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中五化學練習卷：酸鹼滴定、電解與反應速率
練習卷 · 中五化學：酸鹼滴定、電解與反應速率全卷
中五化學全卷練習：酸鹼滴定計算與指示劑選擇、鹽水解 pH、電解與法拉第計算、電鍍與電解水，以及反應速率量度、速率方程與一級反應半衰期。12 題、100 分、建議 75 分鐘，附完整答案、評分要點與三語對照，適合校內試前操練。
卷面資料 年級：中五（S5） ｜ 科目：化學 ｜ 時限：75 分鐘 ｜ 總分：100 分 ｜ 題數：12
甲部：酸鹼與滴定（第 1–4 題）
甲部
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 1 | 以 0.100 M 氫氧化鈉溶液滴定 25.0 cm³ 未知濃度的鹽酸，三次滴定平均用去 23.40 cm³。(a) 寫出滴定過程的化學方程式（淨離子方程式）。(b) 計算鹽酸的摩爾濃度（答案準確至 4 位有效數字）。(c) 若改用 0.0500 M 氫氧化鈉溶液，求達至同一終點所需體積。(d) 說明為何選用甲基橙而不用酚酞作指示劑，並指出終點的顏色變化。 | (a) H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l)。(b) n(NaOH) = 0.100 × 23.40/1000 = 2.340 × 10⁻³ mol，故 [HCl] = 2.340 × 10⁻³ ÷ 0.0250 = 0.0936 M。(c) V = 2.340 × 10⁻³ ÷ 0.0500 × 1000 = 46.8 cm³。(d) 強酸與強鹼滴定的等當點 pH = 7，甲基橙（變色範圍約 3.1–4.4）與酚酞（8.3–10）皆可，但甲基橙由黃變橙紅，終點較易辨認，故常用；評分要點：淨離子方程式、摩爾數換算、濃度與體積關係、指示劑選擇理據。 |
| 2 | 已知 25 °C 時醋酸的 Ka = 1.8 × 10⁻⁵，Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴。(a) 求 0.010 M 鹽酸的 pH（準確至 2 位小數）。(b) 求 0.010 M 醋酸的 pH，並解釋為何與 (a) 不同（可用近似 [H⁺] = √(Ka × c)）。(c) 將該醋酸溶液稀釋 10 倍後，求 pH 的變化量，並說明是否等於 1。 | (a) 強酸完全解離，[H⁺] = 0.010 M，pH = 2.00。(b) 醋酸只是部分解離，[H⁺] = √(1.8 × 10⁻⁵ × 0.010) = 4.24 × 10⁻⁴ M，pH = 3.37；因大部分醋酸分子未解離，[H⁺] 遠低於 0.010 M，故 pH 較高。(c) 稀釋 10 倍後 c = 0.0010 M，[H⁺] = 1.34 × 10⁻⁴ M，pH = 3.87，變化量 = 0.50，小於 1，因為稀釋促使更多醋酸分子解離，部分補回 [H⁺]。評分要點：強弱酸解離概念、近似公式、稀釋對解離度的影響。 |
| 3 | 以 0.100 M 氫氧化鈉滴定 25.0 cm³ 0.100 M 醋酸。(a) 求等當點所需氫氧化鈉的體積。(b) 計算等當點時溶液的 pH（提示：以醋酸根的水解常數 Kb = Kw / Ka 計算，答案準確至 2 位小數）。(c) 說明等當點的 pH 為何大於 7。(d) 若改用鹽酸代替醋酸，等當點的 pH 有何不同？簡要解釋。 | (a) n(CH₃COOH) = 0.100 × 0.0250 = 2.50 × 10⁻³ mol，需同摩爾 NaOH，故體積 = 25.0 cm³。(b) 等當點時總體積 50.0 cm³，[CH₃COO⁻] = 0.0500 M；Kb = Kw/Ka = 5.56e-10，[OH⁻] = √(Kb × c) = 5.27e-06 M，pOH = 5.28，pH = 8.72。(c) 醋酸根水解生成 OH⁻：CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻，故溶液呈鹼性，pH 大於 7。(d) 鹽酸與氫氧化鈉均為強電解質，等當點只有 NaCl 與水，pH = 7，低於醋酸的情況。評分要點：等當點體積、Kb 計算、水解方程式、強弱酸比較。 |
