110 台糖新進工員招考工員級 化工 基礎化學 考古題詳解

核心觀念

本題考查「化學反應相加時，平衡常數的關係」：

• 反應式相加，總反應的平衡常數等於各反應平衡常數的乘積。
• 若反應式反向，平衡常數則取倒數。
• 若反應式乘以係數 $n$，平衡常數需取 $n$ 次方。

解題方法

將反應 I 與反應 II 相加：

相加後，$2\mathrm{NO}$ 與 $2\mathrm{NOCl}$ 會相互消去，得到：

核心觀念

本題考查路易斯結構與未鍵結電子對（孤電子對）的判定。

光氣 $\mathrm{COCl_2}$ 的結構為：

其中碳原子與氧形成雙鍵，與兩個氯形成單鍵，所有原子均符合八隅體。

解題方法

• 氧原子與碳形成雙鍵，共使用 $4$ 個鍵結電子，氧還需有 $4$ 個非鍵結電子，即：

$\mathrm{O：2對未鍵結電子對}$

• 每個氯原子與碳形成單鍵，為符合八隅體，各具有 $6$ 個非鍵結電子，即 $3$ 對未鍵結電子對。

兩個氯原子共有：

$2\times 3=6\text{ 對}$

因此，光氣分子中的未鍵結電子對總數為：

核心觀念

圖 3 顯示鈮（Nb）的元素資訊：

• 原子序：$41$
• 平均原子量：$92.9$

原子序代表原子核內的質子數；中性原子的核外電子數等於原子序。鈮屬於金屬元素，且為過渡金屬。

解題方法

中性鈮原子的核外電子數為：

因此可直接由圖中的原子序判斷電子數。

中子數則須使用特定同位素的質量數：

題目給的是平均原子量 $92.9$，不是特定同位素的質量數，不能直接用 $92.9-41$ 判定固定的中子數。

選項分析

核心觀念

本題考查有機物的判斷、碳水化合物的定義，以及常見官能基：

• 含有碳元素的化合物通常歸類為有機物，但少數碳化合物如二氧化碳、碳酸鹽等屬於無機物。
• 碳水化合物主要是多羥基醛、多羥基酮，或能水解產生此類物質的化合物，常見元素比例接近 $\mathrm{C}_n(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_m$。
• 羰基的特徵官能基為 $\mathrm{C}=\mathrm{O}$。
• 醯胺鍵結的特徵為 $\mathrm{-CONH-}$，也就是羰基碳直接與氮相連。

題目所給黃酮素分子式為 $\mathrm{C}_{15}\mathrm{H}_{10}\mathrm{O}_2$，其結構屬於有機含氧化合物。

解題方法

先依物質分類判斷，再檢查分子式與官能基：

1. 分子含有大量碳、氫元素，基本上屬於有機物。
2. 分子式中氫、氧比例為 $10:2=5:1$，不符合一般碳水化合物的組成特徵，且黃酮素不是糖類。
3. 黃酮素的結構中含有 $\mathrm{C}=\mathrm{O}$，因此具有羰基。
4. 結構中沒有 $\mathrm{-CONH-}$，因此不具有醯胺鍵結。

也可利用不飽和度判斷其結構特徵：

較高的不飽和度表示分子中含有芳香環、雙鍵等結構；黃酮素的實際結構中並包含羰基。

核心觀念

甲醛的化學式為 $\mathrm{CH_2O}$，結構可表示為：

需判斷：

1. 是否屬於有機物。
2. 分子由哪些元素組成。
3. 中心碳原子的混成軌域與分子幾何形狀。

解題方法

甲醛中的碳原子與兩個氫原子及一個氧原子形成三個鍵結區域：

• 兩個 $\mathrm{C-H}$ 單鍵
• 一個 $\mathrm{C=O}$ 雙鍵

在混成判斷中，雙鍵視為一個電子域，因此碳原子周圍共有三個電子域，採用 $sp^2$ 混成，形成立體的平面三角形結構，鍵角約為 $120^\circ$。

選項分析

• (A) 正確 甲醛含有碳元素，且為碳的化合物，屬於有機物。

核心觀念

本題考查赫斯定律（Hess’s law）：化學反應的反應熱只與反應物、生成物的初末狀態有關，與反應途徑無關。因此，若總反應可由數個已知反應相加得到，總反應熱即為各反應熱的代數和。

