2004 第36 屆國際化學奧林匹亞競賽試題參考題解 ... - 國立臺灣師範大學

2004 第 36 屆 國 際 化 學 奧 林 匹 亞 競 賽 試 題
參 考 題 解 與 評 分 標 準 ( 續 )
理 論 部 份 :
理 論 題 1: 熱 力 學
方 泰 山 邱 愛 菁
國 立 臺 灣 師 範 大 學 化 學 系
1.1 化 學 方 程 式 : 〈2 分 〉
a) 甲 烷 :
b) 乙 烷 :
方 程 式 的 熱 力 學 數 據 : 〈4 分 〉
甲 烷
乙 烷
1.2a) 1 立 方 公 尺 天 然 氣 中 甲 烷 與 乙 烷 的 莫 耳 數 : 〈7 分 〉
〈 概 念 2 分 〉
〈1 分 〉
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科 學 教 育 月 刊 第 275 期 中 華 民 國 九 十 三 年 十 二 月
〈2 分 〉
〈1 分 〉
〈1 分 〉
1.2b) 燃 燒 能 的 相 對 偏 差 : 〈2 分 〉
〈1 分 〉
PUC 的 相 對 偏 差
相 對 偏 差 = -0.14% 〈1 分 〉
1.3 水 加 熱 所 須 能 量 : 〈4 分 〉
水 的 體 積 : 〈0.5 分 〉
〈0.5 分 〉
〈0.5 分 〉
〈1.5 分 〉
空 氣 加 熱 所 須 能 量 :
房 子 的 體 積 :
〈1 分 〉
〈0.5 分 〉
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2004 第 36 屆 國 際 化 學 奧 林 匹 亞 競 賽 試 題 參 考 題 解 與 評 分 標 準
〈0.5 分 〉
〈0.5 分 〉
〈2.5 分 〉
1.4 維 持 室 溫 所 須 能 量 : 〈2 分 〉
房 屋 表 面 積 :
〈1 分 〉
熱 導 電 度 :
隨 溫 度 升 降 的 熱 流 量 〈 牆 厚 d = 0.2 m〉
〈1 分 〉
Eloss = 1556 MJ
1.5 總 能 量 與 費 用 : 〈3 分 〉
總 能 量 :
〈0.5 分 〉
2884 MJ 相 當 於
氣 體 體 積 V = 89.18 m 3 〈1 分 〉
2884 MJ 相 當 於 費 用 :
設 備 租 金 :
熱 氣 總 費 用
2884 MJ 相 當 於 費 用 :
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科 學 教 育 月 刊 第 275 期 中 華 民 國 九 十 三 年 十 二 月
設 備 租 金 :
熱 氣 總 費 用
本 大 題 總 藍 分 :24 (100%), 平 均 得 分 :16.1 (67.1%), 成 績 分 佈 圖 :
60
50
40
30
學 生 數 →
20
10
0
[0,10] (10,20] (20,30] (30,40] (40,50] [50,60] (60,70] (70,80] (80,90] (90,100]
得 分 百 分 比 →
理 論 題 2: 催 化 劑 表 面 之 動 力 學
2.1 反 應 式 : 〈3 分 〉
2.2 有 關 探 頭 的 問 題 : 〈3 分 〉
正 確 錯 誤 無 法 判 定
若 λ 值 在 λ 變 化 範 圍 內 , 於 三 元 催 化 轉 化 器 中 (three-way catalytic
converter), 一 氧 化 碳 與 碳 氫 化 合 物 能 被 氧 化
□ □ □
λ> 1, 於 三 元 催 化 轉 化 器 中 , 一 氧 化 碳 與 碳 氫 化 合 物 能 被 氧 化 □ □ □
< 0.975, 氮 氧 化 物 (nitrogen oxides) 不 易 被 還 原 □ □ □
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2004 第 36 屆 國 際 化 學 奧 林 匹 亞 競 賽 試 題 參 考 題 解 與 評 分 標 準
2.3a) 表 面 佔 據 率 : 〈1 分 〉
2.3b) 15% 表 面 佔 據 率 之 壓 力 : 〈2 分 〉
〈1 分 〉
〈1 分 〉
2.3c) 分 解 反 應 級 數 (orders of decomposition): 〈3 分 〉
低 氣 體 壓 力 下 之 分 解 反 應 級 數 1 〈1.5 分 〉
高 氣 體 壓 力 下 之 分 解 反 應 級 數 0 〈1.5 分 〉
提 示 :
2.3d) 氣 體 體 積 Va,max 與 產 物 K•Va,max: 〈4 分 〉