| 4 | 一名學生要檢定一批不純的氫氧化鈉樣本。他把 1.25 g 樣本溶於水並稀釋至 250.0 cm³。取 25.0 cm³ 以 0.100 M 鹽酸滴定，平均用去 23.50 cm³。(a) 計算 25.0 cm³ 樣本溶液中所含氫氧化鈉的摩爾數（mmol）。(b) 求整份樣本中氫氧化鈉的質量。(c) 計算樣本的百分純度（假設雜質不與酸反應，答案準確至 3 位有效數字）。(d) 指出一項實驗誤差來源，並說明它會令純度偏高還是偏低。 | (a) n(HCl) = 0.100 × 23.50/1000 = 2.350 mmol，故 25.0 cm³ 樣本液含 NaOH 2.350 mmol。(b) 250.0 cm³ 為 10 倍，n = 23.50 mmol，質量 = 23.50 × 10⁻³ × 40.00 = 0.940 g。(c) 百分純度 = 0.940 ÷ 1.25 × 100% = 75.2%。(d) 例如滴定管未用氫氧化鈉溶液潤洗（殘留蒸餾水），會令讀數偏大、計算純度偏高；或稱量時樣本吸濕，令實際 NaOH 偏少、純度偏低（寫出任一項並正確判斷方向即可）。評分要點：mmol 換算、稀釋倍數、純度公式、誤差方向。 |
乙部：電解與電化學（第 5–8 題）
乙部
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 5 | 以 2.00 A 的電流電解硫酸銅(II) 水溶液 60.0 分鐘（法拉第常數 96500 C mol⁻¹，Cu = 63.5，氣體摩爾體積 24.0 dm³ mol⁻¹）。(a) 寫出陰極與陽極（用石墨）的電極反應。(b) 計算通過的電量。(c) 求陰極析出銅的質量（準確至 3 位有效數字）。(d) 求陽極產生氧氣的體積（cm³，室溫常壓）。(e) 說明為何電解一段時間後溶液的藍色會變淡。 | (a) 陰極：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu；陽極：2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻。(b) Q = It = 2.00 × 3600 = 7200 C。(c) n(e⁻) = 7200 ÷ 96500 = 0.0746 mol，n(Cu) = 0.0373 mol，質量 = 0.0373 × 63.5 = 2.369 g。(d) n(O₂) = 0.0746 ÷ 4 = 0.0187 mol，體積 = 0.0187 × 24000 = 448 cm³。(e) 陰極不斷消耗 Cu²⁺，溶液中 Cu²⁺ 濃度下降，故藍色變淡（銅離子正是藍色來源）。評分要點：電極反應、Q = It、法拉第換算、氣體摩爾體積。 |
| 6 | 以 1.00 A 的電流電解 0.100 M 氯化鈉水溶液 500 cm³（鉑電極）。(a) 分別寫出用濃氯化鈉溶液與稀氯化鈉溶液時陽極的反應，並解釋差異。(b) 求把溶液中 0.100 mol 氯離子全部氧化所需的時間（小時，準確至 2 位小數）。(c) 說明長時間電解後陰極附近溶液的酸鹼性變化及原因。 | (a) 濃 NaCl：2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻（氯離子濃度大，優先放電）；稀 NaCl：2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻（氯離子濃度低，水較易被氧化）。(b) n(e⁻) = n(Cl⁻) = 0.100 mol，Q = 0.100 × 96500 = 9650 C，t = 9650 ÷ 1.00 = 9650 s = 2.68 小時。(c) 陰極 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻，OH⁻ 不斷生成，故陰極附近溶液由中性變鹼性，酚酞會變紅。評分要點：濃度對放電次序的影響、電量與摩爾數關係、陰極區酸鹼變化。 |
