110 經濟部聯招(台電、中油、台水、台糖)新進職員 化學 MOD- 國營事業聯招 (普通化學、無機化學) 考古題詳解

核心觀念

本題考查血液中酒精與肺泡氣體中酒精達到平衡時，氣液兩相之間的分配關係，所依據的是亨利定律（Henry's law）。

亨利定律指出，在一定溫度下，氣體溶解於液體中的濃度，與該氣體在氣相中的分壓成正比：

其中：

• $C$：溶解在液體中的氣體濃度
• $P$：氣體在氣相中的分壓
• $k_{\mathrm H}$：亨利定律常數，與溫度及氣液系統性質有關

酒精進入人體後，會由血液運送至肺部，並在肺泡的血液與肺泡氣體之間建立分配平衡。呼氣中的酒精濃度，即可反映血液中的酒精濃度，因此可利用 BrAC 推估 BAC。

解題方法

判斷關鍵在於題幹描述的是：

由呼氣酒精濃度（BrAC）推知血液酒精濃度（BAC）

這涉及酒精在血液液相與肺泡氣體相之間的分配。氣相中的酒精分壓與液相中溶解酒精濃度具有固定比例關係，符合亨利定律。

因此，測量呼氣中酒精含量，便能在已知標準分配關係下推估血液中的酒精含量。

選項分析

(A) 波以耳定律（Boyle's law）

波以耳定律描述定溫下，定量氣體的壓力與體積成反比：

它用於討論氣體壓力、體積的變化，與酒精在血液和肺泡氣體間的溶解平衡無關，因此錯誤。

核心觀念

天然氣（natural gas）是地下蘊藏的可燃性氣體混合物，主要成分為甲烷（$CH_4$），並含有少量乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳及氮氣等成分。

本題考查三個基本性質：

1. 天然氣的主要成分。
2. 天然氣的可燃性。
3. 天然氣液化運輸及其與空氣的密度比較。

解題方法

逐項以天然氣的基本性質判斷：

• 天然氣的主成分應為甲烷，而非丙烷。
• 天然氣含有可燃性的碳氫化合物，因此屬於易燃性氣體。
• 天然氣長途船運時，通常將其冷卻液化成液化天然氣（LNG），以大幅縮小體積。
• 甲烷的分子量小於空氣平均分子量，因此天然氣通常比空氣輕。

選項分析

(A) 主成分為丙烷

錯誤。

天然氣的主成分是甲烷（$CH_4$），不是丙烷（$C_3H_8$）。丙烷是液化石油氣（LPG）的主要成分之一，常與丁烷混合使用，容易與天然氣混淆。

(B) 為易燃性氣體

正確。

天然氣主要含有甲烷，甲烷可與空氣中的氧氣燃燒：

核心觀念

一級反應的反應速率與反應物濃度的一次方成正比：

其中 $[A]$ 為反應物濃度，$k$ 為一級反應速率常數。積分後得到：

當反應物濃度降為初始濃度的一半時，即 $[A]_t=\frac{1}{2}[A]_0$，可得半衰期：

因此，一級反應的半衰期只與速率常數 $k$ 有關，與反應物初始濃度無關。

解題方法

本題直接利用一級反應半衰期公式判斷：

由於 $\ln 2$ 為固定值，所以：

• $t_{1/2}$ 愈大，代表 $k$ 愈小；
• $t_{1/2}$ 愈小，代表 $k$ 愈大。

在相同反應物濃度下，反應速率為：

因此 $k$ 愈大，反應愈快；半衰期愈大反而表示反應較慢。

選項分析

(A) 半衰期 $t_{1/2} = \frac{\ln 2}{k}$

正確。

一級反應的積分速率定律為：

令 $[A]_t=\frac{[A]_0}{2}$：

核心觀念

本題考查面心立方晶格（FCC）的：

1. 單位晶格內原子數
2. 晶格邊長與單位晶格體積的換算
3. 密度、莫耳質量與晶格結構的關係

密度公式為：

單位晶格質量為：

因此：

其中：

• $\rho$：金屬密度
• $Z$：每個單位晶格所含原子數
• $M$：金屬莫耳質量
• $N_A$：亞佛加厥常數，$6.02\times10^{23}\ \text{mol}^{-1}$
• $a$：晶格邊長