斜 率 (slope):
截 距 (intercept):
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科 學 教 育 月 刊 第 275 期 中 華 民 國 九 十 三 年 十 二 月
2.4 反 應 速 率 方 程 式 : 〈7 分 〉
由 題 目 能 直 接 導 出
The law of mass action 對 反 應 機 制 的 第 一 步 驟
由 Langmuir 等 溫 線 得 :
本 大 題 總 藍 分 :23 (100%), 平 均 得 分 :14.0 (61.0%), 成 績 分 佈 圖 :
學 生 數 →
40
35
30
25
20
15
10
5
0
[0,10] (10,20] (20,30] (30,40] (40,50] [50,60] (60,70] (70,80] (80,90] (90,100]
得 分 百 分 比 →
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2004 第 36 屆 國 際 化 學 奧 林 匹 亞 競 賽 試 題 參 考 題 解 與 評 分 標 準
理 論 題 3: 單 價 鹼 土 金 屬 化 合 物
3.1 化 學 反 應 式 : 〈3 分 〉
3.2 〈2 分 〉
銀 色 金 屬 顆 粒 :Ca
無 色 晶 體 :CaCl2
提 示 :Ca 與 CaCl2 無 法 以 傳 統 的 固 相 方 式 反 應 出 CaCl。
3.3 實 驗 式 (Empirical formula): 〈4 分 〉
實 驗 式 CaCIH
提 示 :CaCl2 與 氫 無 法 反 應 出 CaCl, 代 之 反 應 出 CaClH。 此 化 合 物 結 構 已 由 不 適 於 分 析 如 氫 般
之 輕 元 素 位 置 的 X 光 結 構 分 析 確 定 。 因 此 , 許 久 以 來 存 在 之 氫 一 直 被 忽 略 而 將 CaClH 視 為 CaCl。
3.4a) 結 構 : 〈2 分 〉
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3.4b) 產 物 實 驗 式 : 〈2 分 〉
Ca3C3Cl2
提 示 : 若 給 予 n(Ca) : n(Cl) = 1.5 : 1〈 或 更 適 以 = 3 : 2 來 重 寫 CaCl2•2Ca 2+ = Ca3Cl24+
〉 與 還 原 產
4-
物 含 有 須 兩 Ca 2+ 中 和 電 荷 的 C3 陰 離 子 的 條 件 , 則 Ca3C3Cl2 隨 之 而 得 。
3.5a) CaCl 結 構 : 〈1 分 〉
NaCl CsCL ZnS BN 無 法 判 定
□ □ □ □ □
3.5b) 以 Born-Harber-cycle 計 算 出 △fH 0 (CaCL): 〈5 分 〉
總 計 Born-Harber-cycle 的 所 有 反 應 步 驟
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2004 第 36 屆 國 際 化 學 奧 林 匹 亞 競 賽 試 題 參 考 題 解 與 評 分 標 準
3.6 從 穩 定 至 自 身 氧 化 還 原 反 應 (disproportionation): 〈2 分 〉
自 身 氧 化 還 原 反 應 是 否 無 法 判 定 , 須 更 多 資 料
□ □ □ (1)
本 大 題 總 藍 分 :21 (100%), 平 均 得 分 :14.4 (68.6%), 成 績 分 佈 圖 :
學 生 數 →
60
50
40
30
20
10
0
[0,10] (10,20] (20,30] (30,40] (40,50] [50,60] (60,70] (70,80] (80,90] (90,100]
得 分 百 分 比 →
理 論 題 4: 原 子 量
4.1 X 的 原 子 量 、 元 素 符 號 、 結 構 〈7 分 〉
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X 的 原 子 量 M(X) = 28.14 g mol -1 X 元 素 符 號 :Si
(1)
兩 產 物 的 立 體 結 構 :
4.2 Y 的 原 子 量 與 礦 石 的 實 驗 式 (empirical formula of Argyrodite) 〈9 分 〉
Y 的 原 子 量 M(Y) = 72.57 g mol -1 (1)
Y 元 素 符 號 :Ge
