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中五化學練習卷：酸鹼、滴定與電化學（12 題・100 分・75 分鐘・附答案）｜原創模擬試題
練習卷 · 中五化學：酸鹼、滴定、緩衝與電化學全卷
本卷 12 題、100 分、75 分鐘，覆蓋中五化學：強弱酸的 pH 與電離度、稀釋與混合液計算、酸鹼滴定與指示劑選擇、鹽類水解與緩衝溶液、電解與化學電池的電極反應、燃燒焓與比熱容能量計算；全部數值由程式自算，附評分要點。
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 pH（24 分）
每題 6 分，須列式或說明推理。
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 1 | 25 °C 時，(a) 計算 0.0100 M 鹽酸（強酸，完全電離）的 pH；(b) 計算 0.0100 M 氫氧化鈉溶液的 pH；(c) 把兩者等體積混合後，溶液的 pH 是多少？並說明混合液呈中性、酸性還是鹼性。 | (a) 鹽酸完全電離，[H⁺] = 0.0100 M，pH = −log 0.0100 = 2.00。(b) [OH⁻] = 0.0100 M，pOH = 2.00，pH = 14.00 − 2.00 = 12.00。(c) 等體積、等濃度下 H⁺ 與 OH⁻ 的物質的量相等，完全中和成水，故 pH = 7.00（25 °C），溶液呈中性。評分要點：強酸強鹼完全電離、pH 與 pOH 換算、中和後 pH。 |
| 2 | 0.100 M 醋酸（CH₃COOH）在 25 °C 的 Ka = 1.8 × 10⁻⁵，且 Ka 遠小於濃度。(a) 以 Ka 及濃度計算 [H⁺]；(b) 計算 pH；(c) 計算電離度（百分比），並解釋醋酸的 pH 仍低於 7 的原因。 | (a) Ka = [H⁺]²/[HA] ≈ [H⁺]²/0.100，故 [H⁺] = √(1.8×10⁻⁵ × 0.100) = 1.34e-03 M。(b) pH = −log 1.34e-03 = 2.87。(c) 電離度 = 1.34e-03/0.100 × 100% = 1.34%，即有 98.7% 的醋酸分子未電離；因仍有少量 H⁺ 釋出，pH 低於 7，但遠高於同濃度的強酸（pH 1.00）。評分要點：Ka 近似、開平方、百分比與比較。 |
| 3 | (a) 把 25.0 cm³ 的 0.200 M 鹽酸加水稀釋至 250.0 cm³，求稀釋後濃度及 pH。(b) 由 0.200 M 稀釋 10 倍後，pH 增加了多少？(c) 解釋為何不斷稀釋也不能使強酸的 pH 升至高於 7。 | (a) 稀釋後濃度 = 0.200 × 25.0/250.0 = 0.020 M，pH = −log 0.020 = 1.70。(b) 原溶液 pH = −log 0.200 = 0.70，稀釋 10 倍後 pH 升至 1.70，即增加 1.00。(c) 稀釋只會令 [H⁺] 變小，但水自身電離提供的 H⁺ 令 [H⁺] 不會低於 10⁻⁷ M，故 pH 趨近 7 而不會超過 7。評分要點：稀釋公式、pH 差、水的電離。 |
| 4 | 25.0 cm³ 的 0.100 M 硫酸（視為二元強酸，完全電離）與 0.200 M 氫氧化鈉溶液反應。(a) 求硫酸的物質的量。(b) 求所需氫氧化鈉溶液的體積。(c) 若改用 0.100 M 氫氧化鈉，所需體積如何改變？以計算說明。 | (a) n(H₂SO₄) = 0.100 × 25.0/1000 = 2.50e-03 mol。(b) 二元酸提供 5.00e-03 mol H⁺，需 NaOH 體積 = 5.00e-03/0.200 = 25.0 cm³。(c) 改用 0.100 M 後濃度減半，體積加倍，需 50.0 cm³；因 H⁺ 的物質的量不變，V ∝ 1/c。評分要點：二元酸計量比、體積計算、反比關係。 |
乙部：滴定、鹽類與緩衝（36 分）
每題 9 分，注意題目各部分的配分。
