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结构性问题

結構性問題

1下表列出有關A、B、C和D四種不同金屬的資料。

金屬

價格

抗腐蝕能力

導熱性能

強度

密度

低

中等

低

高

良好

高

低

中等

高

中等

良好

中等

上表展示的金屬，哪一種最適宜用來製造a）紀念章；b）閘門；和c）熱水壼的金屬底部？

就以上每個選擇各提出兩項理由。

（9分）

答案：

1a）B

（1）以下任何兩項：

（12）抗腐蝕能力強強度高密度高b）C

（1）以下任何兩項：

（12）便宜強度高密度中等c）D

（1）價格中等

（1）導熱性能良好

（1）

2現有以下的金屬：

鋁、錫、銅、鉛、鋅和鈦為下列每項工作選擇一種最適合的金屬，並加以解釋。

a）製造太空穿梭機b）防止盛載罐頭食品的罐子生銹

c）製造汽水罐

（6分）

答案：

2a）鈦

（1）非常堅固/質輕

（1）b）錫

（1）無毒

（1）c）鋁

（1）抗腐蝕能力強/質輕

（1）

3下圖展示一條電線。

a）哪種金屬最適宜用來製造電線？

b）指出在（a）提及的金屬必須具備的兩項性質，令它適宜用來製造電線。

c）以金屬鍵來解釋在（b）提及的性質。

d）如果把這條電線放在下列的溶液中，會有甚麼可觀察到的變化？

試以方程式輔助，

作出解釋。

i）稀氫氯酸；ii）硝酸銀溶液。

（8分）

答案：

3a）銅

（1）b）良好的導電體

（1）延性極佳

（1）c）銅是良好的導電體，因為它有可自由游動的電子。

（1）銅延性極佳，因為當它受到拉力時，各層銅離子之間就會發生相對的滑動，

由於離子仍被「電子海」包圍，因此金屬不會折斷。

（1）d）i）沒有可觀察到的變化，因為銅的活潑性很低。

（1）ii）溶液變成藍色/生成灰色的沉積物/銅線溶解

（1）Cu（s）+2AgNO3（aq）Cu（NO3）2（aq）+2Ag（s）

（1）或Cu（s）+2Ag+（aq）Cu2+（aq）+2Ag（s）

4下表列出A、B和C三種金屬的一些資料。

金屬

原子序

―

在空氣中加熱

燃燒時發出耀眼白光

燃燒時令火焰呈磚紅色

沒有可觀察到的變化

與水的反應

沒有可觀察到的變化

有無色氣體釋出，起初緩慢，但一段時間後變得快速

沒有可觀察到的變化

a）A和B屬於週期表中的哪一族？

b）A與水沒有反應，卻會與水蒸氣反應。

i）寫出A和水蒸氣反應的化學方程式。

ii）繪出在反應中生成的固體生成物的電子結構圖（只須顯示最外層的電子）。

c）i）寫出B和水反應的方程式。

（不接受離子方程式）ii）繪出在反應中生成的氣體生成物的電子結構圖。

iii）就上述反應的觀察結果，提出解釋。

iv）繪出一附有標示的圖，展示進行B和水的反應，並收集氣體生成物的實驗裝置。

d）C可能是甚麼金屬？

e）以電子結構解釋為甚麼B比A活潑。

（12分）

答案：

4a）第II族

（1）b）i）Mg（s）+H2O（g）MgO（s）+H2（g）/

A（s）+H2O（g）AO（s）+H2（g）

（1）ii）

（1）c）i）Ca（s）+2H2O（l）Ca（OH）2（s）+H2（g）/

B（s）+2H2O（l）B（OH）2（s）+H2（g）

（1）ii）

（1）

iii）鈣的表面被氧化鈣覆蓋。

（1）該層氧化鈣溶解後，鈣開始與水反應。

（1）iv）

（2）d）銀/金/鉑

（1）e）B原子比A原子多一層被電子佔用的電子殼。

因此，B原子的最外層電子與原子

核之間的距離，比A原子的最外層電子與原子核之間的距離較大。

在B原子中，

原子核與最外層電子之間的吸引力較弱。

（1）因此，金屬B比金屬A較容易失去最外層的電子。

（1）5下表展示A、B、C和D四種金屬的一些反應的結果：

反應

結果

（i）A（s）+HCl（aq）

沒有反應

（ii）B（s）+HCl（aq）

穩定地反應，並釋出氧氣

（iii）A（s）+O2（g）

加熱時，生成氧化物

（iv）D（s）+O2（g）

加熱時，沒有反應

（v）B（s）+H2O（g）

與水蒸氣的反應緩慢

（vi）C（s）+H2O（g）

與水蒸氣的反應劇烈

a）把以上四種金屬按其活潑性遞減的次序排列，並加以解釋。

b）另一種金屬E與稀氫氯酸反應時會釋出氫氣。

此外，E的化合物的溶液與B會有

以下的反應：

B（s）+E2+（aq）B2+（aq）+E（s）應把E放在（a）提及的活性序中的哪個位置？

解釋你的答案。

（7分）

答案：

5a）C>B>A>D

（1）從反應（v）和（vi）的結果，可知C比B活潑，因為C與水蒸氣的反應劇烈，而B

與水蒸氣的反應緩慢。

（1）從反應（i）和（ii）的結果，可知B比A活潑，因為B會與稀氫氯酸反應，但A與

稀氫氯酸則沒有反應。

（1）從反應（iii）和（iv）的結果，可知A比D活潑，因為把A加熱時會生成氧化物，而

D則不會。

（1）b）E比A活潑，因為E會與稀氫氯酸反應，並生成氫。

（1）E的活潑性較B為低，因為B可從E的化合物的溶液中把E置換出來。

（1）因此，在（a）提及的活性序中，應把E放在B和A之間。

（1）

6a）就下列每項實驗，舉出一個可觀察到的變化，並寫出涉及的反應的化學方程式。

i）把鎂放進稀氫氯酸中ii）用本生燈火焰把鈉加熱iii）把氧化鉛（II）與碳粉一起加熱iv）把鋅放進硫酸銅（II）溶液中b）解釋為甚麼在下列的實驗中沒有反應發生？

