °C。已知水的比熱容量為 4.2 J/(g·°C)，求水吸收的熱量（kJ）。 （4 分）

(c) 用鍵焓計算 H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g) 的 ΔH。已知 H–H = 436、Cl–Cl = 243、H–Cl = 431 kJ/mol。 （4 分）

(d) 某反應的能量圖顯示生成物能量低於反應物能量。指出該反應是放熱還是吸熱，並解釋加入催化劑後曲線的哪一部分會改變、哪一部分不變。 （4 分）

第 4 題（16 分）　化學平衡

(a) 解釋「動態平衡」的意思，並指出在平衡時正、逆反應的速率關係。 （4 分）

(b) 合成氨反應：N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)，ΔH = −92 kJ/mol。解釋為何工業上不使用很低的溫度以提高產率。 （4 分）

(c) 在上述反應中，把總壓力增大會令平衡向哪一方移動？用粒子數目解釋。 （4 分）

(d) 在合成氨反應中加入鐵催化劑，對 (i) 達平衡所需的時間、(ii) 平衡時氨的產率各有何影響？ （4 分）

第 5 題（16 分）　燃料與燃燒

(a) 丙烷 C₃H₈（Mr = 44）完全燃燒：C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O。求 2.2 g 丙烷完全燃燒所需氧氣的體積（摩爾體積 24 dm³/mol）。 （4 分）

(b) 同量的丙烷完全燃燒可生成多少體積的二氧化碳（同一條件下）？ （4 分）

(c) 在空氣不足時燃燒燃料會產生一氧化碳。寫出一氧化碳對人體有害的原因，並指出如何避免。 （4 分）

(d) 比較氫氣與丙烷作為燃料的兩個優點或缺點（以燃燒產物及儲存為例）。 （4 分）

第 6 題（16 分）　綜合實驗題

(a) 描述一個可量度「金屬與酸反應速率」的方法，並指出你會量度什麼。 （4 分）

(b) 某學生在 30 秒內收集到 90 cm³ 氣體。求平均速率，並指出若要更準確應注意的一項實驗條件。 （4 分）

(c) 列出兩個會令量度結果不準確的原因。 （4 分）

(d) 若把反應溫度提高 10 °C，預測曲線的形狀會有什麼改變，並解釋原因。 （4 分）

答案及評分準則

第 1 題　反應速率的量度

(a) 速率 = 體積 ÷ 時間 = 40 ÷ 20 = 2.0 cm³/s（3 分；除反或漏單位扣 1 分）。 ［3 分］

(b) 速率 = 60 ÷ 24 = 2.5 cm³/s（2 分）；實驗二較快（1 分）。 ［3 分］

(c) 隨反應進行，鹽酸的濃度（粒子數目）下降（1 分）；單位時間內粒子碰撞次數減少（1 分）；有效碰撞頻率下降（1 分）；故速率（斜率）變小（1 分）。 ［4 分］

(d) (i) n(Mg) = 2.4 ÷ 24 = 0.10 mol → n(H₂) = 0.10 mol → V = 0.10 × 24000 = 2400 cm³（2 分）；(ii) 速率 = 2400 ÷ 80 = 30 cm³/s（2 分）。 ［4 分］

(e) 催化劑降低活化能，令更多碰撞有效（1 分）；升溫令粒子平均動能增加，有效碰撞比例上升（1 分）；兩者都加快速率（1 分）；但最終產物量不變，因為反應物總量相同（1 分）。 ［4 分］

第 2 題　濃度、表面積與溫度

(a) n(HCl) = 0.50 × 0.0250 = 0.01250 mol（1 分）；總體積 = 50.0 cm³（1 分）；濃度 = 0.01250 ÷ 0.050 = 0.25 mol/dm³（1 分）。 ［3 分］

(b) 表面積增大（1 分）；與酸接觸的粒子增多（1 分）；單位時間碰撞次數增加，故速率上升（1 分）。 ［3 分］

(c) 溫度上升 30 °C，即 3 個 10 °C 間隔（1 分）；速率變為 2³ = 8 倍（2 分）；時間 = 160 ÷ 8 = 20 秒（1 分）。 ［4 分］

(d) 催化劑提供另一條活化能較低的反應途徑（2 分）；反應物與生成物的能量不變，故 ΔH 不變（2 分）。 ［4 分］

(e) 鎂粉曲線較陡，初期斜率較大（2 分）；兩條曲線最終到達同一水平（氫氣總體積相同）（2 分）。 ［4 分］

第 3 題　能量變化

(a) n = 0.64 ÷ 32 = 0.02 mol（2 分）；ΔH = −14.5 ÷ 0.02 = -725 kJ/mol（2 分；漏負號扣 1 分）。 ［4 分］

(b) q = mcΔT = 100 × 4.2 × 25.0 = 10500 J（2 分）= 10.5 kJ（2 分）。 ［4 分］

(c) 斷鍵吸收 = 436 + 243 = 679 kJ（1 分）；成鍵放出 = 2 × 431 = 862 kJ（1 分）；ΔH = 679 − 862 = -183 kJ/mol（2 分）。 ［4 分］

(d) 放熱（1 分）；峰值（活化能）下降（2 分）；反應物與生成物的能量差（ΔH）不變（1 分）。 ［4 分］

第 4 題　化學平衡

(a) 正、逆反應仍在進行（1 分）；兩者速率相等（2 分）；反應物與生成物濃度維持不變（1 分）。 ［4 分］

(b) 降溫使平衡右移、產率上升（1 分）；但反應速率大幅下降（1 分）；達到平衡需很長時間（1 分）；故用適中溫度（約 450 °C）配合催化劑（1 分）。 ［4 分］

(c) 向右（生成物方向）移動（2 分）；左邊 4 mol 氣體、右邊 2 mol 氣體，加壓有利於氣體摩爾數較少的一方（2 分）。 ［4 分］

(d) (i) 時間縮短（2 分）；(ii) 產率不變，因為催化劑不改變平衡位置（2 分）。 ［4 分］

第 5 題　燃料與燃燒

(a) n(C₃H₈) = 2.2 ÷ 44 = 0.05 mol（1 分）；n(O₂) = 5 × 0.05 = 0.25 mol（2 分）；V = 0.25 × 24 = 6.0 dm³（1 分）。 ［4 分］

(b) n(CO₂) = 3 × 0.05 = 0.15 mol（2 分）；V = 0.15 × 24 = 3.6 dm³（2 分）。 ［4 分］

(c) CO 與血紅蛋白結合，減少氧氣運送（2 分）；確保空氣（氧氣）充足／保持通風（2 分）。 ［4 分］

(d) 氫氣燃燒只生成水，不產生二氧化碳（2 分）；但氫氣儲存與運輸較困難、成本較高（2 分）。 ［4 分］

第 6 題　綜合實驗題

(a) 用氣體注射器收集氫氣（1 分）；每隔固定時間（如 10 秒）記錄體積（2 分）；由體積對時間的斜率求速率（1 分）。 ［4 分］

(b) 速率 = 90 ÷ 30 = 3.0 cm³/s（2 分）；溫度（或酸的濃度、金屬表面積）須保持相同（2 分）。 ［4 分］

(c) 氣體在注射器與管道中有泄漏（2 分）；讀取體積時視線未與刻度平齊／時間控制不準（2 分）。 ［4 分］

(d) 曲線更陡（初期斜率更大）（2 分）；最終水平不變，因為反應物總量相同（1 分）；粒子動能增加令有效碰撞增加（1 分）。 ［4 分］

下載

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