面心立方晶格的原子數為：

解題方法

1. 晶格邊長換算

題目給定：

因為：

所以：

2. 計算單位晶格體積

3. 計算單位晶格質量

4. 求金屬莫耳質量

面心立方晶格每個單位晶格含有 $4$ 個原子，因此：

整理得：

核心觀念

天然橡膠的主要成分是聚異戊二烯（polyisoprene），由單體異戊二烯（isoprene）經加成聚合形成。

異戊二烯的結構為：

其系統命名為 2-甲基-1,3-丁二烯。天然橡膠主要具有順式 $cis$-1,4-聚異戊二烯結構，使分子鏈具有良好的彈性。

解題方法

判斷天然橡膠的單體，直接由「橡膠種類—單體」的對應關係切入：

異戊二烯含有兩個碳碳雙鍵，聚合時雙鍵發生加成反應，形成長鏈聚合物。因此天然橡膠的單體為異戊二烯。

選項分析

(A) 乙烯

乙烯的結構為 $\mathrm{CH_2=CH_2}$，經加成聚合形成聚乙烯：

聚乙烯屬於塑膠，不是天然橡膠，故錯誤。

(B) 氯乙烯

核心觀念

本題考查「溶解度」的定義與飽和溶液冷卻析晶的計算。

硝酸鈉在 $60^\circ\text{C}$ 的溶解度為 $125\text{ g}$，意義是：

$100\text{ g}$ 水最多可溶解 $125\text{ g}$ 硝酸鈉。

因此，$60^\circ\text{C}$ 飽和溶液中，硝酸鈉與水的質量比為：

冷卻至 $20^\circ\text{C}$ 後，水的質量不變，但硝酸鈉的溶解度降低，多餘的硝酸鈉便會析出晶體。

解題方法

1. 求 $60^\circ\text{C}$ 飽和溶液中的水量

在 $60^\circ\text{C}$ 下：

題目給有飽和溶液 $450\text{ g}$，因此其中水的質量為：

硝酸鈉原本的質量為：

2. 求冷卻至 $20^\circ\text{C}$ 後仍可溶解的硝酸鈉量

$20^\circ\text{C}$ 時，溶解度為 $88\text{ g}/100\text{ g 水}$。

對 $200\text{ g}$ 水而言，可溶解的硝酸鈉為：

3. 求析出晶體質量

核心觀念

本題考查氧化還原反應的判斷，包括：

• 氧化：氧化數上升，失去電子。
• 還原：氧化數下降，得到電子。
• 還原劑：使其他物質還原，自己被氧化。
• 氧化劑：使其他物質氧化，自己被還原。

鉛蓄電池放電反應為：

先判斷各含鉛物質中鉛的氧化數：

• $\text{Pb}$：鉛為 $0$ 價。
• $\text{PbO}_2$：氧為 $-2$ 價，因此鉛為 $+4$ 價。
• $\text{PbSO}_4$：硫酸根為 $-2$ 價，因此鉛為 $+2$ 價。

解題方法

將放電反應拆成兩個半反應：

負極：

鉛的氧化數由 $0$ 上升至 $+2$，因此鉛被氧化，$\text{Pb}$ 是還原劑。

正極：

鉛的氧化數由 $+4$ 降至 $+2$，因此 $\text{PbO}_2$ 被還原，是氧化劑。

充電時反應反向進行：

此時：

• 一部分 $\text{PbSO}_4$ 中的鉛由 $+2$ 還原為 $0$，生成 $\text{Pb}$。
• 另一部分 $\text{PbSO}_4$ 中的鉛由 $+2$ 氧化為 $+4$，生成 $\text{PbO}_2$。