i）把鉛放進稀硫酸中ii）把氧化鈣與碳粉一起加熱iii）把銅放進硝酸鎂溶液中

（14分）

答案：

6a）i）鎂溶解/釋出氣泡

（1）Mg（s）+2HCl（aq）MgCl2（aq）+H2（g）

（1）

ii）火焰呈金黃色/產生白煙

（1）4Na（s）+O2（g）2Na2O（s）

（1）

iii）黃色固體變成橙色/生成銀色固體

（1）2PbO（s）+C（s）2Pb（s）+CO2（g）

（1）

iv）鋅溶解/棕色固體澱積/藍色的溶液漸漸褪色

（1）Zn（s）+CuSO4（aq）Cu（s）+ZnSO4（aq）

（1）b）i）反應中生成不溶於水的硫酸鉛（II），它覆蓋鉛的表面，

（1）阻止進一步的反應。

（1）ii）氧化鈣十分穩定，

（1）不會被碳還原。

（1）iii）銅的活潑性較鎂的低，

（1）所以銅不能從鎂化合物的溶液中把鎂置換出來。

（1）

7鈉可作為乾燥劑，把有機溶劑內的水分除去。

方法是首先把鈉拉成金屬線，然後放進

有機溶劑內。

a）以方程式輔助，解釋為甚麼鈉可作為乾燥劑。

b）從鈉的結構解釋為甚麼鈉可被拉成金屬線。

c）把鈉拉成線狀時，鈉的表面呈光澤，但暴露在空氣中一段時間後，鈉便變成晦暗。

以相關的方程式輔助，解釋這個現象。

d）舉出這個令有機溶劑變得乾燥的方法的一項潛在危險。

（7分）

答案：

7a）鈉會與水反應，生成氫氧化鈉和氫。

（1）2Na（s）+2H2O（l）2NaOH（aq）+H2（g）

（1）

b）鈉金屬內的離子一層一層緊密地排列在一起，

（1）當它受到拉力時，各層鈉離子之間會發生相對的滑動，由於離子仍被「電子海」

包圍，因此金屬不會折斷。

（1）c）把鈉拉成線狀時，新的表面會呈光澤，但很快它便會被空氣氧化，生成氧化物。

（1）4Na（s）+O2（g）2Na2O（s）

（1）

d）在製備和棄置的過程中，鈉可能與其他物質產生爆炸性反應，例如水。

（1）8利用金屬與酸的反應可測定金屬的活潑性。

把鈣、錫、鋅、銅和鎳這五種金屬分別加進稀氫氯酸中，然後利用排水法

收集釋出的氣體，並量度在最初三十秒內收集得的氣體的高度。

下表展示實驗的結果。

金屬

鈣

錫

鋅

銅

鎳

最初30秒內收集得的氣體的高度（cm）

5.5

4.5

2.5

a）寫出鋅和稀氫氯酸反應的化學方程式。

b）建議一個測試釋出的氣體的方法。

c）根據實驗結果，把五種金屬按其活潑性遞減的次序排列。

d）解釋為甚麼不能用這個方法來測定鈉的活潑性。

e）解釋為甚麼在這個實驗中不適宜使用稀硫酸來取代稀氫氯酸。

f）下表展示用另外一種金屬進行相同實驗所得的結果：

金屬

最初30秒內收集得的氣體的高度（cm）

i）從所得的結果，重寫（c）的活性序。

ii）建議X可能是甚麼金屬。

（9分）

答案：

8a）Zn（s）+2HCl（aq）ZnCl2（aq）+H2（g）

（1）b）用燃燒中的木條檢驗

（1）會發出爆鳴聲。

（1）c）鈣>鋅>鎳>錫>銅

（1）d）鈉與酸會有爆炸性反應。

（1）e）鈣會與稀硫酸生成不溶於水的硫酸鈣，遮蓋鈣的表面，