反應式相加時：

• 同一物質若同時出現在反應物側與生成物側，可以約去。
• 反應式反向時，反應熱需變號。
• 反應式乘以倍數時，反應熱也須乘以相同倍數。

解題方法

已知：

反應熱為 $\Delta H_1$。

反應熱為 $\Delta H_2$。

將反應 I 與反應 II 相加：

消去兩側相同的 $\mathrm{C_2H_5OH}$ 與 $\mathrm{H_2O}$，得到：

此即題目要求的總反應。因此：

核心觀念

本題考查：

• 銅原子的基態電子組態
• 過渡金屬形成陽離子時的電子移除順序
• 未成對電子數的判定

銅的原子序為 $29$，中性銅原子共有 $29$ 個電子。銅的基態電子組態具有例外情形：

其中 $3d^{10}$ 為完全充滿，所有電子皆成對；$4s^1$ 有 $1$ 個未成對電子。

解題方法

1. 判定基態銅原子的未成對電子數

基態銅原子：

• $3d^{10}$：$10$ 個電子填滿五個 $d$ 軌域，電子全部成對，未成對電子數為 $0$
• $4s^1$：有 $1$ 個電子，未成對電子數為 $1$

因此：

2. 判定 $\mathrm{Cu}^{2+}$ 的電子組態

銅失去電子形成陽離子時，先移除主量子數較大的 $4s$ 電子，再移除 $3d$ 電子。

因此：

$3d$ 有五個軌域，依洪德規則先各填入一個電子，再開始成對。$3d^9$ 的排列可表示為：

因此 $3d^9$ 中有 $1$ 個未成對電子。

核心觀念

本題考查「化學平衡的判定」與「反應速率的化學計量關係」。

可逆反應達到化學平衡時：

• 正反應速率等於逆反應速率。
• 反應物與生成物的濃度、莫耳分率、密度等宏觀性質維持不變。
• 宏觀量不再改變，代表反應進行程度不再改變。

反應式為：

設反應進行程度為 $x$ mol，則各物質莫耳數為：

總莫耳數為：

解題方法

判斷各選項是否為「平衡特有的現象」。

若反應尚未達平衡，反應仍會繼續進行，$x$ 會持續改變，因此與組成有關的物理量或化學量也會改變。若某敘述只是由反應式的係數必然得到，則不能作為達到平衡的判據。

選項分析

(A) 混合氣體的密度不再改變。

反應進行時，總莫耳數由 $3$ mol 逐漸減少為 $3-2x$ mol，但密閉系統總質量保持不變。

在溫度、壓力固定的可變體積容器中，氣體密度可表示為：

其中平均莫耳質量：

隨著反應進行，$x$ 改變，總莫耳數改變，平均莫耳質量與混合氣體密度也會改變。因此密度不再改變，可表示反應進行程度已固定，符合達到化學平衡的特徵。

本選項正確。

(B) $\mathrm{CH_3OH}$ 的莫耳分率不再改變。

甲醇莫耳分率為：

核心觀念

本題考查：

1. 催化反應中吸附物種與中間產物的判定。
2. 反應機構各步驟相加，消去反應中間體，求總反應式。
3. 原子經濟效率的計算。
4. 氧化還原反應中還原劑的判定。

其中帶有星號 $*$ 的物質表示吸附在催化劑表面的反應物種，屬於反應機構中的中間物種。

解題方法

將五個步驟相加：

消去兩側相同的吸附中間物種，可得總反應：

原子經濟效率為：

以甲醇為目標產物：

核心觀念

本題考查有機分子的碳原子混成軌域判斷：

• $sp^3$：碳原子形成四個電子域，通常為單鍵四面體結構。
• $sp^2$：碳原子形成三個電子域，常見於碳氧雙鍵，呈平面三角形。
• 判斷時，雙鍵雖包含一個 $\sigma$ 鍵與一個 $\pi$ 鍵，但只計為一個電子域。