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 5 | 以 0.100 M 氫氧化鈉滴定 25.0 cm³ 未知濃度的一元酸 HA，達終點時用去 23.40 cm³ 氫氧化鈉。(a) 求 HA 的濃度。(b) 若樣本取自 250.0 cm³ 容量瓶，求瓶中 HA 的總物質的量。(c) 若 HA 的摩爾質量為 60.0 g/mol，求瓶中 HA 的質量。 | (a) n(NaOH) = 0.100 × 23.40/1000 = 2.340e-03 mol，一元酸故 n(HA) 相同，c(HA) = 2.340e-03/0.0250 = 0.0936 M。(b) 容量瓶共 250.0 cm³，是取樣體積的 10 倍，n(HA) = 0.0234 mol。(c) m = 0.0234 × 60.0 = 1.40 g。評分要點：滴定計量關係、稀釋倍數、質量計算。 |
| 6 | 把 50.0 cm³ 的 1.00 M 鹽酸與 50.0 cm³ 的 1.00 M 氫氧化鈉在量熱計中混合，溫度由 24.2 °C 升至 31.0 °C。假設溶液密度 1.00 g/cm³、比熱容量 4.18 J g⁻¹ K⁻¹，量熱計吸熱可忽略。(a) 求放出的熱量（J）。(b) 求生成水的物質的量。(c) 求中和焓變 ΔH（kJ/mol），並說明 ΔH 負號的意義。 | (a) 溶液總質量約 100 g，Q = mcΔT = 100 × 4.18 × 6.8 = 2842 J（約 2.84 kJ）。(b) HCl 與 NaOH 各 0.0500 mol，生成水 0.0500 mol。(c) ΔH = −2.84/0.0500 = -56.8 kJ/mol；負號表示放熱，即每生成 1 mol 水放出約 56.8 kJ。評分要點：Q = mcΔT、限量試劑、每摩爾水的焓變與符號。 |
| 7 | (a) 判斷 0.10 M NH₄Cl、0.10 M NaCl、0.10 M CH₃COONa 三種溶液在 25 °C 的酸鹼性，並各用一條離子方程式解釋。(b) 把 0.10 M 醋酸與 0.10 M 醋酸鈉等體積混合，求緩衝溶液的 pH（Ka = 1.8 × 10⁻⁵）。(c) 解釋為何加入少量強酸後，此緩衝溶液的 pH 幾乎不變。 | (a) NH₄Cl 呈酸性：NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺；NaCl 呈中性：Na⁺ 與 Cl⁻ 均不水解；CH₃COONa 呈鹼性：CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻。(b) 等體積混合後濃度各為 0.050 M，[HA] = [A⁻]，故 [H⁺] = Ka，pH = pKa = 4.74。(c) 加入的 H⁺ 與 CH₃COO⁻ 結合生成少量 CH₃COOH，H⁺ 被消耗；[HA]/[A⁻] 比值變化極小，依 pH = pKa + log([A⁻]/[HA]) 可知 pH 幾乎不變。評分要點：三種鹽的水解、緩衝 pH = pKa、緩衝機制。 |
| 8 | (a) 混合 30.0 cm³ 的 0.100 M 鹽酸與 20.0 cm³ 的 0.100 M 氫氧化鈉，求混合液的 pH。(b) 若氫氧化鈉改為 30.0 cm³，求混合液的 pH。(c) 由此解釋強酸—強鹼滴定曲線在等當點附近 pH 急劇變化的原因，並指出此滴定應選用哪類指示劑。 | (a) H⁺ 物質的量 = 30.0 × 0.100/1000 = 3.000e-03 mol，OH⁻ = 2.000e-03 mol，剩餘 H⁺ = 1.000e-03 mol，總體積 50.0 cm³，[H⁺] = 0.020 M，pH = 1.70。(b) 若 NaOH 為 30.0 cm³，酸鹼物質的量相等，完全中和，pH = 7.00。(c) 等當點前一滴酸過量即留下大量自由 H⁺，等當點後一滴鹼過量即留下大量自由 OH⁻，[H⁺] 變化達幾個數量級，故曲線近乎垂直；此類滴定宜用酚酞或甲基橙等變色範圍在 pH 3–10 的指示劑。評分要點：過量計算、等當點 pH、指示劑選擇理由。 |