| 7 | 在銀電解槽中以 1.50 A 電流為一件物件鍍銀，共鍍上 0.500 g 銀（Ag = 107.9，法拉第常數 96500 C mol⁻¹）。(a) 寫出陰極的電極反應。(b) 計算所需的電量（庫侖，準確至整數）。(c) 求電鍍所用的時間（秒及分鐘）。(d) 說明電鍍時陽極必須用純銀而非惰性電極的原因。(e) 若電流效率只有 90%，實際需時會增加多少百分比？ | (a) 陰極：Ag⁺ + e⁻ → Ag。(b) n(Ag) = 0.500 ÷ 107.9 = 4.63 × 10⁻³ mol，Q = 4.63 × 10⁻³ × 96500 = 447 C。(c) t = 447 ÷ 1.50 = 298 s，即約 4.97 分鐘。(d) 陽極用純銀可不斷溶解補充 Ag⁺（Ag → Ag⁺ + e⁻），保持電鍍液濃度穩定；若用惰性電極，Ag⁺ 會被耗盡，鍍層變薄且溶液失效。(e) 電流效率 90% 表示只有九成電子用於鍍銀，時間增加 1 ÷ 0.90 − 1 ≈ 11%。評分要點：陰極還原、法拉第計算、陽極補充作用、效率換算。 |
| 8 | 以 1.00 A 的電流電解酸化水 30.0 分鐘（法拉第常數 96500 C mol⁻¹，摩爾體積 24.0 dm³ mol⁻¹）。(a) 寫出兩極的反應式。(b) 計算通過的電量與電子的摩爾數。(c) 求陰極產生氫氣的體積（cm³，室溫常壓，準確至 3 位有效數字）。(d) 求陽極產生氧氣的體積，並解釋兩者體積比。(e) 說明電解水時為何要加入少量硫酸。 | (a) 陰極：2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻；陽極：2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻。(b) Q = 1.00 × 1800 = 1800 C，n(e⁻) = 1800 ÷ 96500 = 0.0187 mol。(c) n(H₂) = 0.0187 ÷ 2 = 9.33 × 10⁻³ mol，V = 9.33 × 10⁻³ × 24000 = 224 cm³。(d) n(O₂) = 0.0187 ÷ 4 = 4.66 × 10⁻³ mol，V = 112 cm³；由反應式可見每 4 mol 電子產生 2 mol H₂ 與 1 mol O₂，故體積比恒為 2 : 1。(e) 純水導電性極低，加入少量硫酸提供離子以導電，硫酸本身不被消耗。評分要點：兩極反應、電子摩爾數、體積比、電解質作用。 |
丙部：反應速率（第 9–12 題）
丙部
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 9 | 把大理石块加入過量稀鹽酸，以電子天平記錄質量損失，數據如下（時間 s／質量損失 g）：0／0.00、40／0.48、80／0.80、120／0.98、160／1.10。(a) 計算 0–40 s 與 40–80 s 的平均反應速率（g s⁻¹）。(b) 求 80–120 s 與 120–160 s 的平均速率，並解釋速率下降的原因。(c) 估算 60 s 時的瞬時速率，並說明所用的方法。(d) 提出兩種可加快此反應的方法，並以碰撞理論解釋。 | (a) 0–40 s：0.48 ÷ 40 = 0.0120 g s⁻¹；40–80 s：0.32 ÷ 40 = 0.0080 g s⁻¹。(b) 80–120 s：0.18 ÷ 40 = 0.0045 g s⁻¹；120–160 s：0.12 ÷ 40 = 0.0030 g s⁻¹；速率下降因鹽酸濃度隨反應消耗而降低，碰撞頻率減少。(c) 以 40–80 s 區間的平均速率估算 60 s 的瞬時速率 = 0.32 ÷ 40 = 0.0080 g s⁻¹（取相鄰區間平均、或以切線斜率估算均可）。(d) 升溫（粒子動能增加、碰撞更頻繁且有效碰撞比例上升）及把大理石磨成粉末（表面積增大）；亦可提高鹽酸濃度。評分要點：平均速率公式、速率遞減原因、瞬時速率估算、碰撞理論。 |