過氧醋酸結構為：

$\mathrm{CH_3-C(=O)-O-O-H}$

解題方法

由左至右判斷兩個碳原子：

1. $\mathrm{CH_3-}$ 中的甲基碳

甲基碳與三個氫原子及一個碳原子形成四個單鍵，共有四個電子域，因此為 $sp^3$ 混成。

2. $\mathrm{-C(=O)-}$ 中的羰基碳

羰基碳與甲基碳形成單鍵、與氧形成雙鍵、與氧形成單鍵。雖然共有四個鍵結線，但雙鍵只算一個電子域，因此共有三個電子域，為 $sp^2$ 混成。

所以兩個碳原子的混成軌域依序為：

核心觀念

本題考查實驗室製備氣體時，依據反應物狀態與裝置特徵判斷反應。圖中為固體與固體混合後加熱，並以導管導出氣體的裝置。

固體與固體反應製氣時，通常將混合物置於試管中加熱，例如以熟石灰和氯化銨製備氨氣：

圖中的棉花可避免加熱時固體粉末或升華的氯化銨逸出。

解題方法

先觀察裝置：

1. 反應物置於試管中。
2. 需用酒精燈加熱。
3. 反應物為固體混合物。
4. 生成的氣體由導管導出，並設有棉花防止固體逸散。

因此應選擇「固體與固體加熱製備氣體」，且裝置中的棉花特別符合氯化銨受熱易逸散的氨氣製備法。

選項分析

(A) $\mathrm{Ca(OH)_2(s)+NH_4Cl(s)}$（製備 $\mathrm{NH_3}$）

正確。氫氧化鈣與氯化銨為固體，需加熱反應生成氨氣，裝置型式與圖示相符。

(B) $\mathrm{MnO_2(s)+KClO_3(s)}$（製備 $\mathrm{O_2}$）

錯誤。氯酸鉀在二氧化錳催化下加熱可生成氧氣：

核心觀念

本題考查：

1. 有機反應類型：羧酸與醇的酯化反應。
2. 碳原子的混成軌域判斷。
3. 有機物的酸鹼性。
4. 酚基與氯化鐵的顯色反應。

圖中 $X$ 為咖啡酸，結構含有苯環、碳碳雙鍵、羧酸基及兩個酚羥基。

解題方法

逐一檢視反應結構與各官能基：

• 羧酸基和醇羥基反應，脫去水形成酯基，屬於酯化反應。
• 判斷 $sp^2$ 混成時，凡參與苯環、碳碳雙鍵或羰基的碳，皆為 $sp^2$ 混成。
• 酚羥基可與 $\mathrm{FeCl_3}$ 形成紫色錯合物。

選項分析

(A) 錯誤

$X$ 的羧酸基與 $Y$ 的醇羥基反應，脫去 $\mathrm{H_2O}$ 並形成酯基：

這是酯化反應，也屬於縮合反應，不是加成反應。

(B) 錯誤

咖啡酸 $X$ 中：

核心觀念

本題同時考查兩個判斷：

1. 各物質混合於水溶液中，是否會發生沉澱、氣體生成或酸鹼中和等反應。
2. 溶液是否呈鹼性，使石蕊試液顯現藍色。

判斷離子能否共存時，常見反應包括：

• 生成難溶沉澱
• 生成氣體
• 生成弱電解質，例如水或弱酸、弱鹼
• 酸鹼中和反應

石蕊試液在鹼性溶液中呈藍色。含有弱酸根離子的鹽，例如碳酸鈉，其陰離子會水解產生 $\mathrm{OH^-}$，使溶液呈鹼性：

解題方法

逐一檢查各選項：

1. 是否有離子組合會形成沉澱或其他反應。
2. 若能共存，再判斷溶液酸鹼性。
3. 同時符合「能共存」與「石蕊呈藍色」者即為答案。

選項分析

(A) $\mathrm{NaOH}$、$\mathrm{CuSO_4}$、$\mathrm{K_2SO_4}$

$\mathrm{NaOH}$ 解離產生 $\mathrm{OH^-}$，$\mathrm{CuSO_4}$ 解離產生 $\mathrm{Cu^{2+}}$。兩者會生成難溶的氫氧化銅沉澱：

