所屬科目：教甄◆化學專業/化工科
1. 某生用鉛蓄電池在碳棒上鍍銅，假設鉛蓄電池電解液為 2 公升密度 1.5 之 70%硫酸，電鍍完成後電解液的硫酸變成密度 1.4 之 60%硫 酸，假設電解液體積不變，則此過程中在碳棒上共鍍上幾克的銅？ (A)102 (B)112 (C)122 (D)136 (E)142
2. 定溫定壓下在一氣球中有一氣體反應為 A(g)→2B(g)，氣球體積與反應時間的關係如下表 請問 40 秒時氣球體積 X 為多少公升？ (A)10.51 (B)10.61 (C)10.71 (D)10.81 (E)10.91
3. 今有一草酸及鹽酸之混和溶液 100mL，分成二等分一杯 50 mL 分別以 0.5M 之 KMnO4滴定。當滴入 a 毫升 KMnO4後紫色不再褪褪 色，另一杯加入酚酞指示劑後以 1M 的 NaOH(aq)滴定，滴定 100mL 達當量點，求 a 值為何？ (A)50 (B)40 (C)30 (D)20 (E)10
4. 小明的老師在上理化課的時候配製了 HCl、HNO3、H2SO4三種酸，老師告訴小明其中兩種酸的濃度一樣另一種濃度跟前兩種不同，老 師給了小明這三種酸各 100mL 但裝著這三種酸的燒杯並沒有標示哪種酸只有貼著 A、B、C 三種標籤紙，老師又給了體積莫耳濃度0.1M 的 NaOH 溶液 500mL 給小明並要求他設計實驗去找出 A、B、C 對應的是哪種酸並且找出它們的濃度。 小明設計了實驗如下，先將 A、B、C 以 0.1M 的 NaOH 滴定到 pH 值=7(即達當量點)。其中 A 用掉了氫氧化鈉 200 mL、B 用掉了氫氧化鈉 100 mL、C 用掉了氫氧化鈉 10mL，並且將滴定完的三種溶液蒸發使其結晶留下鹽類去稱重得到 A 滴定完後的鹽類重 1.42 克、B 滴定完後的鹽類重 0.585 克、C 滴定完後的鹽類重 0.085 克。小明看著實驗數據但卻不知如何分析數據，請你幫小明解決這個難題。 請問 A、B、C 分別對應的個是哪種酸？ (A) HCl、HNO3、H2SO4 (B) HNO3、H2SO4、 HCl (C) HNO3、 HCl、H2SO4 (D) H2SO4、HCl、HNO3
5. 今有帕森系第一條譜線波長為λ1 來曼系第一條譜線為λ2 第二條譜線為λ3 巴耳末第二條譜線為λ4 此 4 個波長之間的數學關係為下列何者？ (A) λ1λ2λ4 +λ2λ3λ4 = λ1λ2λ3 +λ1λ3λ4 (B) λ1λ2λ4 +λ1λ3λ4=λ1λ2λ3+λ1λ3λ4 (C) λ1λ2λ4 +λ1λ3λ4=λ1λ2λ3+λ1λ2λ4 (D) λ1λ2λ4−λ1λ3λ4=λ1λ2λ3+λ1λ3λ4 (E) λ1λ2λ4−λ1λ3λ4=λ1λ2λ3−λ1λ3λ4
6. CH4 、 NH3 、 N2F2、 H2O2、 N2H4、 I3 -、 SO2 、 SO3、 PCl3、 S8、 P4 、CO32-、 BeCl2 、 BF3、 S4O62- 、 SF4 、 XeF4 以上為平面分子的有幾個？ (A)4 (B) 5 (C) 6 (D) 7 (E) 8
7. 芳香化合物中萘、蒽、菲之一氯取代物的異構物數依序是？ (A)2，2，3 (B) 2，3，3 (C) 2，3，4 (D) 2，3，5 (E) 2，3，2
8. 根據加熱過程所觀察到的現象與量測數據，下列敘述哪些正確？ (A) 加熱過程中所放出的氣體為 CO₂ (B) 所生成之沉澱主要成分為 CaCO₃ (C) 產生 2.24 L 氣體表示溶液中原有 0.10 mol 的 HCO₃⁻ (D) 若不過濾沉澱即進行後續交換，所得質量變化將不同 (E) 此加熱反應屬於氧化還原反應