礦 石 的 實 驗 式 :Ag8GeS6
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2004 第 36 屆 國 際 化 學 奧 林 匹 亞 競 賽 試 題 參 考 題 解 與 評 分 標 準
4.3 C-H 鍵 的 力 常 數 〈1 分 〉
Z-H 鍵 的 力 常 數 〈1 分 〉
Z 的 原 子 量 、 元 素 符 號 〈2 分 〉
Z 的 原 子 量 M(Z) = 72.68 g mol -1
Z 元 素 符 號 :Ge
本 大 題 總 藍 分 :20 (100%), 平 均 得 分 :10.4 (51.8%), 成 績 分 佈 圖 :
學 生 數 →
40
35
30
25
20
15
10
5
0
[0,10] (20,30] (40,50] (60,70] (80,90]
得 分 百 分 比 →
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科 學 教 育 月 刊 第 275 期 中 華 民 國 九 十 三 年 十 二 月
理 論 題 5: 生 化 中 的 熱 力 學
5.1 反 應 式 (1) 的 實 際 值 △G’ 〈2 分 〉
5.2 反 應 式 (2) 的 平 衡 常 數 K’,[ 葡 萄 糖 6- 磷 酸 ] (glucose 6-phosphate) 與 [ 葡 萄 糖 ] (glucose) 的 濃 度 比
值 〈3 分 〉
5.3 反 應 式 (3) 的 △G 0’ 與 K’,[ 葡 萄 糖 6- 磷 酸 ] 與 [ 葡 萄 糖 ] 的 濃 度 比 值 〈4 分 〉
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2004 第 36 屆 國 際 化 學 奧 林 匹 亞 競 賽 試 題 參 考 題 解 與 評 分 標 準
5.4a) 每 天 ATP 的 製 造 量 (Mass of ATP) 〈2 分 〉
提 供 合 成 ATP 的 能 量 :8000 kJ day -1 • 0.5 = 4000 kJ day -1 (0.5)
合 成 ATP 的 能 量 需 求 :52 kJ mol -1
ATP 產 量 (Amount of ATP):4000 kJ day -1 / 52 kJ mol -1 = 76.9 mol day -1 (0.5)
ATP 的 製 造 量 (Mass of ATP):76.9 mol day -1 • 503 g mol -1 = 38700 g day -1 = 38.7 kg day -1 (1)
mday-1 = 38.7 kg day -1
5.4b) 人 體 ATP 的 重 量 (Mass of ATP) 〈1 分 〉
平 均 水 解 速 率 :1 day = 1440 min 1 min = 1440 -1 day (0.5)
人 體 ATP 的 重 量 :38.7 kg day -1 / (1440 -1 day) • 1 min = 26.9 g (0.5)
mbody = 26.9 g
5.4c) 其 餘 自 由 能 的 去 處 為 何 擇 一 正 確 答 案 :〈2 分 〉
用 於 降 低 體 內 的 亂 度 (entropy)
以 水 的 O-H 鍵 與 二 氧 化 碳 的 C=O 鍵 形 式 釋 出 人 體
催 化 製 造 ATP 的 酵 素 再 生
維 持 體 熱
□
□
□
□
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科 學 教 育 月 刊 第 275 期 中 華 民 國 九 十 三 年 十 二 月
5.5a) pH = 7 下 , 直 徑 1 m 的 球 狀 粒 線 體 的 質 子 含 量 〈2 分 〉
n = 31
5.5b) 須 多 少 質 子 進 入 單 一 粒 線 體 〈2 分 〉
ATP 分 子 數 目 :
每 一 細 胞 的 H + 數 目 :
每 一 粒 線 體 的 H + 數 目 :
本 大 題 總 藍 分 :18 (100%), 平 均 得 分 : 11.8(65.7%), 成 績 分 佈 圖 :
學 生 數 →
60
50
40
30
20
10
0
[0,10] (10,20] (20,30] (30,40] (40,50] [50,60] (60,70] (70,80] (80,90] (90,100]
得 分 百 分 比 →
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