亞洲大學 114 年 《化學》

核心觀念

本題考查 SI（International System of Units，國際單位制）詞頭所代表的十進位倍率。SI 詞頭接在基本單位前方，用來表示該單位乘上的 $10$ 的次方：

• milli：$10^{-3}$
• centi：$10^{-2}$
• deci：$10^{-1}$
• kilo：$10^{3}$

因此，題目所問的倍率 $10^{-3}$ 對應 milli。

解題方法

直接比對各 SI 詞頭的定義：

$$10^{-3}=\frac{1}{1000}$$

因此：

$$1\ \mathrm{mm}=10^{-3}\ \mathrm{m}$$

也就是 $1$ 公釐（millimeter）等於 $0.001$ 公尺，故 $10^{-3}$ 對應 milli。

選項分析

• (A) milli：正確
  milli 代表 $10^{-3}$，例如：
  $1\ \mathrm{mg}=10^{-3}\ \mathrm{g}$

核心觀念

滴定管的刻度由上而下遞增，且「0」位於上方。因此，液體流出的體積應直接讀取液面相對於 $0\ \mathrm{mL}$ 的刻度，而不是以滴定管總容量減去讀值。

讀取透明液體時，應以凹形液面的最低點為準。圖中液面最低點約在 $22\ \mathrm{mL}$ 刻度處。

解題方法

滴定管最小刻度為 $1\ \mathrm{mL}$，讀值須估讀到下一位小數，因此應記錄至 $0.1\ \mathrm{mL}$：

$$V = 22.0\ \mathrm{mL}$$

由於題目指定以零點為參考，故液體已流出的體積就是滴定管讀值：

$$V_{\text{流出}}=22.0\ \mathrm{mL}$$

選項分析

• (A) $20\ \mathrm{mL}$：錯誤。
  只讀到 $20\ \mathrm{mL}$ 的整刻度，未讀取液面低於 $20\ \mathrm{mL}$ 刻度的部分，

核心觀念

本題考查有效數字（significant figures）的判定規則。有效數字是用來表示測量值精確程度的數字，判定時須注意「零」在數字中的位置。

主要規則如下：

1. 非零數字皆為有效數字。
2. 夾在兩個非零數字之間的零，為有效數字。
3. 小數點後、位於數字末端的零，為有效數字。
4. 整數末端的零若沒有小數點，通常無法僅由寫法判定是否為有效數字。

解題方法

題目中的數字為：

$$34.00500$$

逐一判斷每一位：

• $3$：非零數字，為有效數字。
• $4$：非零數字，為有效數字。
• $0、0$：位於 $4$ 與 $5$ 之間，屬於夾在非零數字之間的零，皆為有效數字。
• $5$：非零數字，為有效數字。
• $0、0$：位於小數點後且位於數字末端，表示測量精確到小數點後第五位，皆為有效數字。

因此：

$$34.00500$$

共有：

$$3、4、0、0、5、0、0$$

核心觀念

本題考查科學記號的乘法，以及乘除法中的有效數字規則：

• 數值部分相乘。
• $10$ 的次方相乘時，指數相加。
• 乘法結果須保留與原數中有效數字最少者相同的位數。

其中：

• $5.45$ 有 3 位有效數字。
• $6.0$ 有 2 位有效數字。

因此答案須保留 2 位有效數字。

解題方法

先分別計算係數與 $10$ 的次方：

$$(5.45\times10^3)(6.0\times10^{-3}) =(5.45\times6.0)\times10^{3+(-3)}$$ $$=32.7\times10^0=32.7$$

乘法結果須保留 2 位有效數字：

$$32.7\longrightarrow 33$$

再寫成科學記號：

$$33=3.3\times10^1$$

選項分析

核心觀念

本題考攝氏溫標、華氏溫標與絕對溫標 Kelvin 之間的換算關係：

$$T_{\mathrm{^\circ C}}=\frac{5}{9}\left(T_{\mathrm{^\circ F}}-32\right)$$ $$T_{\mathrm K}=T_{\mathrm{^\circ C}}+273.15$$

Kelvin 是絕對溫標，單位寫作 $\mathrm{K}$，不加度數符號。

解題方法

先將華氏溫度換算成攝氏溫度：

$$T_{\mathrm{^\circ C}} =\frac{5}{9}(82.7-32)$$ $$=\frac{5}{9}\times 50.7 =28.1667\ ^\circ\mathrm{C}$$

再將攝氏溫度換算成 Kelvin：

$$T_{\mathrm K}=28.1667+273.15 =301.3167\ \mathrm{K}$$

依有效數字取至小數點後一位：

$$\boxed{82.7\ ^\circ\mathrm F=301.3\ \mathrm K}$$

選項分析

核心觀念

本題考查溫度尺度之間的換算，重點是 Kelvin（K）與攝氏溫度（$^\circ\mathrm{C}$）的關係：

$$T_{\mathrm{K}}=T_{^\circ\mathrm{C}}+273.15$$

因此：

$$T_{^\circ\mathrm{C}}=T_{\mathrm{K}}-273.15$$

Kelvin 與攝氏溫度的「溫度差」相同，但兩者的零點不同；$0\ \mathrm{K}$ 相當於 $-273.15^\circ\mathrm{C}$。

華氏溫度的換算式為：

$$T_{^\circ\mathrm{F}}=\frac{9}{5}T_{^\circ\mathrm{C}}+32$$

解題方法

題目給定：

$$T_{\mathrm{K}}=483.7\ \mathrm{K}$$

先換算成攝氏溫度：

$$T_{^\circ\mathrm{C}} =483.7-273.15 =210.55^\circ\mathrm{C}$$

依有效數字及選項呈現方式，可寫為約：

$$T_{^\circ\mathrm{C}}\approx210.7^\circ\mathrm{C}$$

本題選項採用 $273$ 作為 Kelvin 與攝氏溫度的近似換算值，因此：

$$483.7-273=210.7^\circ\mathrm{C}$$

所以正確選項為 $210.7^\circ\mathrm{C}$。

若進一步換算成華氏溫度：

$$T_{^\circ\mathrm{F}} =\frac{9}{5}(210.55)+32 =410.99^\circ\mathrm{F} \approx411.0^\circ\mathrm{F}$$