（1）阻止金屬作進一步反應。

（1）f）i）鈣>X>鋅>鎳>錫>銅

（1）ii）鎂/鋁

（1）

9下表展示兩種第I族金屬的密度。

金屬

鋰（Li）

銣（Rb）

密度（gcm-3）

0.53

1.53

水的密度=1.0gcm-3a）i）寫出把鋰和銣分別放進水中時，在觀察上兩項的差異。

ii）解釋在（i）提及的差異。

iii）寫出銣和水的反應的化學方程式。

b）銣被儲存於一瓶石蠟油中，瓶上貼有危險警告標籤。

i）為甚麼要把銣儲存於石蠟油中？

ii）繪畫一個應貼在盛載銣的瓶子上的危險警告標籤。

（8分）

答案：

9a）i）銣會沉於水底，鋰則會浮在水面。

（1）銣與水的反應比鋰與水的反應更劇烈。

（1）ii）銣的密度比水的高，但鋰的密度比水的低。

（1）銣原子的最外層電子比鋰原子的最外層電子更遠離原子核。

在銣原子中，

原子核與最外層電子之間的吸引力更微弱，

（1）因此銣比鋰較容易失去電子。

（1）iii）2Rb（s）+2H2O（l）2RbOH（aq）+H2（g）

（1）

b）i）防止銣與空氣中的水分和氧反應。

（1）ii）爆炸性

（1）

或易燃

10金屬M與極稀的硝酸反應，會生成溶液B和氣體C，M卻與水蒸氣沒有反應。

把M在

本生燈火焰中加熱時，會生成固體D。

該固體於高溫時呈橙色，室溫時呈黃色。

a）M、B、C和D可能是甚麼？

b）建議一種測試氣體C的方法。

c）寫出從金屬M的硫化物提取M的化學方程式。

d）i）把一片金屬M放進硝酸銀溶液時，會有甚麼可觀察到的變化？

ii）寫出涉及的反應的離子方程式。

（10分）

答案：

10a）M：

鉛

（1）B：

硝酸鉛（II）溶液

（1）C：

氫氣

（1）D：

氧化鉛（II）

（1）b）用燃燒中的木條檢驗，會發出爆鳴聲。

（1）c）2PbS（s）+3O2（g）2PbO（s）+2SO2（g）

（1）2PbO（s）+C（s）2Pb（s）+CO2（g）

（1）

d）i）鉛會溶解/M會溶解

（1）有灰色的固體澱積

（1）ii）Pb（s）+2Ag+（aq）Pb2+（aq）+2Ag（s）

（1）

11下表展示活性序中一些金屬的提取方法的資料。

金屬

提取方法

提取的難易程度

方法A

困難

容易

碳還原法

直接把礦石加熱

a）簡略描述用來提取活潑金屬的方法A。

b）寫出用碳還原法從氧化銅（II）提取銅的化學方程式。

c）i）舉出一種可代替碳把氧化銅（II）還原的還原劑的名稱。

ii）寫出涉及的反應的化學方程式。

d）寫出用直接加熱的方法從銀的氧化物提取銀的化學方程式。

e）解釋在下列每個情況中有否反應發生。

若有，舉出一個可觀察到的變化。

i）把鋅放進硝酸銀溶液中ii）把銅放進硝酸鎂溶液中f）指出金屬發現的年份與其提取的難易程度的關係。

（10分）

答案：

11a）電解熔融的金屬礦石，

（1）可在負電極取得金屬。

（1）b）2CuO（s）+C（s）2Cu（s）+CO2（g）

（1）c）i）氫/一氧化碳