因此，充電時 $\text{PbSO}_4$ 同時發生氧化與還原反應。

選項分析

(A) 放電過程中 $\text{Pb}$ 是氧化劑

錯誤。

放電時：

核心觀念

本題考查路易士結構與形式電荷的計算。

形式電荷公式為：

氯原子 $\text{Cl}$ 與氟原子 $\text{F}$ 均屬於第 17 族，各有 $7$ 個價電子。

解題方法

首先計算 $\text{ClF}$ 的總價電子數：

$\text{ClF}$ 為二原子分子，兩原子以單鍵相連。單鍵使用 $2$ 個電子，剩餘：

剩餘的 $12$ 個電子分別配置在 $\text{Cl}$ 與 $\text{F}$ 上，因此每個原子各有 $3$ 對孤電子對。

路易士結構可表示為：

其中 $\text{Cl}$ 與 $\text{F}$ 各有 $3$ 對孤電子對，並共享一對鍵結電子。

對 $\text{Cl}$ 計算形式電荷：

對 $\text{F}$ 計算形式電荷：

核心觀念

本題考查配位化合物的：

• 中心金屬氧化數與電子組態
• 配體場強弱對電子成對的影響
• 價鍵理論（Valence Bond Theory, VBT）中的混成軌域與分子幾何

錯合物為 $[\text{Ni}(\text{CN})_4]^{2-}$。

解題方法

先判定鎳的氧化數：

因此中心金屬為 $\text{Ni}^{2+}$。

鎳原子的基態電子組態為：

失去兩個 $4s$ 電子後：

$\text{CN}^-$ 是強場配體，會促使 $\text{Ni}^{2+}$ 的 $3d$ 電子重新排列並成對，空出一個 $3d$ 軌域：

接著由一個 $3d$、一個 $4s$ 與兩個 $4p$ 軌域混成：

$dsp^2$ 混成形成四個共平面的鍵結方向，因此錯合物呈正方平面形。

所以中心金屬的混成軌域為：

選項分析

(A) $\text{sp}^3$：錯誤

$sp^3$ 混成使用一個 $s$ 軌域與三個 $p$ 軌域，形成四面體形，常見於某些四配位錯合物。

核心觀念

本題考查理想氣體莫耳數與氣體反應後壓力的計算。

定溫下，理想氣體遵守：

因此在溫度相同時，氣體莫耳數與 $PV$ 成正比。氨氣與氯化氫會發生反應：

反應莫耳比為 $1:1$，生成的氯化銨為固體，不計入最終氣體壓力。

解題方法

先分別計算兩種氣體的莫耳數：

由於反應比例為 $1:1$，氯化氫的莫耳數較少，因此氯化氫為限量試劑，全部反應。

消耗氨氣：

反應後剩餘氨氣：

最終容器體積為 $4\ \mathrm{L}$，故最終壓力為：

核心觀念

第三列元素是第三週期元素：

價電子數依序為：

• 第 1 族：1 個
• 第 2 族：2 個
• 第 13 族：3 個
• 第 14 族：4 個
• 第 15 族：5 個
• 第 16 族：6 個
• 第 17 族：7 個
• 第 18 族：8 個

因此：

• $A$ 具有 2 個價電子，為 $\mathrm{Mg}$。
• $B$ 具有 7 個價電子，為 $\mathrm{Cl}$。

鎂容易失去 2 個電子形成 $\mathrm{Mg^{2+}}$，氯容易得到 1 個電子形成 $\mathrm{Cl^-}$。依電荷中和原則：

所以兩者形成的化合物為離子化合物 $\mathrm{MgCl_2}$。

解題方法

先由第三週期元素的族別判斷元素，再依金屬與非金屬的反應特性判斷化合物類型：

1. $A=\mathrm{Mg}$，屬金屬。
2. $B=\mathrm{Cl}$，屬非金屬。
3. 金屬鎂與非金屬氯形成離子化合物。
4. 由 $\mathrm{Mg^{2+}}$ 與 $\mathrm{Cl^-}$ 的電荷比例，化學式為 $\mathrm{MgCl_2}$。
5. 離子化合物通常具有高熔點，固態不導電，熔融態及水溶液可導電，且硬而脆、不具延展性。

選項分析

(A) 分子式為 $\mathrm{A_2B}$

錯誤。

$A=\mathrm{Mg}$，可形成 $\mathrm{Mg^{2+}}$；$B=\mathrm{Cl}$，可形成 $\mathrm{Cl^-}$。電荷中和需 1 個 $\mathrm{Mg^{2+}}$ 配 2 個 $\mathrm{Cl^-}$：

核心觀念

溫室氣體是指能吸收地球表面放出的紅外線輻射，並將能量重新放射回大氣中的氣體，使大氣具有保溫作用。常見溫室氣體包括：

• 二氧化碳 $\text{CO}_2$
• 甲烷 $\text{CH}_4$
• 水蒸氣 $\text{H}_2\text{O}$
• 臭氧 $\text{O}_3$
• 一氧化二氮 $\text{N}_2\text{O}$
• 部分鹵化物氣體