此數值不在選項中。

選項分析

(A) $210.7^\circ\mathrm{F}$：錯誤

$483.7\ \mathrm{K}$ 先換算為約 $210.7^\circ\mathrm{C}$，不是 $210.7^\circ\mathrm{F}$。若換算成華氏溫度，應約為：

核心觀念

本題考查「單位換算」與「因次分析」。已知：

• $1\ \mathrm{qt}=32\ \mathrm{fluid\ oz}$
• $1\ \mathrm{L}=1.0567\ \mathrm{qt}$

題目中的 $15$-oz bottle of pop 指的是 $15$ 液量盎司，即 $15\ \mathrm{fluid\ oz}$。必須先將液量盎司換成夸脫，再將夸脫換成公升。

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解題方法

採用連乘單位換算，使每一步的原單位相消。

第一步：液量盎司換成夸脫

由 $1\ \mathrm{qt}=32\ \mathrm{fluid\ oz}$：

$$15\ \mathrm{fluid\ oz} \times \frac{1\ \mathrm{qt}}{32\ \mathrm{fluid\ oz}} = \frac{15}{32}\ \mathrm{qt} = 0.46875\ \mathrm{qt}$$

第二步：夸脫換成公升

由 $1\ \mathrm{L}=1.0567\ \mathrm{qt}$，可寫成：

$$1\ \mathrm{qt} = \frac{1}{1.0567}\ \mathrm{L}$$

因此：

$$0.46875\ \mathrm{qt} \times \frac{1\ \mathrm{L}}{1.0567\ \mathrm{qt}} = 0.4436\ \mathrm{L}$$

依有效數字取約兩位：

$$0.4436\ \mathrm{L}\approx 0.44\ \mathrm{L}$$

所以正確選項為 $(D)$。

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選項分析

• (A) $0.47\ \mathrm{L}$：錯誤。
  $0.47$ 是 $15/32=0.46875$ 的數值，單位仍是 $\mathrm{qt}$，尚未完成夸脫到公升的換算。

核心觀念

本題考查常用英美制與公制單位的換算，以及「換算因子」的意義。

換算因子必須是數值上等於 $1$ 的比例，例如：

$$\frac{1\ \mathrm{in}}{2.54\ \mathrm{cm}}=1$$

因為 $1\ \mathrm{in}=2.54\ \mathrm{cm}$。使用換算因子時，分子、分母可依需求安排，使原單位消去。

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解題方法

逐一確認各選項所表示的單位等式是否正確：

• 英吋與公分：$1\ \mathrm{in}=2.54\ \mathrm{cm}$
• 碼、英呎與英吋：$1\ \mathrm{yd}=3\ \mathrm{ft}=36\ \mathrm{in}$
• 磅與公斤：$1\ \mathrm{kg}\approx2.205\ \mathrm{lb}$
• 英呎與英吋：$1\ \mathrm{ft}=12\ \mathrm{in}$

其中：

$$1\ \mathrm{yd}=36\ \mathrm{in}$$

再利用 $1\ \mathrm{in}=2.54\ \mathrm{cm}$：

$$1\ \mathrm{yd} =36\times2.54\ \mathrm{cm} =91.44\ \mathrm{cm} =0.9144\ \mathrm{m}$$

因此正確的碼與公尺換算應為：

$$1\ \mathrm{yd}=0.9144\ \mathrm{m}$$

所以正確換算因子應寫成：

$$\frac{1\ \mathrm{yd}}{0.9144\ \mathrm{m}}$$

而不是選項中的：

$$\frac{1\ \mathrm{yd}}{1.094\ \mathrm{m}}$$

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選項分析

(A) $\dfrac{1\ \mathrm{in}}{2.54\ \mathrm{cm}}$

正確。國際定義為：

$$1\ \mathrm{in}=2.54\ \mathrm{cm}$$

因此：

$$\frac{1\ \mathrm{in}}{2.54\ \mathrm{cm}}=1$$

此比例可作為換算因子。

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(B) $\dfrac{1\ \mathrm{yd}}{1.094\ \mathrm{m}}$

錯誤。由英吋換算可得：

核心觀念

本題考查「化學變化」與「物理變化」的判斷。

• 物理變化：物質的狀態、形狀或大小改變，但物質的化學組成不變，通常可用物理方法恢復。
• 化學變化：物質經反應生成一種或多種新物質，化學組成與性質改變，通常不易恢復原狀。

判斷關鍵是：是否生成新物質，而不只是外觀、形狀或物態改變。

解題方法

逐一判斷各選項的變化本質：

1. 若只是固態、液態、氣態之間的轉換，屬於物理變化。
2. 若只是物體被切碎、剖開或改變形狀，仍屬於物理變化。
3. 若加熱造成分子結構改變、生成性質不同且難以恢復的物質，屬於化學變化。