丙部：電化學與能量變化（40 分）
每題 10 分，須作完整計算或解釋。
| # | 題目 | 答案與評分要點 |
|---|---|---|
| 9 | 以 2.0 A 的電流電解硫酸銅(II) 溶液 30.0 分鐘，兩極均為銅片（Cu = 63.5，F = 96500 C/mol）。(a) 求通過的電量及陰極增重的質量。(b) 寫出陰極與陽極的半反應式。(c) 若兩極改用惰性電極，陽極產物是甚麼？寫出半反應式。 | (a) Q = It = 2.0 × 1800 = 3600 C；n(e⁻) = 3600/96500 = 0.0373 mol；n(Cu) = 0.0187 mol，質量 = 0.0187 × 63.5 = 1.18 g。(b) 陰極：Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu；陽極（銅片）：Cu → Cu²⁺ + 2e⁻。(c) 惰性電極時陽極水被氧化：2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻，產生氧氣。評分要點：法拉第計算、兩極半反應、活潑與惰性陽極之別。 |
| 10 | 以 1.00 A 的電流電解稀硫酸 965 秒，兩極分別產生氫氣與氧氣（F = 96500 C/mol，室溫摩爾體積 24.0 dm³/mol）。(a) 求通過的電量及電子的物質的量。(b) 求陰極產生氫氣的物質的量及體積。(c) 求陽極氧氣的體積，並解釋兩者體積比為 2 : 1 的原因。 | (a) Q = 1.00 × 965 = 965 C，n(e⁻) = 965/96500 = 0.010 mol。(b) 陰極：2H⁺ + 2e⁻ → H₂，n(H₂) = 0.0050 mol，體積 = 0.0050 × 24000 = 120 cm³。(c) 陽極：2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻，n(O₂) = 0.0025 mol，體積 = 60 cm³；每 4 mol 電子生成 2 mol H₂ 及 1 mol O₂，故體積比恒為 2 : 1。評分要點：電量、兩極計量比、體積換算。 |
| 11 | 鋅—銅簡單化學電池中，鋅片浸於 1 M ZnSO₄、銅片浸於 1 M CuSO₄，以鹽橋連接。E°(Zn²⁺/Zn) = −0.76 V，E°(Cu²⁺/Cu) = +0.34 V。(a) 計算電池的電動勢。(b) 指出陽極、陰極、外電路電子流向及鹽橋中離子的移動方向。(c) 寫出電池總反應，並解釋放電一段時間後鋅片質量及硫酸銅溶液藍色深度的變化。 | (a) EMF = E°(陰極) − E°(陽極) = (+0.34) − (−0.76) = 1.10 V。(b) 鋅為陽極（氧化），銅為陰極（還原）；電子經外電路由鋅流向銅；鹽橋中 Cl⁻ 移向鋅半電池、K⁺（或 Na⁺）移向銅半電池，以維持電中性。(c) 總反應：Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu；鋅片溶解故質量減少，Cu²⁺ 被消耗故藍色變淺。評分要點：電動勢計算、電極判斷、鹽橋離子流向、總反應與觀察。 |
| 12 | 燃燒 2.00 g 甲烷（CH₄，摩爾質量 16.0 g/mol）放出 111 kJ 熱量。(a) 求甲烷的燃燒焓 ΔHc（kJ/mol）。(b) 把 500 g 水由 20 °C 加熱至 80 °C 需多少能量（c = 4.18 J g⁻¹ K⁻¹）？(c) 假設熱效率 100%，需燃燒多少克甲烷？ | (a) n(CH₄) = 2.00/16.0 = 0.1250 mol，ΔHc = −111/0.1250 = -888 kJ/mol。(b) Q = mcΔT = 500 × 4.18 × 60 = 125400 J = 125.4 kJ。(c) n(CH₄) = 125.4/888 = 0.1412 mol，質量 = 2.26 g。評分要點：燃燒焓、比熱容公式、能量守恆換算。 |
TutorZone 練習卷｜題目與文章為原創，並非任何學校或出版社的教材。