结构性问题1.docx

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结构性问题1

結構性問題

1以下是展示煉油廠內分餾塔的簡單結構圖。

a）石油如何在大自然中形成？

b）i）寫出在分餾塔內發生的過程的名稱。

ii）上述過程涉及物理變化抑或化學變化？

解釋你的答案。

c）i）從分子大小方面解釋為甚麼餾分A的沸點低於餾分D。

ii）指出另外兩項餾分A和餾分D在性質上的差別。

d）i）餾分A和B可能是甚麼？

ii）餾分C和餾分D分別可用作飛機燃料和貨車燃料。

指出餾分C和餾分D分別

可能是甚麼。

iii）餾分E是瀝青。

指出它的一項用途。

e）繪出一附有標示的圖，展示如何在實驗室內進行上述過程。

（17分）

答案：

1a）石油是由幾百萬年前的植物和海洋生物形成的。

它們的遺駭會下沉到海底。

（1）熱力、壓力和細菌作用把這些植物和海洋生物的遺駭慢慢變成石油。

（1）b）i）石油的分餾。

（1）ii）它涉及物理變化，

（1）因為過程中沒有生成新的物質。

（1）c）i）餾分A內的分子較餾分D內的細小，

（1）因此，餾分A內的分子之間的范德華引力較弱。

（1）ii）以下任何兩項：

黏度/易燃性/顏色/燃燒時火焰的黑煙量/揮發性（12）d）i）A：

煉油氣

（1）B：

汽油/石腦油

（1）ii）C：

火水

（1）D：

柴油

（1）iii）它可用來鋪蓋路面。

（1）e）

（3）（裝置正確1分；標示1分；收集餾分的方法1分；如果裝置不可行0分）

2石油是化石燃料。

用以下的實驗裝置可把一石油樣本分離成不同的餾分。

a）為甚麼石油被視為化石燃料？

b）i）寫出上圖展示的過程的名稱。

ii）為甚麼利用上述過程可把石油分離成不同的餾分？

c）i）在實驗裝置中，冷水有甚麼用途？

ii）為甚麼溫度計要放在導管口的旁邊？

d）在約100℃和250℃分別收集得餾分A和餾分B。

指出這兩個餾分在下列各方面的

差別：

i）燃燒時火焰的黑煙量

ii）黏度

iii）分子大小

e）現時，人們對石油的低沸點範圍餾分的需求比其供應大，然而高沸點範圍餾分的供

應卻是過剩。

i）建議一種可把高沸點範圍餾分轉化為低沸點範圍餾分的方法。

ii）利用在（i）建議的方法，除了可生成低沸點範圍餾分外，還可生成某類化合物。

指出這類化合物的名稱，並舉出它的兩項用途。

（12分）

答案：

2a）石油是由幾百萬年前的植物和海洋生物的遺駭形成的。

（1）b）i）分餾

（1）ii）因為石油的成分具有不同的沸點。

（1）c）i）把釋出的蒸氣凝結成液體。

（1）ii）確保所量度的溫度是離開大試管的蒸氣的沸點。

（1）d）i）餾分A燃燒時產生的黑煙較餾分B燃燒時產生的少。

（1）ii）餾分A較易流動，餾分B則較為黏滯。

（1）iii）餾分A內的分子較餾分B內的小。

（1）e）i）裂解作用

（1）ii）烯烴

（1）作為生產塑膠的原料

（1）生產乙醇

（1）

3一名學生用下圖展示的裝置裂解一個辛烷（C8H18）樣本。

a）i）固體X可能是甚麼？

ii）固體X有甚麼功用？

b）為甚麼不應用固定的火焰把礦渣棉加熱？

c）實驗後，該名學生發現燒杯的水面上有一層油性液體。

該油性液體可能是甚麼？

d）在上述實驗中，裂解辛烷會生成兩種烴，兩種烴含有相同數量的碳原子。

i）寫出這個反應的化學方程式。

ii）舉出一個用以鑑別兩種烴的化學測試。