9. 根據沉澱生成與離子交換的定量結果，下列推論哪些合理？ (A) 生成沉澱的莫耳數為 0.10 mol (B) 原溶液中 Ca²⁺ 的總莫耳數為 0.12 mol (C) 濾液中仍含有未反應的 Ca²⁺ (D) 陽離子交換後，溶液中正電荷總量增加 (E) 陽離子交換造成溶液質量增加，是因為 Ca 的原子量大於 Na 的原子量
10. 關於原溶液中各離子的組成與濃度，下列敘述哪些正確？ (A) 原溶液中 HCO₃⁻ 的莫耳數為 0.20 mol (B) 原溶液中 Cl⁻ 的濃度為 0.040 M (C) 原溶液中 Cl⁻ 與 Ca²⁺ 形成電中性鹽類 (D) 若原溶液 Ca²⁺及 HCO₃⁻濃度加倍 ， 則 Cl⁻的濃度不變 (E) 原溶液中 Cl⁻ 的存在不影響加熱時沉澱的生成量
11. 關於化學科學發展史上重要科學家的貢獻與理論演進，下列敘述哪些正確？ (A) 拉塞福(Ernest Rutherford)透過 α 粒子散射實驗，發現原子中心存在體積極小、質量極大且帶正電的區域─原子核，並據此推 翻了湯姆森的「葡萄乾布丁模型」 (B) 道耳頓(John Dalton)提出的原子說主張原子是構成物質的最小單位且不可分割，同種元素的原子其質量與化學性質均相同； 這套理論奠定了現代化學的基礎，其核心主張至今在科學界仍被視為完全精確且不需修正 (C) 莫塞萊(Henry Moseley)觀測不同金屬元素產生的 X 射線特徵光譜，發現其頻率與原子序呈現規律關係，從而確立了以原子序 作為週期表排列基準的現代週期律 (D) 門得列夫(Dmitri Mendeleev)在編製首張元素週期表時，嚴格遵守「原子量由小到大」的順序進行排列，並根據此數學規律 成功預測了當時尚未發現的元素(如類鋁、類矽)之性質。 (E) 湯姆森(J.J. Thomson)利用陰極射線實驗發現了電子，並測得電子的荷質比(e m )，證實了原子內部含有帶負電的微粒，打破 了原子不可分割的傳統觀念
12. 2024 年諾貝爾化學獎授予了大衛·貝克(David Baker)、德米斯·哈薩比斯(Demis Hassabis)與約翰·瓊珀(John M. Jumper)，表彰其在蛋白質科學領域的革命性貢獻。大衛·貝克成功利用運算方法實現了「蛋白質設計」，能從無到有構建自然界不存在的全新蛋白質結構；哈薩比斯與瓊珀則透過 Google DeepMind 開發的人工智慧模型 AlphaFold 2，解決了困擾生物化學界長達 50 年的「蛋白質摺疊 問題」。這項成就結合了深度學習與結構生物學，預測出幾乎所有已知蛋白質的三維結構，不僅極大地加速了藥物研發與催化劑設 計，更標誌著計算化學與 AI 正式進入生命科學的核心殿堂，開啟了「數位生物學」的新紀元。下列關於「計算科學」與「實驗科 學」之相關敘述，哪些正確？ (A) 哈薩比斯與瓊珀開發的 AlphaFold 2 利用了深度神經網絡(Transformer 架構)，能僅憑胺基酸序列精準預測蛋白質的三維空間 結構，其預測精度在蛋白質結構預測關鍵評估(Critical Assessment of protein Structure Prediction, CASP)競賽中已達到與實驗觀測 (如 X 射線晶體繞射)相近的水準 (B) 2024 年是諾貝爾獎歷史上首次將化學獎授予人工智慧相關研究，並創下了同一年度中 AI 相關貢獻同時獲得物理學獎、化學獎 以及生理醫學獎這三項科學獎項的歷史紀錄 (C) 蛋白質摺疊問題的核心在於「列文索弔詭」(Levinthal's paradox)，AlphaFold 2 的成功證明了蛋白質分子在摺疊過程中會透過遍 歷(Exhaustive search)所有可能的構型，從而找到能量最低的穩定態 (D) 大衛·貝克教授開發的 Rosetta 運算工具，其核心突破在於實現了蛋白質的「從頭設計」(De novo design)，讓科學家能根據特定 的功能需求，設計出自然界演化過程中從未出現過的全新蛋白質 (E) 由於 AlphaFold 2 能精準預測結構，科學界公認此成就已徹底推翻了克里斯蒂安·安芬森(Christian Anfinsen)在 1970 年代提出的「蛋白質序列決定其三維結構」之熱力學假設