因此三者不能在水溶液中共存。雖然過量 $\mathrm{NaOH}$ 可使溶液呈鹼性，但已不符合「不發生反應」的條件。

故 (A) 錯誤。

(B) $\mathrm{NaCl}$、$\mathrm{Na_2SO_4}$、$\mathrm{Na_2CO_3}$

三種物質溶於水後主要產生：

• $\mathrm{NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^-}$
• $\mathrm{Na_2SO_4 \rightarrow 2Na^+ + SO_4^{2-}}$
• $\mathrm{Na_2CO_3 \rightarrow 2Na^+ + CO_3^{2-}}$

這些離子之間不會生成難溶沉澱，也不會生成氣體或水，因此可以共存。

核心觀念

本題考查理想氣體在「體積與氣體量不變」時，壓力與絕對溫度成正比的關係，稱為 Gay-Lussac 定律：

其中溫度必須使用絕對溫度，即開爾文溫度：

另外，壓力單位換算為：

解題方法

題目指出：

• 體積相同
• 氣體量相同
• 溫度由 $37^\circ\mathrm{C}$ 升至 $99^\circ\mathrm{C}$

因此可直接使用定容條件下的壓溫關係。

先將攝氏溫度換算為絕對溫度：

代入公式：

解得：

因為：

所以：

題目要求以 $\mathrm{mmHg}$ 表示：

取適當有效數字：

核心觀念

本題考查「氧化數」的判定規則。常用規則如下：

• 中性化合物中，各元素氧化數的代數和為 $0$。
• 氫通常為 $+1$。
• 氟在化合物中固定為 $-1$。
• 氧通常為 $-2$，但在過氧化物中為 $-1$；與氟形成化合物時，氧可呈正氧化數。

解題方法

逐一利用「化合物中各元素氧化數總和為 $0$」求氧的氧化數。

(A) $\mathrm{H_2SO_4}$

硫酸中的氧屬於一般氧化物型態，氧化數為 $-2$。

驗算：

因此氧為 $-2$，錯誤。

(B) $\mathrm{H_2O_2}$

$\mathrm{H_2O_2}$ 是過氧化氫，其中含有過氧鍵 $\mathrm{-O-O-}$，屬於過氧化物。過氧化物中的每個氧氧化數為 $-1$。

驗算：

因此氧為 $-1$，錯誤。

(C) $\mathrm{OF_2}$

核心觀念

本題考查「體積莫耳濃度」的計算，需掌握以下定義：

• 莫耳數：

$n=\frac{\text{溶質質量}}{\text{溶質莫耳質量}}$

• 溶液體積：

$V=\frac{\text{溶液質量}}{\text{溶液密度}}$

• 體積莫耳濃度：

$M=\frac{\text{溶質莫耳數}}{\text{溶液體積（L）}}$

注意：體積莫耳濃度的分母是「溶液體積」，不是水的體積，也不是溶質體積。

解題方法

已知 $100\ \mathrm{g}$ 溶液中含有 $11.7\ \mathrm{g}$ 的 $\mathrm{NaCl}$。

1. 計算 $\mathrm{NaCl}$ 的莫耳質量

2. 計算 $\mathrm{NaCl}$ 的莫耳數

3. 由密度求溶液體積

因此：

換算成公升：

4. 計算體積莫耳濃度

核心觀念

本題考查混成軌域數目與分子幾何結構的對應關係。判斷混成方式時，可利用：

在主族元素的價鍵理論中，常見對應如下：

其中，混成軌域所直接對應的通常是「電子域幾何」。若中心原子具有孤電子對，實際分子形狀可能與電子域幾何不同，例如 $sp^3$ 的電子域幾何為四面體形，但若有兩對孤電子對，分子形狀會成為彎曲形。

解題方法

逐一將各混成軌域的數目換算為電子域數：

• $sp$：$1+1=2$ 個混成軌域
• $sp^2$：$1+2=3$ 個混成軌域
• $sp^3d$：$1+3+1=5$ 個混成軌域
• $sp^3d^2$：$1+3+2=6$ 個混成軌域

再依電子域數判斷幾何結構：

因此，$sp^3d$ 應配對三角雙錐形，並非四面體形。

選項分析

(A) $sp$，直線形（linear）

核心觀念

本題考查「稀溶液的依數性」。將非揮發性、非電解質溶質加入純水，形成理想稀釋溶液時：

• 溶質本身不揮發，不直接形成蒸氣。
• 非電解質在水中不解離，粒子數不增加。
• 溶液性質主要取決於溶質粒子數，而非溶質種類。

主要關係如下：

1. 蒸氣壓下降：依拉午耳定律 $P_{\text{solution}}=X_{\ce{H2O}}P_{\ce{H2O}}^{\circ}$ 因為加入溶質後 $X_{\ce{H2O}}<1$，故溶液蒸氣壓低於純水。