e）實驗後，該名學生想停止加熱，然後把導管移離水面，但他的老師認為他的做法不

恰當。

i）解釋為甚麼他的做法是不恰當的。

ii）舉出一個恰當的做法。

f）提出兩項理由，解釋為甚麼裂解作用是重要的過程。

（12分）

答案：

3a）i）素瓷片/氧化鋁/浮石

（1）ii）它作為催化劑。

/它提供一熾熱的表面，讓反應發生。

（1）b）辛烷可能在未裂解前便已蒸發逸走。

（1）c）未反應的辛烷/液體生成物

（1）d）i）C8H18（l）→C4H10（g）+C4H8（g）

（1）

ii）以下任何一項：

把兩種烴分別與酸化高錳酸鉀溶液混合。

（1）不飽和烴會把紫色的溶液脫色，飽和烴則沒有可觀察到的變化。

（1）或，把兩種烴分別與溶於有機溶劑的溴混合。

不飽和烴會即時把橙色的溴溶液

脫色，飽和烴則沒有可觀察到的變化。

e）i）可能會發生倒吸，

（1）倒吸的水會令灼熱的試管破裂。

（1）ii）先把導管移離水面，才停止加熱。

（1）f）裂解作用可把較大的烴分子分裂成較小的烴分子（如品質優良的汽油），以應付市場

需求。

（1）它亦可生成烯烴。

烯烴可作為石油化工業的原料（如生產塑膠）。

（1）

4下表展示某城市在2005年石油不同餾分的供應量和其需求量：

石油餾分

供應量（百萬噸）

需求量（百萬噸）

煉油氣

5

9

汽油

12

42

石腦油

8

8

火水

30

30

柴油

22

26

重油

64

14

a）解釋為甚麼汽油的需求量大於火水。

b）可用裂解作用把過量的石油餾分轉化為供應不足的石油餾分。

i）

（1）「裂解作用」一詞是甚麼意思？

（2）進行裂解作用需要甚麼條件？

ii）繪出一附有標示的圖，展示在實驗室內進行裂解作用的實驗裝置。

c）汽油內其中一種主要成分是辛烷（C8H18）。

i）繪出辛烷的結構式。

ii）辛烷是飽和烴抑或是不飽和烴？

簡略解釋你的答案。

iii）寫出辛烷完全燃燒時的反應的方程式。

iv）指出你會如何顯示辛烷含有氫和碳。

d）在適合的條件下，辛烷會與氯氣反應。

i）上述反應需要甚麼條件？

ii）寫出反應類別的名稱。

iii）可否利用上述反應製備1-氯辛烷？

簡略解釋你的答案。

（18分）

答案：

4a）汽油是汽車的燃料。

（1）汽車的數量迅速增長，令汽油的需求量大增。

（1）b）i）

（1）裂解作用是把較大的烴分子分裂成較小的烴分子。

（1）

（2）在高壓下加熱/用較低溫與催化劑一起加熱

（1）ii）

（3）（裝置正確1分；收集氣體的方法1分；標示催化劑1分；如果裝置不可行0分）c）i）

（1）ii）飽和烴

（1）它不含碳重鍵（C=C或CC鍵）。

（1）iii）2C8H18（l）+25O2（g）→16CO2（g）+18H2O（l）

（1）iv）在空氣中燃燒辛烷。

（1）用一片乾燥的氯化鈷（II）試紙測試釋出的氣體。

試紙會由藍色變成粉紅色，

顯示氣體含有水蒸氣。

亦顯示辛烷含有氫。

（1）把釋出的氣體通入石灰水，石灰水會變成乳白色，顯示氣體含有二氧化碳。

亦顯示辛烷含有碳。

（1）d）i）在散射的陽光下/在高溫下

（1）ii）取代反應

（1）iii）不能

（1）因為反應會生成一混合物（包括2-氯辛烷、3-氯辛烷等）。

（1）

5a）參照以下六種化合物的結構式。

i）解釋「同系列」一詞。

ii）以上哪些化合物屬於相同的同系列？

iii）寫出化合物A和B的名稱。