選項分析

(A) boiling water（水沸騰）

水由液態變為氣態：

$\ce{H2O(l) ->[\Delta] H2O(g)}$

水分子本身仍是 $\ce{H2O}$，只改變分子間距離與排列狀態，沒有生成新物質。因此水沸騰是物理變化。

(B) melting ice（冰融化）

冰由固態變為液態：

$\ce{H2O(s) -> H2O(l)}$

固態冰與液態水的化學組成皆為 $\ce{H2O}$，只是物態改變。因此冰融化是物理變化。

(C) chopping wood（劈砍木材）

核心觀念

化學變化（chemical change）是物質經由化學反應，原子間的鍵結重新排列，生成一種以上新物質的過程。反應前後原子的種類與總數守恆，但物質的組成、結構與性質會改變。

例如氫氣與氧氣反應生成水：

$$\ce{2H2(g) + O2(g) -> 2H2O(l)}$$

反應物 $\ce{H2}$、$\ce{O2}$ 與生成物 $\ce{H2O}$ 的化學組成和性質不同，因此屬於化學變化。

化學變化不以是否發生相變化作為判斷依據。相變化如熔化、沸騰、凝結，只改變物質的物理狀態，未生成新物質，通常屬於物理變化。

解題方法

本題應先掌握化學變化的定義，再逐一檢查各選項是否符合：

1. 是否必須發生相變化？
2. 反應後原物質是否絕對不能再生？
3. 是否完全不會發生相變化？
4. 是否生成與起始物質不同的新物質？

符合「生成新物質」這項核心定義的選項，即為正確敘述。

選項分析

(A) a phase change must occur in a chemical reaction.

錯誤。化學反應不一定伴隨相變化。例如氫氣與氧氣皆為氣體，反應生成水蒸氣時：

$$\ce{2H2(g) + O2(g) -> 2H2O(g)}$$

反應前後皆可為氣相，但已生成新的化合物 $\ce{H2O}$，因此仍是化學變化。

(B) the original material can never be regenerated after a reaction is completed.

錯誤。「can never」是絕對化敘述。許多化學反應具有可逆性，生成物可在適當條件下再轉變回反應物。例如氨的合成反應：

核心觀念

本題考查「化學性質」與「物理性質」的區分。

• 化學性質：物質必須發生化學變化，才能觀察到的性質，例如反應性、可燃性、氧化性、還原性、抗腐蝕性。
• 物理性質：不改變物質化學組成即可觀察到的性質，例如顏色、硬度、密度、熔點。

金屬是否容易與其他物質反應，屬於化學性質。金具有高度化學穩定性，不易與氧氣及多數常見物質反應，因此可描述為 inert metal。

解題方法

逐一判斷各選項描述的是：

1. 外觀或可測量的物理特徵；
2. 是否涉及化學反應或反應傾向。

若描述顏色、軟硬、密度，均屬物理性質；若描述金的反應性與化學穩定性，則屬化學性質。

選項分析

(A) Gold is a yellow metal.

金是黃色金屬，描述的是金的顏色。觀察顏色不需要使金發生化學反應，也不會改變其化學組成，因此屬於物理性質，錯誤。

(B) Gold is an inert (nonreactive) metal.

金屬是否容易與其他物質反應，反映其化學反應性。金不易被氧化，常溫下不易與空氣中的氧氣反應，因此「inert」與「nonreactive」描述的是金的化學性質，正確。

核心觀念

本題考查「混合物（mixture）」與「純物質（pure substance）」的區別。

• 純物質：組成固定，具有一定且固定的化學組成。
• 元素（element）：由同一種原子組成，例如金 $\ce{Au}$。
• 化合物（compound）：由兩種以上元素以固定比例經化學鍵結合，例如氟化氫 $\ce{HF}$、水 $\ce{H2O}$。
• 混合物：兩種或兩種以上物質以物理方式混合，組成比例可變，各成分通常保有原本的性質，也可用物理方法分離。

空氣主要由氮氣、氧氣、氬氣、二氧化碳及水蒸氣等多種物質組成，各成分比例可因地點、時間與環境而改變，因此屬於混合物。

解題方法

逐一判斷各選項是元素、化合物，還是由多種物質組成的混合物：

1. 若只有一種元素組成，為元素。
2. 若由不同元素以固定比例化學結合，為化合物。
3. 若含有多種物質，且比例可變，為混合物。

空氣含有多種氣體：

$$\text{Air} \approx \ce{N2}+\ce{O2}+\ce{Ar}+\ce{CO2}+\ce{H2O(g)}+\cdots$$

這些成分並非以固定比例形成單一化合物，而是彼此物理混合，所以空氣是混合物。

選項分析

(A) Hydrogen fluoride

核心觀念

混合物是由兩種以上物質以物理方式混合而成，組成比例可變，且各成分通常保有原本的化學性質。

均勻混合物（homogeneous mixture）在任何位置的組成與性質皆相同，也稱為溶液（solution）。溶液由溶質（solute）與溶劑（solvent）組成，型態可為固態、液態或氣態，例如：

• 食鹽水：食鹽為溶質，水為溶劑。
• 空氣：多種氣體均勻混合而成。
• 黃銅：銅與鋅形成的均勻固態混合物。

解題方法

題幹指出：

A homogeneous mixture is also called ____.

