化学电池和太阳能电池是两种可以产生电力的电池化学电.docx
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化学电池和太阳能电池是两种可以产生电力的电池化学电
結構題
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|CL06001|!
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化學電池和太陽能電池是兩種可以產生電力的電池。
化學電池的例子有簡單化學電池、乾電池和鉛酸蓄電池(即汽車電池)。
太陽能電池並不常見──你可能在電子計算機上見過。
(a)化學電池中的能量變化是什麼?
(b)太陽能電池中的能量變化是什麼?
(c)寫出太陽能電池的兩個優點。
(d)寫出太陽能電池的兩個缺點。
(6分)
##
(a)化學能變為電能。
(1分)
(b)太陽能(或光能)變為電能。
(1分)
(c)太陽能是用之不盡且不費分文的。
(1分)
毋須更換電池,太陽能電池能在任何有光的地方運作。
(1分)
(d)不能在黑暗中運作。
(1分)
太陽能電池只能產生很微弱的電流,要產生較大的電流,需要使用很多太陽能電池。
(1分)
##
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|CL06002|!
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下列各組物質中哪組可用來製造簡單化學電池,哪組不可?
寫出原因並加以解釋。
(a)鋅、銅、氯化鈉水溶液
(b)鋅、鋅、氯化鉀水溶液
(c)鎂、鉛、糖水
(6分)
##
(a)可以,因為組合中有兩種不同的金屬及一種電解質。
(2分)
(b)不可,因為兩個金屬是相同的,電極之間的電壓沒有差別。
(2分)
(c)不可,因為糖水不是電解質,不能導電。
(2分)
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|CL06003|!
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根據金屬在活性序中的相對位置,把下列金屬,按電壓的遞減次序排列:
Fe/Ag,Cu/Ag,Ag/Ag,Zn/Ag,Mg/Ag,Pb/Ag
##
Mg/Ag>Zn/Ag>Fe/Ag>Pb/Ag>Cu/Ag>Ag/Ag(3分)
##
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|CL06004|!
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一個簡單化學電池由兩種不同的金屬(X和Y)及一種電解質組成。
寫出由下表中每對金屬所組成的簡單化學電池中電子流過伏特計的方向:
由X至Y或由Y至X。
金屬X
金屬Y
電子流過伏特計的方向
(a)
鉛
鐵
(b)
鋅
鎂
(c)
鐵
鋁
(3分)
##
(a)由Y至X。
(1分)
(b)由Y至X。
(1分)
(c)由Y至X。
(1分)
##
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|CL06005|!
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「簡單化學電池」在日常生活中並不常用作電源,寫出三個可能的原因。
(3分)
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(1)相對乾電池,簡單化學電池攜帶不方便。
(1分)
(2)通常只能產生很微弱的電流。
(1分)
(3)電流不穩定──可能會急降。
(1分)
##
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|CL06006|!
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下列哪項涉及氧化還原反應?
(a)燃燒汽油。
(b)漂白布塊。
(c)把氨和醋混合。
(d)電池反應。
(e)呼吸作用。
(f)把鉑絲加熱至白熱。
(3分)
##
(a)涉及
(b)涉及
(c)不涉及
(d)涉及
(e)涉及
(f)不涉及(3分)
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|CL06007|!
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延展課程
參看下列簡單電池。
銀電極會釋出氫氣。
(a)電子在外電路中以哪個方向流動?
由銀至鋅還是由鋅至銀?
(b)(i)銀電極是正極還是負極?
(ii)銀電極是陽極還是陰極?
(iii)寫出表示銀電極上的變化的離子半方程式。
(c)(i)鋅電極是正極還是負極?
(ii)鋅電極是陽極還是陰極?
(iii)寫出表示鋅電極上的變化的離子半方程式。
(d)寫出表示整體變化的離子方程式。
(e)電池運作一段時間之後,毫安培計的讀數下跌。
(i)寫出一項假設來解釋電流下跌的原因。
(ii)描述你如何證明你的假設正確。
(12分)
##
(a)由鋅至銀。
(1分)
(b)(i)正極
(ii)陰極
(iii)2H+(aq)+2eH2(g)(3分)
(c)(i)負極
(ii)陽極
(iii)Zn(s)Zn2+(aq)+2e-(3分)
(d)Zn(s)+2H+(aq)Zn2+(aq)+H2(g)(1分)
(e)(i)氫氣氣泡在銀的表面生成不導電的表層,增加電池的內電阻,故電路中的電流下跌。
(2分)
(ii)用刷子掃走蓋著銀電極表面的氣泡,毫安培計的讀數會立刻上升。
(2分)
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|CL06008|!