2. 沸點升高：溶液蒸氣壓降低，必須升高溫度才能使蒸氣壓等於外界壓力。

3. 凝固點下降：溶液中溶劑的化學勢降低，液態溶液需降至更低溫度才與固態溶劑達到平衡。

解題方法

依序判斷加入非揮發性溶質後，水的三項依數性變化：

$\text{蒸氣壓下降} \Rightarrow \text{沸點升高}$

$\text{凝固點下降}$

因此：

• 水溶液沸點高於純水。
• 水溶液凝固點低於純水。
• 水溶液蒸氣壓低於純水。
• 溶液的相平衡條件改變，三相點不會與純水相同。

選項分析

(A) 水溶液的沸點比純水高。

正確。

非揮發性溶質加入水中後，水的莫耳分率降低，依拉午耳定律使水的蒸氣壓下降。沸騰條件為：

$P_{\text{vap}}=P_{\text{外界}}$

溶液在相同溫度下蒸氣壓較低，因此必須升高溫度，蒸氣壓才會達到外界壓力。故水溶液沸點高於純水。

(B) 純水的凝固點比水溶液低。

核心觀念

本題考查一級反應的積分速率公式。題目給出的速率常數單位為 $\mathrm{s^{-1}}$，表示分解反應可視為一級反應：

其中：

• $[\mathrm{N_2O_5}]_0$：反應初濃度
• $[\mathrm{N_2O_5}]_t$：經過時間 $t$ 後的濃度
• $k$：一級反應速率常數
• $t$：反應時間

解題方法

「消耗掉 80%」表示尚餘原濃度的 $20\%$。

初濃度為：

消耗掉 $80\%$ 後，剩餘濃度為：

代入一級反應公式：

因為：

且題目給定 $\ln 5=1.609$，因此：

換算為分鐘：

核心觀念

本題考查有機化合物官能基的結構，以及是否含有羰基（carbonyl group）：

$\mathrm{C=O}$

只要官能基中具有碳與氧之間的雙鍵，即具有雙鍵氧（$=O$）。常見結構如下：

• 醛基：$\mathrm{-CHO}$
• 酯基：$\mathrm{-COOR}$
• 醯胺基：$\mathrm{-CONH_2}$ 或 $\mathrm{-CONR_2}$
• 醚基：$\mathrm{-O-}$

解題方法

逐一觀察各選項官能基的結構，判斷其中是否存在 $\mathrm{C=O}$：

• 含有 $\mathrm{-CO-}$、$\mathrm{-CHO}$ 者，表示具有羰基。
• 僅以單鍵 $\mathrm{C-O-C}$ 連接者，不具有雙鍵氧。

因此，醚類的基本結構為：

$\mathrm{R-O-R'}$

氧原子與兩個碳原子均以單鍵連接，不存在 $\mathrm{C=O}$。

選項分析

(A) 醛類（aldehyde）—錯誤

醛類的官能基為醛基：

$\mathrm{-CHO}$

其中包含羰基：

核心觀念

本題考查「溶解度」與「結晶水」的計算。

在 $30^\circ\mathrm{C}$ 時，$\mathrm{CuSO_4}$ 的溶解度為：

因此，飽和溶液中無水硫酸銅與水的質量比為：

題目提供的是 $\mathrm{CuSO_4\cdot5H_2O}$，必須先換算其中實際含有的無水 $\mathrm{CuSO_4}$ 與結晶水。

解題方法

1. 計算各物質的莫耳質量

無水硫酸銅：

五水硫酸銅：

2. 分解 $200$ 公克五水硫酸銅

其中無水 $\mathrm{CuSO_4}$ 的質量為：

結晶水的質量為：

題目假設結晶水可完全轉換為液態水，因此原有的 $72$ 公克結晶水可視為溶劑水。

3. 設需再加入 $x$ 公克水

配製飽和溶液時，$128$ 公克 $\mathrm{CuSO_4}$ 所需的總水量為：

核心觀念

本題考查碳水化合物的基本組成、分類、官能基及糖苷鍵種類：

1. 碳水化合物主要由碳、氫、氧三種元素組成。
2. 依醣單元數目，可分為單醣、寡醣及多醣。
3. 葡萄糖屬醛糖，果糖屬酮糖。
4. 纖維素由葡萄糖以 $\beta(1\rightarrow4)$ 糖苷鍵連接而成；澱粉則主要由 $\alpha(1\rightarrow4)$ 糖苷鍵構成。