13. 新竹的「母親河」頭前溪，不僅是竹科半導體產業的重要水源，也承載了沿岸農業與民生需求。然而，近年來下游段常受氨氮 (NH3(aq) or NH4 + (aq))與化學需氧量 COD 偏高的困擾。假設環保局在某受污染河段採樣，偵測到主要污染物為亞硝酸鈉與有機廢 料。為淨化水質，技術人員可利用酸性過錳酸鉀滴定法來檢測水樣中的還原性物質含量。此外，為解決氨氮污染，部分河段採用 「折點加氯法」(利用氯氣將氨氮氧化為氮氣)，其反應簡化式如下：2NH3+3Cl2→ N2+ 6HCl 。根據上述背景與化學原理，下 列敘述哪些正確？ (A) 若水樣中含有亞硝酸根離子，在酸性條件下以過錳酸鉀溶液滴定，亞硝酸根會被還原成一氧化氮氣體，且過錳酸鉀會由紫色變 為無色 (B) 在檢測 COD 的過程中，水樣中的有機物與過量的過錳酸鉀溶液反應，此時所測得的 COD 值通常以「每公升水樣消耗多少毫克 的氧氣( )」來表示 (C) 若以折點加氯法評估，欲將頭前溪某支流中 360 ppm 的 NH4 + (aq)完全轉化為氮氣，理論上每公升河水至少需通入 1.065 克的氯氣 (D) 若偵測到河水中受六價鉻化合物之重金屬離子污染，為了環保減毒，應加入適量的次氯酸鈉漂白水將其還原 (E) 亞硝酸鈉常用作肉類防腐劑，但若隨意排放至頭前溪，除了造成優養化外，其在酸性環境中與二級胺反應生成高致癌性的「亞 硝酸銨」
14. 關於原子性質的週期性趨勢及其背後的量子化學原理，下列敘述哪些正確？ (A) 在相同主量子數(n)的軌域中，電子出現在核附近的機率密度大小順序為 ns＞np＞nd＞nf，這解釋了為何在多電子原子中，3s 軌域的能量低於 3p 軌域 (B) 於主族元素中，第 2 族→第 13 族、第 15 族→第 16 族相較，第一游離能會下降，至於過渡金屬元素中鈧與鈦相較，第一游離 能亦為下降 (C) 第二週期中鈹、氮與氖的電子親和力(Electron Affinity, EA)值皆接近零或為正值(吸熱)，這是因為新加入的電子必須進入能 量較高的空軌域或造成成對電子排斥所致 (D) 原子半徑的縮小不僅發生在主族元素自左向右移動時；在過渡金屬系列中，由於 d 軌域電子對核電荷的屏蔽效應(Shielding effect)極佳，導致從左至右原子半徑呈現大幅度的線性下降 (E) 電負度(Electronegativity)的鮑林標度(Pauling scale)是基於元素間「共價鍵鍵能」的差異來定義的。若兩元素間的電負度差 值??愈大，則該化學鍵的離子特性愈低
15. 關於拉午耳定律(Raoult's Law)與溶液的蒸氣壓行為，下列敘述哪些正確？ (A) 若 A、B 兩液體混合時為吸熱反應，則該溶液會對拉午耳定律產生負偏差，導致實驗測得的總蒸氣壓低於理論計算值 (B) 拉午耳定律是針對在濃度極稀薄溶液中對「溶劑」的蒸氣壓行為描述，亨利定律(Henry's Law)可用於溶質蒸氣壓的描述 (C) 對於產生正偏差(Positive deviation)的非理想溶液，當溶液達到最高蒸氣壓點時，其對應的沸點亦為最高，此稱為「最高沸點 共沸物」(Maximum-boiling azeotrope) (D) 若溶質與溶劑分子間的作用力弱於溶質與溶質及溶劑與溶劑之間的作用力，則混合後的體積會大於溶質體積與溶劑體積總和， 且該體系屬正偏差 (E) 理想溶液(Ideal solution)必須符合混合熵0 mix S 且混合自由能0 Gmix 的熱力學自發條件，且其分子間引力的大小關係 必須滿足「混合後不吸熱且不放熱的關係」