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寫出下列各個反應的方程式,並以氧化數來指出哪種物質被氧化,哪種被還原。
(a)把鋁在氧中加熱。
(b)把銅加入硝酸銀水溶液。
(c)把鐵加入稀氫氯酸。
(d)把酸化高錳酸鉀水溶液與硫酸鐵(II)水溶液混合。
(須寫出離子方程式。
)
(e)把水蒸氣通過加熱了的鎂。
(12分)
##
(a)4Al(s)+3O2(g)2Al2O3(s)
氧化數00+32
鋁被氧化;氧被還原。
(b)Cu(s)+2AgNO3(aq)Cu(NO3)2(aq)+2Ag(s)
氧化數0+1+20
銅被氧化;硝酸銀中的銀被還原。
(c)Fe(s)+2HCl(aq)FeCl2(aq)+H2(g)
氧化數0+1+20
鐵被氧化;氫氯酸中的氫被還原。
(d)MnO4(aq)+8H+(aq)+5Fe2+(aq)Mn2+(aq)+4H2O(l)+5Fe3+(aq)
氧化數+7+2+2+3
硫酸鐵(II)中的鐵被氧化;高錳酸鉀中的錳被還原。
(e)Mg(s)+H2O(g)MgO(s)+H2(g)
氧化數0+1+20
鎂被氧化;水蒸氣中的氫被還原。
(12分)
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|CL06009|!
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延展課程
參看以下簡單化學電池:
(a)哪個半電池(X或Y)中會發生還原作用?
(b)哪個是陰極?
鐵還是金屬M?
(c)A是什麼?
它有什麼用途?
(d)寫出M的三種可能金屬及它們的常見離子的化學式。
(7分)
##
(a)Y(1分)
(b)M(1分)
(c)A是鹽橋,它可使電路完成,讓離子由一個半電池流到另一個半電池。
(2分)
(d)鉛,Pb2+;銅,Cu2+;銀,Ag+(3分)
##
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|CL06010|!
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(a)寫出三種實驗室常用的氧化劑,並就每種寫出相應的還原作用半方程式。
(b)寫出三種實驗室常用的還原劑,並就每種寫出相應的氧化作用半方程式。
(12分)
##
(a)酸化高錳酸鉀
MnO4(aq)+8H+(aq)+5eMn2+(aq)+4H2O(l)(2分)
酸化重鉻酸鉀
Cr2O72(aq)+14H+(aq)+6e2Cr3+(aq)+7H2O(l)(2分)
濃硝酸
NO3(aq)+2H+(aq)+eNO2(g)+H2O(l)(2分)
(b)氫
H2(g)2H+(aq)+2e(2分)
亞硫酸鹽
SO32(aq)+H2O(l)SO42(aq)+2H+(aq)+2e(2分)
碘化物
2I(aq)I2(aq)+2e(2分)
##
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|CL06011|!
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下圖所顯示的是一個D型號的鋅碳電池,這個電池備有紙製外殼:
(a)在上圖中標明下列各部分:
(i)正極
(ii)負極
(iii)可能會洩漏電解質的部分
(b)(i)一個裝有4.5V燈泡的電筒應使用多少個上圖的電池?
(ii)繪畫符號表示在電筒中使用的電池組。
(c)(i)什麼是電池的「存放期」?
(ii)什麼是電池的「使用壽命」?
(iii)鋅碳電池的存放期大約是多少?
(d)為什麼不應把鋅碳電池放在待用的電筒中?
(e)寫出新的鋅碳電池和已用的鋅碳電池的一項明顯分別。
(13分)
##
(a)
這裡可能會洩漏。
(3分)
(b)(i)3
(ii)(2分)
(c)(i)存放期是指把電池貯藏在21oC時,仍能保持90%電容量的時限。
(2分)
(ii)使用壽命是在指定條件下,電壓下降至某數值(通常是0.8V)前,電池能正常使用的時間。
(2分)
(iii)1.5年。
(1分)
(d)即使電池是在備用狀態,鋅外殼也會慢慢與糊狀電解質反應,令鋅外殼溶解,洩漏出電解質,損壞電筒。
(2分)
(e)新鋅碳電池的電壓=1.5V,已用的電池的電壓<1.5V。
(1分)
##
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|CL06012|!