關鍵字是「homogeneous mixture」，也就是組成均勻、各處性質相同的混合物。化學上的正式名稱為 solution，因此選擇 solution。

選項分析

(A) a heterogeneous mixture（非均勻混合物）

錯誤。heterogeneous mixture 指非均勻混合物，各部分的組成或性質不同，例如油水混合物、花崗岩。它與 homogeneous mixture 相反。

核心觀念

本題考察「物質分類」：

• 元素（element）：由同一種原子組成，無法以化學方法再分解成更簡單的物質。
• 化合物（compound）：由兩種以上不同元素以固定比例，透過化學鍵結合而成，可用化學方法分解。
• 均勻混合物（homogeneous mixture）：組成均一，但各成分未形成固定化學比例的化學物質。
• 非均勻混合物（heterogeneous mixture）：組成不均一，可觀察到不同區域或不同相。

水的化學式為：

$$\ce{H2O}$$

表示每個水分子由 2 個氫原子與 1 個氧原子以固定比例組成。氫與氧之間形成化學鍵，因此水是由不同元素組成的化合物。

水可透過電解分解為氫氣與氧氣：

$$\ce{2H2O(l) ->[電解] 2H2(g) + O2(g)}$$

這也符合化合物「可藉由化學方法分解」的定義。

解題方法

判斷物質分類時，依序確認兩件事：

1. 是否只含一種元素？
2. 不同元素之間是否以固定比例形成化學物質？

水由氫元素與氧元素組成，且比例固定為 $\ce{H:O = 2:1}$，分子組成固定為 $\ce{H2O}$。因此水不是元素，而是化合物。

題目中的 water 若指純水或水這種物質本身，分類為化合物。生活中的河水、海水含有鹽類、礦物質與氣體，則屬於混合物；但那是「天然水樣」的分類，不是本題對純水的判斷。

核心觀念

本題考查「混合物與化合物的區別」以及「物理方法與化學方法的判斷」。

• 混合物（mixture）：由兩種以上物質以物理方式混合而成，各成分仍保有原本的性質，可利用物理方法分離。
• 化合物（compound）：不同元素以化學鍵按照固定比例結合，必須經由化學反應才能分解成組成元素。
• 物理方法：不改變物質的化學組成，例如過濾、蒸餾、萃取、結晶。
• 化學方法：涉及化學鍵的斷裂或形成，使物質轉變為不同化學物質，例如電解、熱分解、氧化還原反應。

因此，判斷關鍵是：該過程是否需要改變物質的化學組成。

解題方法

逐一判斷各敘述所描述的對象：

1. 若是分離混合物，通常利用各成分物理性質的差異，屬於物理方法。
2. 若是將化合物分解為組成元素，必須破壞化學鍵，屬於化學方法。

題目問的是哪些過程需要化學方法，因此找出涉及「化合物分解」的選項即可。

選項分析

(A) Separating a homogeneous mixture into pure substances.

均勻混合物可藉由各成分沸點、溶解度等物理性質差異分離。

例如，乙醇與水的均勻混合物可利用分餾分離；分餾過程只是反覆汽化與凝結：

$$\text{液體} \rightleftharpoons \text{蒸氣}$$

過程中沒有生成新物質，也沒有改變各成分的化學組成，因此屬於物理方法，不需要化學方法。

錯誤。

(B) Separating a heterogeneous mixture into pure substances.

核心觀念

物質的三態具有不同的形狀與體積特性：

• 固體：具有固定形狀與固定體積。
• 液體：具有固定體積，但沒有固定形狀，會隨容器形狀改變。
• 氣體：沒有固定形狀，也沒有固定體積，會充滿容器。

液體樣品本身具有一定的質量、密度與體積；倒入不同容器時，只有外形會改變。

解題方法

題幹問：

A sample of a liquid does not have a definite ______.

意思是「一份液體樣品沒有固定的哪一項性質？」

判斷液體的基本特徵：

$$\text{液體：固定體積，沒有固定形狀}$$

因此，液體雖然占有固定體積，但會依照容器改變外觀形狀，所以答案為 shape。

選項分析

(A) mass（質量）

錯誤。特定液體樣品所含的物質量固定，因此在不增減樣品的情況下，質量具有確定值。例如同一杯液體的質量不會因換成不同形狀的容器而改變。

核心觀念

蒸餾（distillation）是利用混合物中各成分揮發性或沸點不同，先加熱使較易揮發的成分汽化，再冷卻使蒸氣凝結，以達到分離與純化的目的。

蒸餾主要涉及下列相變化：

$$\text{液體} \xrightarrow{\text{加熱}} \text{氣體}$$

以及後續的：

$$\text{氣體} \xrightarrow{\text{冷卻}} \text{液體}$$

本題問「usually involved」的相變化，選項中符合蒸餾核心步驟的是液體轉變為氣體，即汽化（vaporization）。

解題方法

判斷蒸餾的基本流程：

1. 混合液受熱。
2. 沸點較低、揮發性較高的液體先汽化。
3. 蒸氣進入冷凝管。
4. 蒸氣冷卻後凝結成液體。

因此，蒸餾一定會先涉及液體的汽化：

$$\ce{liquid ->[\Delta] gas}$$

選項中的「Liquid to gas」正好描述此過程。

選項分析

• (A) Solid to liquid

核心觀念

化合物（chemical compound）是由兩種以上不同元素的原子，以固定比例透過化學鍵結合而成的純物質。其最小單位必須能代表該化合物的組成與性質，在本題選項中以 molecule（分子） 表示。

例如水由氫、氧組成，其最小分子為：

$\ce{H2O}$

一個 $\ce{H2O}$ 分子含有 2 個氫原子與 1 個氧原子，能表示水的固定組成比例。

解題方法

題幹問：

The smallest unit of a chemical compound is a(n) _____.