解題方法

逐項檢查元素組成、分類方式、官能基與糖苷鍵即可：

• 元素組成判斷氮是否為主要成分。
• 分類須注意是否漏列寡醣。
• 葡萄糖與果糖可藉由醛基、酮基區分。
• 纖維素與澱粉的鍵結型式是常見考點，纖維素為 $\beta$ 型，澱粉為 $\alpha$ 型。

選項分析

(A) 錯誤

碳水化合物主要由碳、氫、氧三種元素組成，可概括表示為：

選項將氧誤寫成氮，因此錯誤。部分含氮化合物雖與醣類結構相關，但氮並非一般碳水化合物的主要基本元素。

(B) 錯誤

碳水化合物依醣單元數目通常分為三類：

• 單醣類：如葡萄糖、果糖。
• 寡醣類：由少數單醣組成，如蔗糖、麥芽糖、乳糖等雙醣。
• 多醣類：由大量單醣組成，如澱粉、肝醣、纖維素。

核心觀念

酸鹼指示劑通常是有機弱酸或弱鹼，其未解離型與解離後離子的顏色不同，並利用顏色變化判斷溶液接近當量點或估計溶液的酸鹼性。

以弱酸型指示劑為例：

其中，$\mathrm{HIn}$ 與 $\mathrm{In^-}$ 的顏色不同。依據亨德森–哈塞巴赫方程式：

可知指示劑的解離平衡會受到溶液 pH 值影響，通常在約 $\mathrm{p}K_{\mathrm{In}}\pm1$ 的範圍內產生明顯顏色轉變。

解題方法

逐一檢查各選項是否符合酸鹼指示劑的基本性質：

1. 指示劑是否為弱酸或弱鹼？
2. 未解離型與解離型顏色是否不同？
3. 指示劑是否只能以溶液形式使用？
4. 是否可以混合數種指示劑使用？

符合指示劑基本定義及實驗用途的敘述，即為正確答案。

選項分析

(A) 錯誤

指示劑本身通常是弱酸或弱鹼，此部分正確；但其解離度會受到 pH 值影響。

以弱酸型指示劑為例：

核心觀念

本題考查第 18 族惰性氣體（He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn）沿族向下的性質變化，主要涉及：

1. 原子序增加時，電子層數增加。
2. 原子間色散力（London dispersion force）增強。
3. 氣體密度公式： $\rho=\frac{PM}{RT}$
4. 第一游離能是移除氣態基態原子最外層電子所需的最小能量。

解題方法

依序判斷原子序增加時，各物理量受到的主要影響：

• 電子層數增加，使原子半徑增大。
• 電子數增加，使電子雲極化性增強，原子間色散力增強，沸點升高。
• 惰性氣體的莫耳質量隨原子序增加而增加，因此固定溫度、壓力下氣體密度增加。
• 原子半徑增大、遮蔽效應增強，使最外層電子較容易被移除，因此第一游離能降低。

選項分析

(A) 沸點隨原子序的增加而降低。

錯誤。

惰性氣體皆為單原子分子，彼此之間主要依靠瞬時偶極所造成的倫敦分散力。沿族向下時，電子數增加、電子雲較容易變形，分散力增強，因此需要較多能量才能使原子彼此分離，沸點隨原子序增加而升高。