iv）把溴蒸氣和化合物B的混合物靜置在散射的陽光中。

寫出預期的可觀察到的變

化，並寫出涉及的反應的一條化學方程式。

b）丙烯和丁-2-烯屬於相同的同系列。

i）

（1）繪出丙烯的電子結構圖。

（只須顯示最外層的電子。

）

（2）寫出丁-2-烯的結構式。

ii）丙炔是一種有機化合物，其結構式是CH3−CºCH。

哪個化合物，丙炔抑或丙烯，

燃燒時會產生較多的黑煙？

解釋你的答案。

iii）除了燃燒和與鹵素的反應外，描述一項化學測試，以鑑別化合物B和丁-2-烯，

並寫出涉及的反應的方程式。

（14分）

答案：

5a）i）同系列是指具有相同通式和官能基的含碳化合物（有機化合物）。

（1）ii）A、C和F。

（2）iii）A：

甲酸

（1）B：

丁烷

（1）iv）橙色的溴蒸氣會被脫色。

（1）C4H10（g）+Br2（g）→C4H9Br（l）+HBr（g）

（1）

b）i）

（1）

（1）

（2）

（1）

ii）丙炔燃燒時會產生較多的黑煙，

（1）因為在丙炔中，碳的質量百比分較高，所以它較難完全燃燒，燃燒時會產生

較多的碳粒。

（1）iii）把酸化高錳酸鉀溶液分別加在兩種化合物上。

（1）丁-2-烯會把酸化高錳酸鉀溶液脫色，丁烷卻不能。

（1）CH3CH=CHCH3（g）+[O]+H2O（l）→CH3CH（OH）CH（OH）CH3（aq）

（1）

6一名學生想探究丙烯和丁-1-烯的一些性質。

a）i）寫出丙烯和丁-1-烯的結構式。

ii）以丙烯和丁-1-烯為例子，舉出同系列物質的兩個特徵。

iii）指出丙烯和丁-1-烯在化學性質上的一項差別。

b）該名學生嘗試利用以下的裝置測定烴W的分子式：

把已知質量的烴W在過量的氧中加熱，取得以下的結果。

實驗前U-型A的質量=70.435g

實驗前U-型B的質量=67.544g

實驗後U-型A的質量=84.493g

實驗後U-型B的質量=101.908g

i）在上述實驗中，下列兩種物質分別有甚麼功用？

（1）無水氯化鈣

（2）氫氧化鈉粒

ii）計算烴W的實驗式。

iii）如果烴W的相對分子質量是308.0，烴W的分子式是甚麼？

iv）指出上述實驗的兩項假設。

（相對原子質量：

H=1.0，C=12.0，O=16.0）

（16分）

答案：

6a）i）

（12）

ii）以下任何兩項：

同系列的物質具有相同通式；

（1）丙烯和丁-1-烯的通式都是CnH2n。

（1）同系列物質的物理性質會逐漸改變；

（1）丁-1-烯的沸點較丙烯的高。

（1）同系列的物質具有相似的化學性質；丙烯和丁-1-烯兩者皆會與酸化高錳酸鉀

溶液產生加成反應/與溶於有機溶劑的溴產生加成反應。

iii）丙烯燃燒時產生較少的黑煙。

（1）b）i）

（1）吸收生成的水或水蒸氣。

（1）

（2）吸收生成的二氧化碳。

（1）ii）生成的水的質量=84.493g−70.435g=14.058g生成的水的摩爾數=14.058g÷（21.0+16.0）gmol-1=0.781mol在W內氫的摩爾數=20.781mol=1.562mol

（1）生成的二氧化碳的質量=101.908g−67.544g=34.364g

生成的二氧化碳的摩爾數=34.364g÷（12.0+216.0）gmol-1=0.781mol在W內碳的摩爾數=0.781mol

（1）∴碳的摩爾數：

氫的摩爾數=0.781:

1.562=1:

2W的實驗式是CH2。

（1）iii）假設W的分子式是（CH2）n。

n（12.0+21.0）=308.0

（1）n=22W的分子式是C22H44。

（1）iv）W會在空氣中完全燃燒，生成二氧化碳和水。

（1）所有生成的水和二氧化碳均分別被無水氯化鈣和氫氧化鈉粒完全吸收。

（1）

7以下的方程式表示在裂解作用中一個可能發生的反應。

C11H24→飽和烴A+不飽和烴B

a）「裂解作用」一詞是甚麼意思？

b）「不飽和烴」是甚麼意思？

c）每個A的分子含有8個碳原子。

i）A的分子式是甚麼？

ii）寫出B的結構式。

iii）B屬於哪個同系列？

iv）舉出B的一項用途。

d）哪一個化合物，A抑或B，在完全燃燒後會產生相同摩爾數的二氧化碳和水。

解釋

你的答案。

e）可用A作為汽車的燃料。

i）燃燒A會產生二氧化碳，導致溫室效應。

解釋為甚麼二氧化碳會導致溫室效應。

ii）

（1）汽車廢氣也含有一氧化碳和氮的氧化物。

為甚麼？

（2）指出一氧化碳的一項不良影響。

（3）以化學方程式輔助，解釋二氧化氮如何導致酸雨。

（17分）

答案：

7a）裂解作用是利用高溫或/和催化劑把大的烴分子分裂成較小的烴分子。

（1）b）不飽和烴是只含有氫和碳原子的有機化合物。

（1）它還含有碳重鍵（C=C或CC鍵）。

（1）c）i）C8H18

（1）ii）

（1）iii）烯烴

（1）iv）它可用作生產石油化工產品的原料，例如塑膠。

（1）d）B

（1）表示A完全燃燒的方程式：

2C8H18（l）+25O2（g）→16CO2（g）+18H2O（l）

（1）表示B完全燃燒的方程式：

2C3H6（g）+9O2（g）→6CO2（g）+6H2O（l）

（1）因此，B完全燃燒時會產生相同摩爾數的二氧化碳和水。

e）i）二氧化碳會把從地面反射回大氣層的紅外線困著，

（1）被困著的紅外線令地球溫暖。

（1）ii）

（1）一氧化碳：

因燃料（A）的不完全燃燒產生。

（1）氮的氧化物：

在汽車引擎內，高溫（或火花）會令空氣中的氮和氧反應，

生成氮的氧化物。

（1）

（2）它是有毒的。

/它會減低血液運送氧的功能，令人昏眩，甚至死亡。

（1）（3）二氧化氮會溶於雨水中，形成酸雨。

（1）2NO2（g）+H2O（l）→HNO2（aq）+HNO3（aq）

（1）

8煤氣是常用的家居燃料，由多種氣體混合而成。

a）寫出煤氣中含量最豐富的氣體。

b）舉出一種測試在（i）提及的氣體的方法。

c）在沒有空氣的情況下，把煤氣通過熾熱的氧化銅（II），會有甚麼可觀察到的變化？

以方程式輔助，簡略解釋你的答案。

d）如果你的家居泄漏煤氣，解釋為甚麼

i）你應立即打開所有門窗；

ii）你不應把電器關掉。

e）解釋為甚麼生產商要在煤氣中加入添味劑。

f）數十年前，人們時常使用火水作為家居燃料，但現時已幾乎完全被液化石油氣或煤

氣取代。

指出使用火水的一項缺點。

（10分）

答案：

8a）氫

（1）b）用燃燒中的木條檢驗，會發出爆鳴聲。

（1）c）黑色氧化銅（II）會變成棕色（銅）。

（1）煤氣含有一氧化碳和氫，會把氧化銅（II）還原為銅。

（1）CuO（s）+CO（g）→Cu（s）+CO2（g）

（1）CuO（s）+H2（g）→Cu（s）+H2O（l）

（1）d）i）令室內空氣更流通。

（1）ii）把電器關掉會引發火花，可能會點燃煤氣，引致爆炸。

（1）e）把添味劑加入煤氣中可讓用戶更容易察覺到煤氣泄漏。

（1）f）火水是揮發性高的液體，容易引致火災。

（1）

9a）丁烷是液化石油氣（LPG）的一種主要成分。

液化石油氣是從石油獲取的。

i）如何從石油取得液化石油氣？

ii）建議另一種取得液化石油氣的方法。

iii）寫出丁烷的結構式。

iv）寫出把丁烷完全燃燒的方程式。

v）建議一種檢驗方法，測試丁烷完全燃燒時的其中一種生成物。

vi）在常溫常壓下，丁烷以氣體形式存在。

怎樣可把處於常溫的丁烷液化？

b）舉出一個原因，解釋為甚麼目前許多柴油的士已轉用液化石油氣。