關鍵在於辨認「化合物的最小單位」。化合物是由不同元素的原子組成，而能夠獨立表示化合物組成的基本單位稱為 分子（molecule）。

因此選擇：

$\boxed{\text{molecule}}$

需補充的是，離子化合物通常不以獨立分子存在，而以「化學式單位（formula unit）」表示，例如 $\ce{NaCl}$。但本題選項沒有 formula unit，依一般基礎化學命題慣例，正確答案為 molecule。

選項分析

• (A) atom

核心觀念

本題考查「地球表層各元素的相對豐度」，通常以總質量百分比判斷元素是否最豐富。

氧元素廣泛存在於：

• 地殼中的矽酸鹽、金屬氧化物，例如 $\ce{SiO2}$、$\ce{Al2O3}$、$\ce{Fe2O3}$
• 海洋中的水 $\ce{H2O}$
• 大氣中的氧氣 $\ce{O2}$，約占體積的 $21\%$

因此，綜合地殼、海洋與大氣，氧是地球上最豐富的元素。

解題方法

判斷地球元素豐度時，應掌握以下重點：

1. 地殼主要由含氧礦物組成，氧約占地殼質量的 $46\%$。
2. 海洋雖以水為主，但水中氧的質量分率為

$$\frac{16}{2(1)+16}=\frac{16}{18}\approx 88.9\%$$

3. 大氣中雖以氮氣 $\ce{N2}$ 為主，氧氣 $\ce{O2}$ 約占 $21\%$，但大氣僅占地球總質量極小部分。

綜合上述三個部分，氧的總含量最高，故選 $\text{(B)}$。

選項分析

(A) silicon（矽）錯誤

矽是地殼中重要元素，常與氧形成矽酸鹽或二氧化矽，例如：

核心觀念

本題考查「人體中各元素的含量比較」，通常以人體總質量的百分比作為判定標準。

人體主要由水、蛋白質、脂質、醣類及無機鹽組成。其中水約占人體質量的 $60\%\sim 70\%$，而水的化學式為 $\ce{H2O}$。氧元素存在於水及多數有機分子中，因此按質量百分比計算，氧是人體含量最多的元素，約占人體質量的 $65\%$。

人體主要元素按質量大致排序為：

$$\ce{O} > \ce{C} > \ce{H} > \ce{N}$$

其中氧約占 $65\%$，碳約占 $18\%$，氫約占 $10\%$，氮約占 $3\%$。

解題方法

判斷「人體中最豐富的元素」時，採用生物體元素組成的標準分類，預設比較的是質量百分比。

由於人體含有大量水：

$$\ce{H2O}$$

水分子中雖然氫原子數量較多，但氧原子的原子量較大：

$$M(\ce{H2O})=2(1)+16=18$$

因此在 $18\ \mathrm{g}$ 的水中：

• 氫的質量為 $2\ \mathrm{g}$
• 氧的質量為 $16\ \mathrm{g}$

氧占水的質量百分比為：

$$\frac{16}{18}\times 100\% \approx 88.9\%$$

所以人體雖然含有大量水，水所貢獻的質量主要來自氧元素；再加上氧也存在於醣類、脂質、蛋白質及其他生物分子中，故人體按質量計算，最豐富的元素為氧。

選項分析

(A) carbon

核心觀念

本題考查元素符號的辨識。元素符號通常由元素英文名稱或拉丁文名稱衍生而來，第一個字母必須大寫，第二個字母若有則小寫。

$\ce{Sn}$ 是錫（tin）的元素符號，名稱源自拉丁文 stannum。

解題方法

直接比對各選項元素的標準元素符號：

• 錫：$\ce{Sn}$
• 硫：$\ce{S}$
• 鍶：$\ce{Sr}$
• 矽：$\ce{Si}$

因此，$\ce{Sn}$ 對應 tin。

選項分析

• (A) sulfur：錯誤。
  sulfur（硫）的元素符號是 $\ce{S}$，不是 $\ce{Sn}$。

核心觀念

本題考查四項基礎化學觀念：

1. 科學模型與科學理論的關係
2. 原子結構與元素的組成
3. 均勻混合物與非均勻混合物的判定
4. 定比定律與化合物的質量組成

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解題方法

逐一判斷敘述是否符合化學基本定義與定律，再將正確敘述組合成選項。

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選項分析

I. Models are always wrong unless they are proved by a theory.

錯誤。

模型是用來描述、簡化或解釋自然現象的工具，例如原子模型、分子模型與氣體分子運動模型。模型不必先由理論「證明」才有價值；只要能合理描述現象、提出可檢驗的預測，便具有科學用途。

科學理論則是經過大量實驗證據支持，能系統性解釋一系列現象的完整架構。模型與理論的功能不同，不能說模型若未由理論證明就一定錯誤。

因此 I 錯誤。

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II. Elements, such as lead, are made of tiny particles that mostly consist of open space.

正確。

元素由原子組成，例如鉛元素由鉛原子組成。原子包含：

• 原子核：由質子與中子組成，集中大部分質量
• 電子雲：電子分布在原子核外圍

原子核的體積相對於整個原子非常小，因此原子內部大部分是空間。鉛雖然是元素，但鉛原子仍具有這種原子結構。

因此 II 正確。

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III. The air you breathe is an example of a heterogeneous mixture.

錯誤。

空氣由多種氣體組成，主要包含 $\ce{N2}$、$\ce{O2}$，以及少量的 $\ce{Ar}$、$\ce{CO2}$ 和水蒸氣等。正常情況下，這些氣體在空間中均勻混合，任取少量空氣，其組成比例大致相同。

因此空氣屬於均勻混合物（homogeneous mixture），不是非均勻混合物（heterogeneous mixture）。

需要注意的是，含有多種物質不代表一定是非均勻混合物；均勻性才是判斷關鍵。

因此 III 錯誤。

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IV. Because $\ce{NH3}$ always contains the same relative numbers of atoms, it will always cont

核心觀念

本題考查 Dalton 原子學說與 Rutherford 原子模型的基本內容，並特別測試「中性原子」與「離子」的差異。

1. Dalton 原子學說

Dalton 認為：

• 元素由稱為原子的微小粒子組成。
• 同一元素的原子具有相同的質量與性質。
• 不同元素的原子具有不同的性質。
• 化合物由不同元素的原子以簡單整數比組成。
• 化學反應只是原子的重新排列，原子本身不會被創造或消滅。