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寫出最少一項原因來解釋下列各項:
(a)氧化銀電池不適用於耳筒卡式機。
(b)圓筒型電池不適用於石英手錶。
(c)可再充電的電池適用於手提電話。
(d)氧化汞(II)電池較氧化銀電池便宜。
(註:
氧化汞(II)電池也是鈕扣形,但它的電壓較低,只有1.36V。
)
(e)切勿嘗試把鋅碳電池、鹼性錳電池或氧化銀電池充電。
(f)切勿打開鹼性錳電池的外殼來檢查電池。
(g)只可用微弱的電流來把鎳鎘蓄電池充電。
(12分)
##
(a)氧化銀電池的電荷容量很小──若用於耳筒卡式機,一兩分鐘後便會耗盡。
(2分)
(b)大小不符。
(1分)
(c)手提電話需要較大的電流,故使用不可再充電的電池並不經濟。
(2分)
(d)汞(II)化合物在地球的含量較銀化合物豐富,故價格較便宜。
(1分)
(e)這些都是原電池,把原電池充電會在電池中形成危險的氣壓,可能引起爆炸。
(2分)
(f)鹼性錳電池含有具腐蝕性的電解質,當打開電池外殼時,電解質可能會噴濺出來。
(2分)
(g)以較大的電流來充電會降低電池的電荷容量,可能會引起爆炸。
(2分)
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|CL06013|!
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下表顯示兩種AA型號乾電池的價錢及用於不同電器中的使用壽命。
種類
價錢(HK$)
使用壽命
耳筒卡式機
照相機閃光燈
鋅碳電池
$1.50
4小時
25次
鹼性錳電池
$4.50
12小時
180次
寫出下列電器使用哪種電池(鋅碳電池或鹼性錳電池)較為經濟,並解釋原因。
(a)耳筒卡式機。
(b)照相機閃光燈。
(3分)
##
(a)任何一種。
價錢比例=鹼性錳電池的價錢/鋅碳電池的價錢=4.50/1.50=3
假設使用壽命為r=鹼性錳電池的使用壽命/鋅碳電池的使用壽命
*若r>3,應使用鹼性錳電池。
*若r<3,應使用鋅碳電池。
*若r=3,可使用任何一種電池。
在這例子中,r=12/4=3(2分)
(b)應使用鹼性錳電池,因為
r=180/25=7.2(>3)(1分)
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|CL06014|!
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延展課程
在燃料電池中,燃料與氧反應,產生電能。
利用氫作為燃料的燃料電池常用於載人太空船。
例如,阿波羅太空船利用燃料電池,接載太空人到達月球。
另外,燃料電池亦用於太空穿梭機如發現號和哥倫比亞號。
下圖顯示一個簡化的燃料電池:
(a)在負極(陽極),氫氣通過有孔的碳電極(附有鉑催化劑),通入濃氫氧化鉀溶液中。
寫出它的半方程式。
(b)在正極(陽極),氧氣亦通過有孔的碳電極通入氫氧化鉀水溶液中。
寫出它的半方程式。
(c)寫出整體反應的方程式。
(d)寫出在載人太空船中使用燃料電池的兩項優點。
(6分)
##
(a)H2(g)2H+(aq)+2e(1分)
(b)O2(g)+2H2O(l)+4e4OH(aq)(1分)
(c)2H2(g)+O2(g)2H2O(l)(1分)
(d)燃料電池可不斷運作──若反應物的供應不絕,燃料電池可不斷供應電能,毋須充電。
(2分)
向太空人提供所需的水。
(1分)
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個案研究
乾電池引起的環境問題
細閱以下剪報:
附乾電池真不好!
下次當你為你的耳筒卡式機、手提卡式機、計算機或手錶添購乾電池時,先想想棄置這些電池可能會對環境造成什麼影響。
最近一項有關本港的廢物調查中估計,港人每年使用一億九千萬個AA型號乾電池。
乾電池含有有毒的金屬,如鎘和汞等,棄置電池會污染土壤、水質,當電池沿食物鏈向上移動時,會對健康構成威脅。
此外從能量方面看來,乾電池的效率也不高──製造乾電池所消耗的能量較它可供應的能量高於五十倍。
乾電池亦含苛性及腐蝕性的化學藥物。
那麼,你該如何防止或減少乾電池造成的不良影響?