| 10 | 某反應 A + B → 產物的初始速率數據如下（[A]／[B] 單位 mol dm⁻³，速率單位 mol dm⁻³ s⁻¹）：實驗 1：0.10／0.10／2.0 × 10⁻³；實驗 2：0.20／0.10／8.0 × 10⁻³；實驗 3：0.10／0.20／4.0 × 10⁻³。(a) 求反應對 A 及對 B 的級數，並展示計算。(b) 寫出速率方程及求速率常數 k（連單位）。(c) 當 [A] = 0.30 M、[B] = 0.15 M 時，求初始速率。(d) 若把容器體積減半，速率會變為原來的多少倍？ | (a) 比較實驗 1、2：[B] 不變而 [A] 加倍，速率由 2.0 × 10⁻³ 增至 8.0 × 10⁻³（4 倍），故對 A 為二級；比較實驗 1、3：[A] 不變而 [B] 加倍，速率加倍，故對 B 為一級。(b) 速率 = k[A]²[B]；k = 2.0 × 10⁻³ ÷ (0.10² × 0.10) = 2.0 dm⁶ mol⁻² s⁻¹。(c) 速率 = 2.0 × 0.30² × 0.15 = 0.027 mol dm⁻³ s⁻¹。(d) 體積減半即濃度加倍，速率變為原來的 2² × 2 = 8 倍。評分要點：由數據定級數、速率方程與單位、代入計算、濃度與體積關係。 |
| 11 | (a) 把同一質量的碳酸鈣粉末與大理石塊分別加入相同濃度的鹽酸，初始速率分別為 4.8 × 10⁻³ 與 1.2 × 10⁻³ mol s⁻¹，求兩者速率之比，並以碰撞理論解釋差異。(b) 說明催化劑如何加快反應，並指出它不改變哪些量（至少兩項）。(c) 溫度每升高 10 K，本反應速率約增至 2 倍。若 300 K 時速率為 r，求 330 K 時的速率（以 r 表示）。(d) 解釋溫度對速率影響遠大於濃度影響的原因。 | (a) 比值 = 4.8 × 10⁻³ ÷ 1.2 × 10⁻³ = 4.0；粉末表面積遠大於塊狀，可接觸的粒子更多，單位時間有效碰撞次數增加，故速率較快。(b) 催化劑提供較低活化能的另一反應途徑，令更多碰撞有效；它不改變反應物與生成物的焓變、平衡位置及最終產量（亦可答不改變反應的化學計量）。(c) 由 300 K 至 330 K 共升 30 K，即 3 個 10 K 區間，速率 = 2³ r = 8r。(d) 升溫同時大幅增加具有能量大於活化能的粒子比例（分佈曲線右移），而濃度只按比例增加碰撞頻率，故溫度影響呈指數式而非線性。評分要點：表面積與碰撞、催化劑作用、溫度係數、能量分佈解釋。 |
| 12 | 過氧化氫分解為一級反應，速率常數 k = 6.93 × 10⁻³ s⁻¹。(a) 寫出分解的化學方程式（含狀態符號）。(b) 求半衰期（準確至 0.1 s）。(c) 求過氧化氫分解 80% 所需的時間（準確至整數秒）。(d) 說明為何測量氣體體積可用來跟隨此反應的進度，並指出一個可能的誤差來源。(e) 若加入二氧化錳，簡要說明 k 與半衰期如何改變。 | (a) 2H₂O₂(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g)。(b) t½ = ln2 ÷ k = 0.693 ÷ 6.93 × 10⁻³ = 100.0 s。(c) 剩餘 20%，t = −ln(0.20) ÷ k = 1.609 ÷ 6.93 × 10⁻³ = 232 s。(d) 每分解 2 mol H₂O₂ 放出 1 mol O₂，氣體體積與反應量成正比，故可用集氣法跟隨進度；誤差來源例如裝置漏氣、或氣體未冷卻至室溫即讀取體積。(e) 二氧化錳為催化劑，提供較低活化能途徑，k 增大，半衰期縮短。評分要點：方程式與狀態符號、一級反應公式、百分比分解計算、量度方法與誤差、催化劑影響。 |
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