現代觀點修正了「同一元素所有原子完全相同」的說法，因為同一元素可有不同的同位素；而原子失去或得到電子後，會形成離子。

2. Rutherford 原子模型

Rutherford 的核式模型指出：

• 原子大部分是空間。
• 正電荷與幾乎全部質量集中在極小的原子核。
• 電子位於原子核外圍。
• 原子核帶正電，以平衡電子所帶的負電。

對於中性原子而言，正電荷總量等於負電荷總量，因此：

$$\text{質子數}=\text{電子數}$$

但若原子形成離子，電子數便不一定等於質子數：

• 陽離子：失去電子，電子數少於質子數。
• 陰離子：得到電子，電子數多於質子數。

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解題方法

本題問「incorrect」，應逐一檢查各敘述是否符合原子理論。

判斷重點是：

1. Dalton 的敘述是否符合現代修正後的原子觀。
2. Rutherford 的「質子數等於電子數」是否有適用條件。
3. 原子核的正電荷是否用來平衡電子的負電荷。

其中最容易出錯的是選項 (C)。質子數等於電子數只適用於「中性原子」，不能無條件套用於所有原子或粒子。

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選項分析

(A) Dalton's statement “All atoms of a given element are identical” is no longer accepted because of the existence of isotopes and ions.

此敘述正確。

同一元素的原子具有相同的質子數，但中子數可能不同。例如碳元素有：

$${}^{12}\ce{C},\quad {}^{13}\ce{C},\quad {}^{14}\ce{C}$$

三者的質子數皆為 $6$，但中子數分別為 $6$、$7$、$8$，因此屬於同位素，質量不同。

此外，原子失去或得到電子後可形成離子。例如：

$$\ce{Na -> Na+ + e-}$$ $$\ce{Cl + e- -> Cl-}$$

因此，同一元素可能以不同同位素或不同電荷狀態存在，不能再嚴格認為所有粒子完全相同。

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核心觀念

化學式中的下標表示該化學式單位中各元素的原子數目。

在 $\ce{Al2O3}$ 中：

• $\ce{Al}$ 右下角的下標 $2$，表示有 $2$ 個鋁原子。
• $\ce{O}$ 右下角的下標 $3$，表示有 $3$ 個氧原子。

因此，$\ce{Al2O3}$ 表示由鋁與氧按照 $2:3$ 的原子比例所組成。對於離子化合物而言，$\ce{Al2O3}$ 嚴格來說代表一個「化學式單位」（formula unit），不是獨立存在的分子；但就元素原子數的判讀而言，每一個化學式單位含有 $2$ 個鋁原子與 $3$ 個氧原子。

解題方法

直接觀察各元素符號右下角的下標：

$$\ce{Al2O3}$$

其中：

$$\ce{Al}: 2\text{ 個鋁原子}$$ $$\ce{O}: 3\text{ 個氧原子}$$

題目沒有在化學式前加係數，因此判讀的是一個 $\ce{Al2O3}$ 化學式單位內的原子數，故為 $2$ 個鋁原子和 $3$ 個氧原子。

選項分析

(A) two atoms of aluminum and three atoms of oxygen.

正確。$\ce{Al2O3}$ 中鋁的下標為 $2$，氧的下標為 $3$，所以含有 $2$ 個鋁原子與 $3$ 個氧原子。

核心觀念

本題考查原子模型的發展與原子能階概念：

1. Dalton 原子學說與化學定律的關係。
2. Rutherford 金箔散射實驗與原子核的發現。
3. J. J. Thomson 電子的發現及其原子模型。
4. 電子能階量子化與光譜形成。

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解題方法

逐項判斷歷史事實與物理意義：

• 若敘述符合科學史與實驗結果，判定為正確。
• 若將不同科學家的發現或原子模型混淆，判定為錯誤。
• 涉及電子能階時，必須判斷放出的光是否為特定波長的光譜線，而非籠統的白光。

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選項分析

I. John Dalton provided the first experimental support for the atom.

Dalton 在 19 世紀初提出原子學說，並以定比定律與倍比定律等定量化學證據作為支持。

例如，元素形成化合物時，元素間的質量比具有固定性；若兩元素形成多種化合物，某一元素固定質量與另一元素結合的質量比為簡單整數比。這些規律可由原子以整數個數比結合來解釋。

因此，在近代化學發展中，Dalton 提供了原子存在的第一個系統性實驗支持。

I 正確。

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II. Ernest Rutherford proved the existence of a nucleus by shooting positively charged particles at a thin gold-foil sheet.

Rutherford 金箔實驗使用帶正電的 $\alpha$ 粒子轟擊薄金箔。$\alpha$ 粒子本質上為氦核，可表示為：

$$\ce{^{4}_{2}He^{2+}}$$

實驗觀察到：

• 大多數 $\alpha$ 粒子幾乎直線穿透金箔。
• 少數粒子發生偏轉。
• 極少數粒子甚至大角度散射或反彈。

由此可知：

• 原子大部分是空間。
• 正電荷與絕大部分質量集中在極小區域。
• 此小區域即為原子核。

因此，Rutherford 透過帶正電的粒子散射實驗證明原子核的存在。

II 正確。

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III. J. J. Thompson proved that electrons travel in elliptical orbits around the nucleus.