本題要求找出「不屬於」溫室氣體的選項。

解題方法

判斷各氣體是否屬於大氣中公認的溫室氣體即可。重點是區分：

1. 能吸收紅外線、造成溫室效應的氣體。
2. 雖然是大氣污染物，但主要造成酸雨、懸浮微粒或輻射冷卻效應的物質。

$\text{CH}_4$、$\text{CO}_2$、$\text{O}_3$均屬於公認的溫室氣體；$\text{SO}_2$則通常歸類為硫氧化物污染物，不列為溫室氣體。

選項分析

(A) $\text{CH}_4$：錯誤選項

$\text{CH}_4$為甲烷，能吸收紅外線，是重要的溫室氣體。雖然大氣中濃度低於 $\text{CO}_2$，但單位質量的增溫效應較強，因此屬於高效溫室氣體。

(B) $\text{CO}_2$：錯誤選項

核心觀念

測定聚合物分子量時，常利用溶液的依數性質（colligative properties）。依數性質只與溶液中溶質粒子數目有關，而與溶質種類無關，包括：

• 滲透壓
• 沸點上升
• 凝固點下降
• 蒸氣壓下降

聚合物分子量通常很大，因此在相同質量濃度下，溶液中的聚合物分子數目很少。適合選擇對粒子數目變化敏感，且容易精確測量的物理量。

解題方法

聚合物溶液的滲透壓可用 van’t Hoff 方程式表示：

其中：

• $\pi$：滲透壓
• $c$：聚合物的質量濃度
• $M_n$：數均分子量（number-average molecular weight）
• $R$：氣體常數
• $T$：絕對溫度

因此：

在已知溫度、濃度及測得滲透壓後，即可求得聚合物的數均分子量。

聚合物分子量大，沸點上升及蒸氣壓下降的變化量通常極小，不易精確測量；滲透壓則能在稀溶液中得到較明顯且可定量的測定結果，因此最適合用來測定聚合物的分子量。

選項分析

(A) 測定溶液之滲透壓：正確

滲透壓與溶液中溶質粒子數目直接相關。對稀聚合物溶液而言，可利用：

核心觀念

本題考查逆滲透與滲透壓的關係。

溶液與純水之間以半透膜隔開時，水會自純水側流向溶液側，此現象稱為滲透。若在溶液側施加足以抵銷水分子淨流動的外加機械壓力，即可阻止滲透；若壓力超過此值，水便能由溶液側逆向通過半透膜，此即逆滲透。

稀溶液的滲透壓可用范特霍夫公式表示：

其中：

• $\pi$：滲透壓
• $i$：范特霍夫因子
• $M$：溶液莫耳濃度
• $R=0.082\ \text{L·atm·mol}^{-1}\text{·K}^{-1}$
• $T$：絕對溫度，單位為 K

解題方法

氯化鈉在水中可視為完全解離：

因此一莫耳 $\text{NaCl}$ 形成兩莫耳溶液粒子，故：

題目給定：

攝氏溫度須換算為絕對溫度：

代入滲透壓公式：

逆滲透所需施加的機械壓力至少須等於溶液的滲透壓，因此：

以選項的有效數字判斷，至少約為：

核心觀念

本題考查核反應方程式中的：

• $\alpha$ 衰變：質量數減少 $4$，原子序減少 $2$。
• $\beta^-$ 衰變：質量數不變，原子序增加 $1$。

設共放出 $x$ 個 $\alpha$ 粒子、$y$ 個 $\beta^-$ 粒子。

解題方法

1. 由質量數求 $\alpha$ 粒子數

$\alpha$ 衰變才會改變質量數，因此：

所以放出 $8$ 個 $\alpha$ 粒子。

2. 由原子序求 $\beta^-$ 粒子數

經過 $8$ 次 $\alpha$ 衰變後，原子序變為：

最終產物鉍的原子序為 $83$。每放出 $1$ 個 $\beta^-$ 粒子，原子序增加 $1$，因此：

所以放出 $5$ 個 $\beta^-$ 粒子。

核心觀念

本題考查：

1. 氣體反應在定溫、定容下，壓力與莫耳數成正比。
2. 反應式 $\mathrm{CH_3CHO \rightarrow CH_4+CO}$ 表示 $1$ 莫耳反應物生成 $2$ 莫耳氣體，因此總莫耳數會增加。
3. 利用反應物分壓代入各級反應的積分速率式，判斷反應級數。