c）液化石油氣亦是常用的家居燃料。

i）指出使用液化石油氣作為家居燃料時應採取的兩項安全措施。

ii）指出使用液化石油氣作為家居燃料的一項潛在危險。

（10分）

答案：

9a）i）透過石油的分餾。

（1）ii）把高沸點範圍的餾分進行裂解。

（1）iii）

（1）iv）2C4H10（g）+13O2（g）→8CO2（g）+10H2O（l）

（1）v）以下任何一項：

（1）二氧化碳把石灰水變成乳白色。

水把乾燥的氯化鈷（II）試紙由藍色變成粉紅色。

水把無水硫酸銅（II）由白色變成藍色。

vi）高壓

（1）b）液化石油氣是較柴油潔淨的燃料。

/燃燒時，液化石油氣比柴油產生較少的微粒

或一氧化碳。

（1）c）i）以下任何兩項：

（12）不要把過量液化石油氣儲存在屋內。

定期由合資格的技工檢查膠喉。

不要把液化石油氣放近火焰或熾熱的地方。

把煮食爐具搬離易燃物品。

燃燒液化石油氣時，要確保室內空氣流通。

離開前切記把煮食爐具關上。

ii）液化石油氣可能會引致爆炸。

（1）

10下表展示烷烴首四個成員和烯烴首三個成員的熔點和沸點的資料。

烷烴

熔點（℃）

沸點（℃）

甲烷

-182

-162

乙烷

-183

-89

丙烷

-190

-42

丁烷

-138

-0.5

烯烴

熔點（℃）

沸點（℃）

乙烷

-169

-104

丙烷

-185

-47

丁-1-烯

-185

-6

a）烷烴和烯烴都是烴。

「烴」的意思是甚麼？

b）上列哪個或哪些烴在-100℃時是液體？

c）i）寫出烷烴的通式。

ii）指出和解釋烷烴的沸點的趨勢。

iii）指出烷烴的另外兩項與沸點展示相同趨勢的物理性質。

d）天然氣是烴的混合物。

i）天然氣源自甚麼？

ii）指出天然氣的主要成分。

iii）寫出天然氣的主要成分完全燃燒時的方程式。

e）乙烯和丙烯是否具有相似的化學性質？

解釋你的答案。

f）i）乙烷和乙烯都會與鹵素反應。

但是，兩者的反應條件不同。

指出其中的分別。

ii）乙烷和乙烯在哪一項反應上的表現相似？

寫出涉及乙烷或乙烯的反應的化學方

程式。

（15分）

答案：

10a）烴是只含有氫原子和碳原子的化合物。

（1）b）乙烷、丙烷、丁烷、丙烯和丁-1-烯。

（1）c）i）CnH2n+2

（1）ii）烷烴的沸點隨着分子內的碳原子數目增加而上升。

（1）隨着烷烴分子內的碳原子數目增加，分子間的范德華引力亦會增加。

（1）因此，需要更大的能量才能破壞分子間的引力。

（1）iii）密度和黏度會隨著烷烴分子內的碳原子數目增加而上升。

（1,1）d）i）天然氣是由數百萬年前的植物和海洋生物的遺駭形成的。

（1）ii）甲烷

（1）iii）CH4（g）+2O2（g）→CO2（g）+2H2O（l）

（1）

e）是，因為它們都具有相同的官能基（C=C鍵）。

（1）f）i）乙烷只會在陽光下與鹵素反應，乙烯則不必在陽光下亦能與鹵素反應。

（1）ii）乙烷與乙烯都會在空氣中燃燒。

（1）2C2H6（g）+7O2（g）→4CO2（g）+6H2O（l）/C2H4（g）+3O2（g）→2CO2（g）+2H2O（l）

（1）

11在汽車排氣系統內安裝催化轉化器，能減低未燃燒的碳氫化合物（例如C8H18）和另外

兩種污染物的排放。

下圖展示催化轉化器內的結構。

a）寫出在催化轉化器內使用的催化劑的名稱。

b）i）安裝催化轉化器如何能減低未燃燒的碳氫化合物（例如C8H18）的排放？

ii）寫出涉及的反應的化學方程式。

c）i）催化轉化器能減低另外哪兩種污染物的排放？

ii）寫出涉及的反應的化學方程式。

d）i）舉出一項理由，解釋為甚麼裝置催化轉化器的汽車應使用無鉛汽油。

ii）舉出汽車使用無鉛汽油的另一項好處。

e）即使把以上所有空氣污染物除去，汽車廢氣仍會造成環境問題。

為甚麼？

f）除了使用催化轉化器，舉出另一項可減輕汽車造成空氣污染的方法。

（12分）

答案：

11a）鉑

（1）b）i）碳氫化合物會被氧化，

（1）生成二氧