核心觀念

原子的化學行為主要由電子決定，尤其是最外層的價電子（valence electrons）。價電子參與：

• 化學鍵的形成
• 電子得失與離子生成
• 共價鍵中電子對的共享
• 原子與其他物質的反應性

因此，原子的電子排列決定其容易失去、得到或共享電子的程度，進而決定化學性質。

解題方法

判斷此題可掌握「粒子功能分工」：

1. 質子數決定元素種類。
2. 中子數影響同位素與原子質量。
3. 電子排列，特別是價電子數，決定化學反應與鍵結行為。
4. 原子核包含質子與中子，主要負責提供原子質量與正電荷，不直接主導一般化學反應。

題目問的是「決定原子化學行為的原子粒子」，所以答案是電子。

選項分析

(A) proton（質子）—錯誤

質子帶有 $+1$ 的電荷，質子數決定原子序與元素種類。例如：

• $1$ 個質子是氫
• $6$ 個質子是碳
• $8$ 個質子是氧

質子確實間接影響原子的電子數與電子排列，但在相同元素中，直接參與化學鍵與反應的是電子，因此不是本題最佳答案。

(B) electron（電子）—正確

核心觀念

本題考查基本粒子的相對質量比較。常見粒子的質量大小如下：

• 中子：$m_n \approx 1.008665\ \mathrm{u}$
• 質子：$m_p \approx 1.007276\ \mathrm{u}$
• 電子：$m_e \approx 0.0005486\ \mathrm{u}$
• 氦原子核：由 $2$ 個質子與 $2$ 個中子組成，質量約為 $4.0015\ \mathrm{u}$

其中 $\mathrm{u}$ 為原子質量單位。電子的質量約為質子的 $\dfrac{1}{1836}$，遠小於其他三種粒子。

解題方法

直接比較各粒子的組成與相對質量即可。

氦原子核又稱 $\alpha$ 粒子，組成為：

$$\ce{^{4}_{2}He} = 2\text{ 個質子} + 2\text{ 個中子}$$

因此氦原子核的質量約為：

$$m_{\ce{He\ nucleus}} \approx 2m_p+2m_n \approx 2(1.007276)+2(1.008665) \approx 4.032\ \mathrm{u}$$

考慮核結合能造成的質量虧損後，實際質量約為 $4.0015\ \mathrm{u}$，仍遠大於單一質子、中子與電子。

比較可知：

$$m_e \ll m_p < m_n \ll m_{\ce{He\ nucleus}}$$

所以質量最小的是電子。

選項分析

(A) neutron

核心觀念

本題考查酸性水溶液中的氧化還原反應配平，適合使用「半反應法」。

先判斷氧化數：

• $\ce{NO3^-}$ 中氮為 $+5$；$\ce{NO2}$ 中氮為 $+4$，氮得到 $1$ 個電子，發生還原。
• $\ce{I^-}$ 中碘為 $-1$；$\ce{IO3^-}$ 中碘為 $+5$，碘失去 $6$ 個電子，發生氧化。

因此，氮每變化 1 個電子，碘需變化 6 個電子，電子數必須配成相同。

解題方法：半反應法

1. 配平還原半反應

先寫出：

$$\ce{NO3^- -> NO2}$$

以 $\ce{H2O}$ 配平氧原子，在右側加入 $\ce{H2O}$：

$$\ce{NO3^- -> NO2 + H2O}$$

右側有 2 個氫原子，因此在左側加入 $2\ce{H+}$：

$$\ce{NO3^- + 2H+ -> NO2 + H2O}$$

左側總電荷為 $-1+2=+1$，右側電荷為 $0$，所以左側再加入 $1\ce{e^-}$：

$$\ce{NO3^- + 2H+ + e^- -> NO2 + H2O}$$

這是還原半反應。

2. 配平氧化半反應

先寫出：

$$\ce{I^- -> IO3^-}$$

右側有 3 個氧原子，因此左側加入 $3\ce{H2O}$：

$$\ce{I^- + 3H2O -> IO3^-}$$

左側有 6 個氫原子，因此右側加入 $6\ce{H+}$：

$$\ce{I^- + 3H2O -> IO3^- + 6H+}$$

配平電荷：

• 左側電荷：$-1$
• 右側電荷：$-1+6=+5$

右側需加入 $6\ce{e^-}$，使右側總電荷變為 $-1$：

$$\ce{I^- + 3H2O -> IO3^- + 6H+ + 6e^-}$$

這是氧化半反應。

3. 消去電子並合併

核心觀念

本題考查酸性溶液中的氧化還原反應配平，以及半反應法。

• $\ce{Fe^2+ -> Fe^3+}$：鐵的氧化數由 $+2$ 升至 $+3$，失去 $1$ 個電子，屬於氧化反應。
• $\ce{ClO3^- -> Cl^-}$：氯的氧化數由 $+5$ 降至 $-1$，得到 $6$ 個電子，屬於還原反應。

氧化反應所失去的電子數，必須等於還原反應所得到的電子數。

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解題方法：半反應法

先分別寫出氧化半反應與還原半反應。

一、配平氯酸根的還原半反應

原式為：

$$\ce{ClO3^- -> Cl^-}$$

先配平氧原子。左側有 $3$ 個氧，因此右側加入 $3\ce{H2O}$：

$$\ce{ClO3^- -> Cl^- + 3H2O}$$

再配平氫原子。右側有 $6$ 個氫，因此左側加入 $6\ce{H+}$：

$$\ce{ClO3^- + 6H+ -> Cl^- + 3H2O}$$

最後配平電荷。左側總電荷為 $-1+6=+5$，右側總電荷為 $-1$。左側需加入 $6\ce{e^-}$，使兩側電荷皆為 $-1$：

$$\ce{ClO3^- + 6H+ + 6e^- -> Cl^- + 3H2O}$$

此半反應得到 $6$ 個電子。

二、配平亞鐵離子的氧化半反應

$$\ce{Fe^2+ -> Fe^3+ + e^-}$$

此半反應失去 $1$ 個電子。為了與氯酸根半反應的 $6$ 個電子相等，將整式乘以 $6$：

$$\ce{6Fe^2+ -> 6Fe^3+ + 6e^-}$$

三、合併兩個半反應

$$\ce{ClO3^- + 6H+ + 6e^- + 6Fe^2+ -> Cl^- + 3H2O + 6Fe^3+ + 6e^-}$$

核心觀念

本題考查電池的種類、用途與可否充電。汽車啟動引擎需要在短時間內提供很大的電流，因此使用能反覆充放電、輸出電流大的二次電池，即鉛蓄電池（lead storage battery）。