解題方法

設初始乙醛的總壓為

$P_0=100$

反應進行程度為 $\xi$，則：

• 乙醛莫耳數：$n_0-\xi$
• 生成物總莫耳數：$2\xi$
• 容器內總莫耳數：$n_0+\xi$

定溫定容下，壓力與莫耳數成正比，因此：

$P_t=P_0\left(1+\frac{\xi}{n_0}\right)$

乙醛分壓為：

由總壓式可得：

$\frac{\xi}{n_0}=\frac{P_t-P_0}{P_0}$

所以：

代入 $P_0=100$：

前面三個可用數據顯示：

$100 \rightarrow 50 \quad \text{耗時 }10$

$50 \rightarrow 25 \quad \text{耗時 }20$

當反應物濃度減半時，半衰期由 $10$ 增加為 $20$，即濃度減半後，半衰期加倍。這是二級反應的特徵。

二級反應積分速率式為：

由壓力與濃度成正比，可改寫為：

檢驗數據：

$\frac{1}{100}=0.010$

$\frac{1}{50}=0.020$

$\frac{1}{25}=0.040$

核心觀念

本題考查催化劑對化學反應的影響，重點包括：

1. 催化劑提供不同的反應途徑，因而改變反應機構。
2. 新反應途徑通常具有較低的活化能，使反應速率增加。
3. 催化劑同時加速正反應與逆反應，因此不改變平衡常數、平衡組成及平衡位置。
4. 催化劑只改變達到平衡的速度，不改變反應的熱力學平衡狀態。

反應速率與活化能的關係可由 Arrhenius 方程式表示：

其中 $E_a$ 為活化能。活化能降低時，速率常數 $k$ 增大，反應速率通常也會加快。

解題方法

判斷催化劑作用時，應將其分成兩類：

一、動力學影響

催化劑改變反應途徑，提供活化能較低的反應機構，因此會影響：

• 活化能
• 反應機構
• 反應速率

二、熱力學影響

催化劑不改變反應物與生成物的能量差，因此不改變：

• 反應熱 $\Delta H$
• 標準自由能變化 $\Delta G^\circ$
• 平衡常數 $K$
• 平衡組成
• 平衡位置

以可逆反應表示：

加入催化劑後，正反應與逆反應都採用較低活化能的途徑：

因此正、逆反應都加快，但兩者的速率比例不變，平衡常數仍為：

在相同溫度下，催化劑不改變 $K$，所以平衡狀態不變。

選項分析

(A) 催化劑可改變活化能

正確。

核心觀念

本題考查氫型陽離子交換樹脂的離子交換反應，以及當量濃度 $N$ 的應用。

氫型陽離子交換樹脂可表示為 $\text{R--H}$。水中的 $\text{Ca}^{2+}$ 通過樹脂時，會交換出兩個 $\text{H}^+$：

因此，$1$ mol $\text{Ca}^{2+}$ 會產生 $2$ mol $\text{H}^+$，也就是 $2$ 當量的酸。流出液中的 $\text{H}^+$ 以 $\text{NaOH}$ 滴定，所消耗的 $\text{NaOH}$ 當量數，即等於原硬水中 $\text{Ca}^{2+}$ 所對應的酸當量數。

水溶液中稀溶液的 ppm 可視為：

解題方法

取硬水體積為 $100\text{ mL}=0.100\text{ L}$。

$\text{NaOH}$ 的當量數為：

由離子交換反應：

所以原硬水中 $\text{Ca}^{2+}$ 的莫耳數為：

$\text{Ca}^{2+}$ 的質量：

核心觀念

電解水在惰性電極下的半反應為：

陰極（還原）：

陽極（氧化）：

總反應為：

因此，若某水溶液電解時，溶質離子均不在電極上放電，則陰極、陽極分別產生 $H_2$ 與 $O_2$，其電解產物就等於電解水。

判斷原則：

• 陰極：若金屬離子容易被還原，會析出金屬；否則由水產生 $H_2$。
• 陽極：若陰離子容易被氧化，會產生相應氧化產物；否則由水產生 $O_2$。
• 鹼金屬離子、鋁離子通常不在水溶液中析出金屬。
• 硫酸根、硝酸根通常不在陽極放電；氯離子則可被氧化。