16. 鋰離子電池是現代行動裝置與電動車的核心動力來源。關於典型鋰離子電池(以石墨為負極、 LiCoO2 為正極、有機溶劑為電解液)的工作原理與特性，下列敘述哪些正確？ (A) 電池充電時，鋰離子( Li+ )從正極材料中脫出，經由電解液穿過隔離膜，嵌入到負極的石墨層間；此時負極發生氧化反應， 電子經由外電路流向負極 (B) 在放電過程中，負極的石墨間隙鋰原子( LiC6 )釋放出電子，半反應式可表示為： LiC6→6C+Li+ e -；而正極處則發生 還原反應，鋰離子嵌入鈷酸鋰晶格中 (C) 鋰離子電池之所以使用有機溶劑(如碳酸乙烯酯，EC)而非水溶液作為電解液，主要原因是鋰金屬與水會劇烈反應產生氫氣，且水的電解電壓(約 1.23 V)遠高於鋰電池的工作電壓 (D) 鋰離子電池在首次充電時，電解液會在石墨負極表面分解形成一層「固體電解質界面膜(Solid Electrolyte Interphase, 簡稱 SEI 膜)」。這層膜會阻礙鋰離子的傳導，因此在理想的電池設計中應完全避免 SEI 膜的生成以降低內阻 (E) 鋰離子電池的能量密度高於傳統的鉛蓄電池或鎳氫電池，主因在於鋰具有極小的原子量以及極低的標準還原電位 ( E° ≈-3.05 V )，使得單一電池單元(Cell)能提供較高的電壓
17. 考慮一個已達平衡的反應： A(g)+2B(g)→2C(g)△ H<0 ，在不改變反應物與產物相態的前提下，關於改變實驗條件對平衡 移動及平衡常數的影響，哪些敘述正確？ (A) 若在「固定體積」下升高系統溫度，平衡向左移動，且該反應的平衡常數值會隨之減小 (B) 若在「固定溫度與壓力」下，向系統中通入氬氣，平衡不會發生移動 (C) 若在「固定溫度」下壓縮容器體積使總壓加倍，平衡將向左移動使反應商小於平衡常數 (D) 加入催化劑可縮短達成平衡所需的時間，平衡不移動 (E) 若在「固定溫度與體積」下，向平衡體系中加入適量的固體催化劑並同時通入等莫耳的 A(g) 與 C( g) ，平衡不會發生改變
18. 近期，國際局勢動盪，美國與伊朗之戰爭使原油價格飆升，引發全球石油危機。石油不僅是燃料，或醫療藥品上的原料，更是化學 工業中生產乙烯、丙烯及苯等單體的主要來源。關於石油化學工業產生的聚合物及其性質，下列哪些敘述是正確的？ (A) 聚乙烯與聚氯乙烯皆屬於「熱固性聚合物」，受熱時會發生強烈的交聯反應，這類材料因無法回收再利用 (B) 達克綸(Dacron)是由乙二醇與對苯二甲酸經由「縮合聚合反應」製得，其鏈狀結構間含有酯基，可作為天然纖維的替代品 (C) 聚苯乙烯的單體是苯乙烯，主要提煉自石油中的芳香烴，因此在石油危機期間，PS 的生產成本受原油價格波動的影響極大 (D) 合成橡膠(如丁苯橡膠 SBR)與天然橡膠(聚異戊二烯)皆含有雙鍵結構。在戰爭導致天然橡膠供應中斷時，利用石油副產品 丁二烯與苯乙烯合成的 SBR 成為關鍵的戰略物資，其結構屬於一種「共聚物」 (E) 聚四氟乙烯(PTFE，俗稱特氟綸)具有極佳的抗腐蝕性與低摩擦係數，其單體為 F2C=CF2 ；在化學分類上，PTFE 屬於「縮合聚合物」，且因為氟原子的電負度極大，使其在極端環境下仍具有極高的熱穩定性
19. 關於化學反應中的活化能及其相關影響因素的敘述，哪些正確？ (A) 對於同一個反應而言，當溫度上升 10°C 時，低溫時反應速率對溫度的改變量會大於高溫時的改變量 (B) 催化劑能提供一條具有較低活化能的新反應路徑，其降低正、逆反應活化能的量值相同，必須符合熱力學第一定律 (C) 若一個反應△ H>0 ，則正反應的活化能必然小於其反應熱的數值 (D) 若某一基元反應的速率常數 ln k 對絕對溫標的倒數( T -1 )作圖呈現一條斜率為正值的斜直線，由此可解釋反應速率隨溫度升高 而加快的現象 (E) 活化能的大小與反應路徑相關，對於多步驟反應而言，整體反應的活化能必然等於該反應中「速率決定步驟」的某一個特定基 元反應之活化能