趨勢為：

$\mathrm{He<Ne<Ar<Kr<Xe<Rn}$

(B) 在 $0^\circ\mathrm{C}$、$1\ \mathrm{atm}$ 下的氣體密度隨原子序的增加而降低。

錯誤。

由理想氣體方程式：

$PV=nRT$

又因為質量 $m=nM$，所以氣體密度為：

$\rho=\frac{m}{V}=\frac{PM}{RT}$

在 $0^\circ\mathrm{C}$、$1\ \mathrm{atm}$ 下，$P$、$T$ 皆固定，因此：

核心觀念

本題考查拉午耳定律（Raoult’s law）。蔗糖屬於不揮發性溶質，加入水中後，水的莫耳分率降低，因此水溶液的蒸氣壓低於純水。

拉午耳定律為：

其中：

• $P_{\text{solution}}$：水溶液的蒸氣壓
• $P_{\mathrm{H_2O}}^\circ$：純水的飽和蒸氣壓
• $X_{\mathrm{H_2O}}$：水的莫耳分率

解題方法

已知：

先求水的莫耳分率：

因此蔗糖的莫耳分率為：

設蔗糖分子量為 $M$，則：

水的莫耳數取 $18.0\ \mathrm{g/mol}$：

由莫耳分率定義：

代入數值：

核心觀念

本題考查酸溶液配製與酸鹼滴定所需的基本儀器：

• 溶液定容稀釋：使用容量瓶。
• 盛裝待測酸液並進行滴定：使用錐形瓶。
• 以標準氫氧化鈉溶液滴定：使用滴定管。
• 精確移取 $20.0\ \mathrm{mL}$ 稀鹽酸，理想上使用移液管；題目選項中未提供此儀器。

解題方法

依照題目三個操作逐一對應儀器：

1. 濃鹽酸加水配製成一定濃度的稀鹽酸，需要容量瓶定容。
2. 將稀鹽酸置於待測液瓶中，通常使用錐形瓶作為滴定反應容器。
3. 使用 $0.10\ \mathrm{M}$ 的 $\mathrm{NaOH}$ 溶液滴定，必須將氫氧化鈉裝入滴定管，以精確讀取滴定體積。

因此需要儀器圖示 1、3、4。

選項分析

核心觀念

本題考查三類基本化學概念：

1. 同素異形體：同一種元素形成的不同單質，因原子排列或結構不同而具有不同性質。
2. 順反異構物：分子中存在限制旋轉的雙鍵，且雙鍵兩端各連接兩種不同的原子或基團。
3. 同分異構物：分子式相同，但原子排列方式或結構不同的化合物。
4. 分子幾何形狀：依中心原子周圍的鍵結電子對與孤電子對，利用價層電子對互斥理論判斷。

解題方法

逐一檢查各選項的定義：

• 判斷鑽石與石墨是否為同一元素的不同單質。
• 判斷 2-丁烯的雙鍵兩端是否各具有兩種不同基團。
• 比較乙醇與甲醚的分子式及結構。
• 依 $\mathrm{NH_3}$ 的價電子結構判斷其分子形狀。

選項分析

(A) 鑽石與石墨為同素異形體。

正確。

鑽石與石墨皆由碳元素組成，分子式均可表示為 $\mathrm{C}$，但碳原子的排列方式不同：

• 鑽石中，每個碳原子與另外四個碳原子形成三維立體網狀結構。
• 石墨中，每個碳原子與另外三個碳原子形成層狀六角形結構，層與層之間作用力較弱。

因此，鑽石與石墨是同一元素所形成的不同單質，屬於同素異形體。

(B) 2-丁烯具有順反異構物。

正確。

2-丁烯的結構式為：

碳碳雙鍵不能自由旋轉，且雙鍵兩端的碳原子各連接：

• 一個氫原子
• 一個甲基 $\mathrm{-CH_3}$

因此具有兩種空間排列：

• 順式（cis-2-butene）：兩個甲基位於雙鍵同側。
• 反式（trans-2-butene）：兩個甲基位於雙鍵異側。

所以 2-丁烯具有順反異構物。

(C) 乙醇與甲醚為同分異構物。

正確。

乙醇的結構式為：

核心觀念

本題考查稀溶液的滲透壓。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，代表溶質解離後形成的粒子數
• $M$：溶液中溶質的莫耳濃度
• $R$：氣體常數
• $T$：絕對溫度

在溫度固定時，滲透壓主要取決於溶液中「溶質粒子的總濃度」。溶液中粒子數增加，滲透壓便會提高。

題目給出的 $0.001\ \mathrm{M}$ 氯化鈉溶液，其滲透壓約為：