（1）ii）CuO（s）+H2（g）Cu（s）+H2O（l）

（1）或CuO（s）+CO（g）Cu（s）+CO2（g）d）2Ag2O（s）4Ag（s）+O2（g）

（1）e）i）有反應，因為鋅比銀活潑。

（1）鋅溶解/有灰色的固體澱積。

（1）ii）沒有反應，因為銅的活潑性比鎂的低。

（1）f）愈容易被提取的金屬，愈早被發現。

（1）

12下列的金屬是按其活潑性遞減的次序排列：

金屬a＞金屬b＞金屬c＞鐵＞金屬d＞金屬e＞金屬f根據以上的資料，回答下列的問題。

a）哪種金屬在空氣中很快便會失去光澤？

解釋你的答案。

b）哪種金屬最有可能以元素的狀態存在於自然界中？

解釋你的答案。

c）你認為金屬d會與冷水產生反應嗎？

解釋你的答案。

d）如何從金屬a的礦石提取金屬a？

e）把金屬d的氧化物與焦炭一起加熱時，會有甚麼生成物？

f）建議一個實驗，以顯示金屬b比鐵活潑。

g）可以把金屬c的硝酸鹽溶液儲存於用金屬d製造的容器內嗎？

解釋你的答案。

（12分）

答案：

12a）金屬a

（1）因為它是最活潑的金屬，所以很快與空氣中的氧反應，在表面生成一層氧化物。

（1）b）金屬f

（1）因為它是最不活潑的金屬，所以不容易生成穩定的化合物。

（1）c）不會。

（1）因為鐵與冷水沒有反應，而金屬d的活潑性比鐵的低。

（1）d）電解它的熔融礦石。

（1）e）生成金屬d。

（1）f）把金屬b加進硫酸鐵（II）溶液中。

（1）金屬b可從硫酸鐵（II）溶液中把鐵置換出來。

（1）g）可以。

（1）因為金屬d的活潑性比金屬c的低，所以不會產生置換反應。

（1）

13某學生進行了數個實驗，以測定五種金屬（P、Q、R、S和T）的活潑性的次序。

下表展示實驗的結果。

實驗

金屬

與水的反應

穩定地反應

沒有反應

反應劇烈

沒有反應

與水蒸氣的反應

穩定地反應

沒有反應

反應很緩慢

反應劇烈

沒有反應

與稀氫氯酸的反應

穩定地反應

沒有反應

反應緩慢

爆炸性反應

沒有反應

把金屬氧化物與碳一起加熱

沒有反應

取得金屬Q

取得金屬R

沒有反應

取得金屬T

置換反應

T從Q的硝酸鹽溶液中把Q置換出來

a）從最活潑的金屬開始，把五種金屬按其活潑性遞減的次序排列。

簡略解釋你的答案。

b）i）P可能是甚麼金屬？

ii）寫出金屬P與稀氫氯酸反應的化學方程式。

iii）寫出把金屬P在空氣中加熱時的兩項可觀察到的變化。

c）i）S可能是甚麼金屬？

ii）寫出金屬S與水反應的化學方程式。

iii）用甚麼方法可從S的礦石把S提取？

d）i）產生反應時，R會形成R2+離子。

寫出R與水蒸氣反應的化學方程式。

ii）繪出（i）所述的反應中各生成物的電子結構圖（只須顯示最外層的電子）。

e）金屬Q會生成一化學式為Q2O的氧化物。

i）Q可能是甚麼金屬？

ii）鋅會與Q的硝酸鹽溶液產生反應嗎？

如果會，寫出該反應的離子方程式。

（18分）

答案：

13a）S>P>R>T>Q

（1）P和S都比Q、R和T活潑。