鉛蓄電池每個單電池的電動勢約為 $2.0\ \mathrm{V}$，汽車電池通常由 6 個單電池串聯，因此總電壓約為：

$$6\times 2.0\ \mathrm{V}=12.0\ \mathrm{V}$$

其主要成分為：

• 負極：鉛，$\ce{Pb}$
• 正極：二氧化鉛，$\ce{PbO2}$
• 電解液：稀硫酸，$\ce{H2SO4}$

放電時的半反應為：

負極氧化：

$$\ce{Pb + SO4^{2-} -> PbSO4 + 2e^-}$$

正極還原：

$$\ce{PbO2 + 4H+ + SO4^{2-} + 2e^- -> PbSO4 + 2H2O}$$

總反應為：

$$\ce{Pb + PbO2 + 2H2SO4 -> 2PbSO4 + 2H2O}$$

充電時，上述反應逆向進行，使鉛蓄電池可以重複使用。

解題方法

判斷汽車電池時，抓住兩個關鍵需求：

1. 汽車啟動馬達需要瞬間大電流。
2. 汽車行駛時可由發電機持續充電，因此電池必須是可充電的二次電池。

鉛蓄電池具備高電流輸出與可反覆充放電的特性，長期作為汽車的啟動、照明及點火電源。因此選擇 lead storage battery。

選項分析

(A) dry cell

dry cell 指一般乾電池，典型為鋅碳電池，常見構造為鋅外殼、二氧化錳與電解糊。

核心觀念

金屬腐蝕（corrosion）的本質是金屬受到環境作用而發生氧化反應。氧化的定義是：

$$\text{氧化：失去電子}$$

因此，金屬原子在腐蝕過程中會失去電子，形成金屬離子：

$$\ce{M -> M^{n+} + n e^-}$$

金屬失去電子的部位稱為陽極（anode）。以鐵腐蝕為例，鐵原子可先發生：

$$\ce{Fe -> Fe^{2+} + 2e^-}$$

這些電子再被環境中的氧化劑接收，例如水溶液中的氧氣可進行還原反應：

$$\ce{O2 + 2H2O + 4e^- -> 4OH^-}$$

後續生成的鐵離子與氫氧根可形成氫氧化鐵，並進一步轉化為鐵鏽。因此，腐蝕通常涉及電子轉移，是氧化還原反應。

解題方法

題目問「金屬腐蝕時，化學上發生什麼事」，直接抓住腐蝕的核心定義：

1. 金屬原子轉變成金屬離子。
2. 金屬原子必須失去電子。
3. 這是金屬被氧化的過程。

以一般金屬表示：

$$\ce{M -> M^{n+} + n e^-}$$

式中電子位於反應物一側，表示金屬失去電子。因此正確敘述是金屬原子失去電子。

選項分析

(A) The metal atoms lose electrons.

正確。金屬腐蝕時，金屬原子被氧化並失去電子：

$$\ce{M -> M^{n+} + n e^-}$$

核心觀念

本題考查酸性溶液中的氧化還原反應配平，主要使用「半反應法」：

1. 將氧化反應與還原反應分開。
2. 以 $\ce{H2O}$ 配平氧，以 $\ce{H+}$ 配平氫。
3. 以電子配平電荷與電子轉移數。
4. 合併兩個半反應並消去電子。

其中：

• $\ce{CH3OH}$ 被氧化成 $\ce{CH2O}$。
• $\ce{Cr2O7^2-}$ 被還原成 $\ce{Cr^3+}$。
• 酸性溶液可使用 $\ce{H+}$ 與 $\ce{H2O}$ 配平。

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解題方法

一、配平甲醇的氧化半反應

甲醇中的碳由 $\ce{-2}$ 氧化成甲醛中的 $\ce{0}$，每個碳失去 $2$ 個電子：

$$\ce{CH3OH -> CH2O}$$

左右氧原子數均為 $1$，因此不需加入 $\ce{H2O}$。

左側有 $4$ 個氫，右側有 $2$ 個氫，酸性條件下在右側加入 $2\ce{H+}$：

$$\ce{CH3OH -> CH2O + 2H+}$$

右側電荷為 $+2$，因此加入 $2\ce{e-}$ 至右側，使電荷平衡：

$$\ce{CH3OH -> CH2O + 2H+ + 2e-}$$

這代表每 $1$ 分子 $\ce{CH3OH}$ 失去 $2$ 個電子。

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二、配平重鉻酸根的還原半反應

先寫出骨架：

$$\ce{Cr2O7^2- -> Cr^3+}$$

鉻原子共有 $2$ 個，因此右側先配上 $2\ce{Cr^3+}$：

$$\ce{Cr2O7^2- -> 2Cr^3+}$$

左側有 $7$ 個氧，在右側加入 $7\ce{H2O}$：

$$\ce{Cr2O7^2- -> 2Cr^3+ + 7H2O}$$

右側共有 $14$ 個氫，因此在左側加入 $14\ce{H+}$：

$$\ce{Cr2O7^2- + 14H+ -> 2Cr^3+ + 7H2O}$$

左側電荷為：

$$-2+14=+12$$

右側電荷為：

$$2(+3)=+6$$

因此在左側加入 $6\ce{e-}$，使兩側電荷皆為 $+6$：