解題方法

逐一判斷各溶液中的陽、陰離子是否會放電：

1. 陰極若為水放電，產生 $H_2$。
2. 陽極若為水放電，產生 $O_2$。
3. 只有同時符合「陰極產氫、陽極產氧」，電解產物才等於電解水。

選項分析

(A) 飽和食鹽水

食鹽水主要含有 $Na^+$ 與 $Cl^-$。

陰極：

$Na^+$ 不易在水溶液中析出金屬，因此由水產生 $H_2$。

陽極則優先氧化氯離子：

產物為 $H_2$ 與 $Cl_2$，不是 $H_2$ 與 $O_2$，故錯誤。

(B) $\text{Hg}(\text{NO}_3)_2$

溶液中含有 $\text{Hg}^{2+}$ 與 $\text{NO}_3^-$。

陰極：

汞離子容易被還原，因此陰極析出金屬汞，而不是由水產生氫氣。

陽極硝酸根通常不放電，水可產生氧氣，但陰極產物已不同於電解水，故錯誤。

核心觀念

本題考查金屬的電化學腐蝕與犧牲陽極保護。

鐵生鏽本質上是鐵被氧化：

若將另一種金屬與鐵連接，兩者接觸並處於潮濕環境時會形成原電池：

• 較活潑、較容易氧化的金屬作為陽極，失去電子而腐蝕。
• 較不活潑的金屬作為陰極，受到保護。
• 若鐵作為陽極，鐵的氧化會加速，生鏽更嚴重。

因此，要防止鐵生鏽，連接的金屬必須比鐵更容易被氧化，作為「犧牲陽極」。

金屬的標準還原電位可用來判斷其得失電子傾向：

鋅的還原電位比鐵更低，表示鋅較容易失去電子、較容易氧化。

解題方法

比較各金屬與鐵的活性。若金屬比鐵活潑，與鐵連接後會優先氧化：

鋅提供電子，使鐵成為陰極，鐵不易進行氧化反應，因而受到保護。此作用稱為犧牲陽極保護，鋅本身則逐漸消耗。

常見的標準還原電位排序如下：

其中鋅位於鐵的左側，較鐵活潑，符合犧牲陽極的條件。

選項分析

(A) Ag

銀的標準還原電位約為：

核心觀念

血紅素（hemoglobin）的功能基團為血基質（heme），其中心金屬離子是二價鐵 $\text{Fe}^{2+}$。鐵離子可與氧氣可逆結合，使血紅素具有攜帶氧氣的功能。

血基質的結構可視為卟啉環與中心鐵離子所形成的配位化合物，鐵離子嵌在卟啉環中央，並可與氧分子配位。

解題方法

題目詢問「血紅素分子中心金屬原子」，直接判斷血紅素的金屬中心即可：

在生理狀態下，血紅素中的鐵通常以 $\text{Fe}^{2+}$ 形式存在，負責與氧氣進行可逆性結合：

若鐵被氧化成 $\text{Fe}^{3+}$，會形成高鐵血紅素（methemoglobin），其攜氧能力顯著降低。

核心觀念

本題考查理想溶液的拉午耳定律（Raoult’s law）與道耳頓分壓定律（Dalton’s law）。

設：

• 甲在純態時的蒸氣壓為 $X$
• 乙在純態時的蒸氣壓為 $Y$
• 溶液中甲的莫耳分率為 $x_{甲}$
• 溶液中乙的莫耳分率為 $x_{乙}=1-x_{甲}$