20. 關於過渡金屬錯合物的電子組態、幾何結構與磁性特質，下列敘述哪些正確？ (A) 根據結晶場理論，在八面體場中，金屬的 d 軌域會分裂為t2g與eg兩組能階，若中心金屬為d4至d7 的離子，其「High-spin」 或「Low-spin」組態取決於結晶場分裂能△O )與電子成對能(P)的相對大小 (B) 根據 Jahn-Teller Effect，在非線性、具有簡併(degeneracy)基態的分子體系中，結構會發生自發性扭曲現象以降低對稱性並解除 簡併；例如高自旋的 d4 (如 Cr2+ )或 d9 (如 Cu2+ )八面體錯合物，常因軌域電子分布不對稱而呈現軸向拉長的四方扭曲 (C) 根據分光化學序列(Spectrochemical Series)，強場配位基(如 CN-)能誘發較大的能階分裂△ O ，使其傾向形成 Low-spin 錯合 物；相較之下， F - 與 H2O 通常被視為弱場配位基，傾向形成 High-spin 錯合物 (D) 對於四配位的錯合物，若中心金屬離子為d8 組態(如 Ni2+ 、Pt2+ )，且配位基為強場類型時，由於其配位幾何形狀必為正四 面體，故其電子組態必然呈現順磁性 (E) [Co(NH3 )4 Cl 2]+離子具有兩種幾何異構物，且由於該錯合物在八面體結構中缺乏對稱中心與鏡面，因此這兩種幾何異構物皆 具光學異構物
(3) 承上題，應選用哪一種指示劑？ (A) 甲基橙(3.1~4.4) (B) 石蕊(5.4~8.0) (C) 溴百里酚藍(6.0~7.6) (D) 酚酞(8.3~10.0) (E) 茜素黃 R(10.1~12.0)
21. 今一氣體遵守凡得瓦方程式，在其壓力為 20atm 溫度為 300K 時體積為 1 公升，在其壓力為 45atm 溫度為 600K 時體積亦為 1 公升， 求其溫度為 600K 體積為 2 公升時壓力為多少？
(1)求平衡時 I₂(g)的壓力(計算 4 捨 5 入至小數點後兩位數位)
(2)求平衡時 H₂(g)的壓力(計算 4 捨 5 入至小數點後兩位數位)
(3)求平衡時 HI(g)的壓力(計算 4 捨 5 入至小數點後兩位數位)
(4)求平衡時 I(g)的壓力(計算 4 捨 5 入至小數點後兩位數位)
(5) Kp₂的數值(計算 4 捨 5 入至整數位)
(6) Kp₄的數值
(1) 根據環保署公告氫氧化鈉標準溶液標定法採用 KHP 作為一級標準品。請畫出 KHP 之結構並寫出中文系統命名。
(2) 根據實驗記錄經三次實驗求取平均值後，得知當滴定進行至第一個當量點時，共使用了 10.00 mL 之 NaOH( ) aq 。於第一個當量 點時，該水溶液的 pH 為多少？
(4) 若繼續滴定至第二個當量點。當到達第二個當量點時，該水溶液的 pH 為多少？
(1) 適當指示劑的成份為何？
(2) 達滴定終點時溶液的顏色變化。
(3) 醋酸銀飽和溶液中的醋酸根離子濃度為何？
(4) 請計算醋酸根溶度積( Ksp )常數。
25. 請寫出葡萄糖與多侖試劑的化學反應式。(2 分)
26. 果糖是酮糖沒有醛基，請問要如何解釋果糖也會跟多侖試劑有銀鏡反應。(4 分)
27. 蔗糖、麥芽糖、乳糖都沒有醛基。請問為何麥芽糖、乳糖會與多侖試劑反應，但是蔗糖不會。(4 分 )
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)」來表示 (C) 若以折點加氯法評估，欲將頭前溪某支流中 360 ppm 的 NH4 + (aq)完全轉化為氮氣，理論上每公升河水至少需通入 1.065 克的氯氣 (D) 若偵測到河水中受六價鉻化合物之重金屬離子污染，為了環保減毒，應加入適量的次氯酸鈉漂白水將其還原 (E) 亞硝酸鈉常用作肉類防腐劑，但若隨意排放至頭前溪，除了造成優養化外，其在酸性環境中與二級胺反應生成高致癌性的「亞 硝酸銨」