因為P和S會與水反應，Q、R和T則不會與水反應。

（1）S比P活潑，因為S與水的反應比P與水的反應劇烈。

（1）R比Q和T活潑，因為R會與稀氫氯酸緩慢地反應，Q和T卻不會與酸反應。

（1）T比Q活潑，因為T可從Q的硝酸鹽溶液中把Q置換出來。

（1）b）i）鈣

（1）ii）Ca（s）+2HCl（aq）CaCl2（aq）+H2（g）

（1）iii）P燃燒時令火焰呈磚紅色，

（1）並生成白色固體。

（1）c）i）鈉/鉀

（1）ii）2Na（s）+2H2O（l）2NaOH（aq）+H2（g）

（1）或2K（s）+2H2O（l）2KOH（aq）+H2（g）

iii）電解熔融礦石

（1）d）i）R（s）+H2O（g）RO（s）+H2（g）

（1）ii）

（1）

e）i）銀

（1）ii）會。

（1）Zn（s）+2Ag+（aq）Zn2+（aq）+2Ag（s）

（1）

14下表記錄了四種不同金屬及其氧化物的一些反應。

金屬

反應

加進稀氫氯酸中

十分危險！

千萬別嘗試

沒有可觀察到的變化

釋出氣泡

加進硝酸銅（II）溶液中

釋出氣泡

沒有可觀察到的變化

金屬溶解，有棕色的固體澱積

把氧化物直接加熱

沒有可觀察到的變化

生成銀色固體

沒有可觀察到的變化

把氧化物與碳一起加熱

沒有可觀察到的變化

a）把這四種金屬按其活潑性遞減的次序排列。

簡略解釋你的答案。

b）Z在空氣中燃燒時會發出耀眼白光，Z可能是什麼金屬？

寫出它與稀氫氯酸反應的

化學方程式。

c）繪出在（b）所述的反應中各生成物的電子結構圖（只須顯示最外層的電子）。

d）以方程式輔助，解釋把金屬W加進硝酸銅（II）溶液時可觀察到的變化。

e）舉出把金屬Y加進硝酸銅（II）溶液時觀察到的另一項變化，並加以解釋。

（12分）

答案：

14a）W>Z>Y>X

（1）用直接加熱的方法只可把X的氧化物還原，所以X的活潑性最低。

（1）用碳還原法可從Y的氧化物提取Y，W和Z卻不能，顯示W和Z的活潑性比

Y的高。

（1）W最活潑，因為只有W與稀氫氯酸的反應劇烈。

（1）b）鎂

（1）Mg（s）+2HCl（aq）MgCl2（aq）+H2（g）

（1）c）MgCl2:

（1）H2：

（1）

d）W非常活潑，它會與水反應，而不會把銅從硝酸銅（II）溶液中置換出來。

（1）2W（s）+2H2O（l）2WOH（aq）+H2（g）

（1）

e）藍色的溶液漸漸褪色，

（1）因為溶液中銅（II）離子的濃度減少。

（1）

15下表列出了一系列置換反應的結果。

鹽溶液

金屬

X的硝酸鹽

硝酸鉛（II）

硝酸鐵（II）

硝酸銀

―

產生反應

鉛

沒有可觀察到的變化

―

沒有可觀察到的變化

產生反應

鐵

沒有可觀察到的變化

產生反應

―

產生反應

銀

沒有可觀察到的變化

―

a）甚麼是置換反應？

b）列出把X放進硫酸鐵（II）溶液時的兩項可觀察到的變化。

c）根據以上

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