依拉午耳定律，各成分的分壓為：

氣相中甲的莫耳分率等於甲的分壓占總蒸氣壓的比例：

題目給定蒸氣中含有 $50\%$ 的甲，因此：

解題方法

代入分壓公式：

交叉相乘：

整理：

所以溶液中甲的莫耳分率為：

因此正確選項為 (D)。

選項分析

核心觀念

本題考查氣體的擴散速率與莫耳質量之間的關係，使用葛拉漢定律（Graham’s law）：

其中：

• $r$：氣體擴散速率
• $M$：氣體的莫耳質量

在同溫、同壓等條件下，氣體的莫耳質量越小，擴散速率越快；莫耳質量越大，擴散速率越慢。

解題方法

先計算各氣體的莫耳質量：

甲、$\text{SF}_6$：

乙、$\text{N}_2\text{O}$：

丙、$\text{SO}_2$：

丁、$\text{H}_2$：

莫耳質量由小到大排列為：

因為擴散速率與莫耳質量平方根的倒數成正比，所以擴散速率由大到小為：

即：

選項分析

核心觀念

偶極矩 $\mu$ 是分子內各鍵偶極矩的向量總和：

判斷分子是否具有偶極矩，必須同時考慮：

1. 鍵是否具有極性。
2. 分子的空間幾何形狀。
3. 各鍵偶極矩的方向與大小是否因對稱性而完全抵銷。

具有極性鍵的分子不一定具有分子偶極矩；若分子高度對稱，使所有鍵偶極矩向量總和為零，則分子為非極性分子。

解題方法

先以 Lewis 結構判斷中心原子的電子域，再利用 VSEPR 理論判斷分子形狀，最後觀察鍵偶極矩是否對稱抵銷。

選項分析

(A) $\mathrm{CO_2}$：錯誤

$\mathrm{CO_2}$ 的中心原子為碳，具有兩個鍵結電子域，分子形狀為線形：

兩個 $\mathrm{C=O}$ 鍵皆具有極性，但鍵偶極矩方向相反、大小相等：

因此 $\mathrm{CO_2}$ 的分子偶極矩為零。

(B) $\mathrm{SeO_3}$：錯誤

$\mathrm{SeO_3}$ 的中心原子硒與三個氧形成三個鍵結電子域，沒有孤電子對，分子形狀為平面三角形，鍵角約為 $120^\circ$。

三個 $\mathrm{Se-O}$ 鍵偶極矩在平面內呈對稱分布，三個向量的合力為零：

核心觀念

本題考查以檸檬酸鈉還原四氯金酸製備金奈米粒子的基本原理，包含：

1. 四氯金酸中金的氧化數。
2. 氧化還原反應中還原劑的作用。
3. 檸檬酸鈉用量對成核數與粒徑的影響。
4. 金奈米粒子的表面電漿共振吸收。
5. 奈米粒子的布朗運動與膠體穩定性。

四氯金酸通常表示為氯金酸，化學式為 $\mathrm{HAuCl_4}$。其中氯為 $-1$ 價、氫為 $+1$ 價，因此金的氧化數為 $+3$：

製備金奈米粒子時，金離子被還原成金屬金：

檸檬酸鈉在高溫下可作為還原劑，同時也能吸附於金奈米粒子表面，提供負電荷，降低粒子聚集。

解題方法

判斷本題可依序掌握三個重點：

• 先確認金離子的氧化數。
• 再判斷檸檬酸鈉用量對成核與粒徑的影響。
• 最後利用金奈米粒子光學性質與膠體行為判斷光譜位移及沉澱情形。

檸檬酸鈉濃度增加時，還原與成核作用較強，溶液中會形成較多金晶核。固定金的總量時，金原子分散到較多晶核上，因此每個晶核平均分配到的金原子較少，生成的平均粒徑較小。

金奈米粒子的可見光吸收主要來自局部表面電漿共振。一般而言，粒徑增加會使吸收峰往較長波長移動，即紅位移；粒徑減小則通常呈現往較短波長移動的藍位移。

選項分析

(A) 檸檬酸鈉作為還原劑，將 $+2$ 價的金還原為 0 價

錯誤。

檸檬酸鈉確實可作為還原劑，將金離子還原為金屬金，但四氯金酸中的金不是 $+2$ 價，而是 $+3$ 價：

核心觀念

本題考查 VSEPR 理論（價電子層電子對互斥理論） 與「取代基電負度對鍵角的影響」。

化合物可表示為：

中心原子為硫，周圍連接兩個氧與兩個取代基 $X$：

硫原子周圍共有四個鍵結電子域：

• 兩個 $\mathrm{S=O}$ 雙鍵：各算一個電子域
• 兩個 $\mathrm{S-X}$ 單鍵：各算一個電子域
• 中心硫原子沒有孤電子對

因此，中心硫的電子域幾何與分子形狀大致為四面體。鍵角大小取決於各鍵結電子對在中心硫附近的互斥程度。

解題方法

比較 $\mathrm{X-S-X}$ 鍵角時，重點是觀察 $\mathrm{S-X}$ 鍵結電子對在中心硫附近的電子密度。

若取代基 $X$ 的電負度較大，$\mathrm{S-X}$ 鍵的鍵結電子對會較偏向 $X$，使中心硫附近的電子密度降低，兩個 $\mathrm{S-X}$ 鍵之間的電子對互斥力減弱，因此 $\mathrm{X-S-X}$ 鍵角較小。