首先,你應避免使用乾電池,應盡量使用交流電──交流電的價錢較便宜且供應能量的效率較高。
若可以的話,應使用太陽能計算機及手錶。
其次,若無可避免一定要使用乾電池,應選用可再充電的鎳鎘電池,雖然這種電池不是完全理想,但它們可充電500次,長遠來說,使用鎳鎘電池可節省金錢。
要善用可再充電電池,應遵守製造商的所有指示,並在電池耗盡時盡快充電。
第三,若你不使用可再充電電池,應使用極低汞和鎘含量的鋅碳電池或較長壽的鹼性電池。
鹼性電池可能較鋅碳電池含有較多汞,但製造商現已嘗試降低汞含量。
現時市面已有不含汞和鎘的電池出售。
使用電器時應選用合適的電池。
鋅碳電池適用於耗電量較低的電器(如收音機、電筒、時鐘及計算機),而且價錢較便宜。
鹼性電池適用於個人微型音響組合、照相機和手提音響。
應小心棄置乾電池。
在香港,應把乾電池置於家居廢物之中,令乾電池可被棄置於堆填區中,以減少乾電池污染環境的機會,否則乾電池可能會流到大海,對野生生物構成威脅。
問題:
(a)計算平均每個香港人每年所使用的乾電池數目。
(香港的人口目前是六百八十萬。
)
(b)大部分乾電池含有有毒金屬,棄置時會污染土壤及水質,寫出其中兩種有毒金屬。
(c)乾電池的能量效率很低,為什麼?
(d)寫出三個減少乾電池造成的不良影響的方法。
(e)一般來說,哪種電池含有較多汞?
鹼性電池還是鋅碳電池?
(f)香港人通常把乾電池棄置於家居廢物中,這些電池的命運會是怎樣?
(8分)
##
(a)人口=6800000
使用的乾電池數目=190000000
平均每人每年所使用的乾電池數目=190000000/6800000=28(1分)
(b)鎘和汞。
(1分)
(c)製造乾電池所消耗的能量較它可供應的能量高出五十倍。
(1分)
(d)應避免使用乾電池,應盡量使用交流電。
若可以的話,應使用太陽能計算機及手錶。
(1分)
若無可避免一定要使用乾電池,應選用可再充電的鎳鎘電池。
(1分)
若使用鋅碳電池或鹼性電池,應選用不含汞和鎘或極低汞和鎘含量的電池。
(1分)
(e)鹼性電池。
(1分)
(f)棄置於堆填區。
(1分)
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|CL06016|!
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某學生利用以下裝置進行實驗:
延展課程
(a)繪出這裝置的電路圖。
(b)(i)在陰極可觀察到什麼變化?
(ii)寫出表示這個變化的離子半方程式。
(c)(i)在陽極可觀察到什麼變化?
(ii)寫出表示這個變化的離子半方程式。
(d)過了一段長時間後,溶液的顏色有何變化?
(8分)
##
(a)
(3分)
(b)(i)棕紅色固體澱積於浸在溶液中的陰極上。
(1分)
(ii)Cu2+(aq)+2eCu(s)(1分)
(c)(i)有無色氣泡釋出。
(1分)
(ii)4OH(aq)O2(g)+2H2O(l)+4e(1分)
(d)藍色會消褪。
(1分)
##
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|CL06017|!
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延展課程
(a)在下列的電解過程中,陰極上會生成什麼物質?
(i)電解熔融氯化鈉。
(ii)以石墨為陰極,電解氯化鈉水溶液。
(iii)以汞為陰極,電解濃氯化鈉水溶液。
(b)解釋為什麼(a)部各項中的電解結果都不一樣。
(7分)
##
(a)(i)鈉
(ii)氫
(iii)鈉(3分)
(b)在(i)中,只有Na+(l)離子可放電生成鈉。
(1分)
在(ii)中,由於有水存在,Na+(aq)和H+(aq)離子流向陰極,H+(aq)離子優先放電,生成氫。
(1分)
在(iii)中,由於有水存在,Na+(aq)和H+(aq)離子流向陰極,然而,由於Na+(aq)離子的濃度較高,且使用汞電極有利於Na+(aq)離子放電,故會生成鈉。
(2分)
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|CL06018|!
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延展課程
下圖裝置可用來提純銅:
(a)指出上圖的兩個錯誤。
(b)若要由不純淨的銅提純銅,應如何改變以上裝置?
(4分)
##
(a)+號和–號對調了。
若使用硫酸鋅溶液,銅不會澱積。
(2分)
(b)把純銅連接至直流電源的負極,把不純的銅連接至正極。
以硫酸銅(II)水溶液取代硫酸鋅水溶液。
(2分)
##
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|CL06019|!
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延展課程
(a)(i)寫出四樣常見的鍍金物件。
(ii)舉出一個鍍金的原因。
(b)為什麼電鍍過程要緩慢地進行?
(c)電鍍是電解的其中一種用途,解釋為什麼在本港以電鍍最為普遍。
(6分)
##
(a)(i)手錶、筆、首飾、眼鏡框(或其他)。
(2分)
(ii)鍍金物件的外表呈悅目閃亮的金黃色(或可抵抗腐蝕)。
(1分)
(b)慢慢地澱積的金屬會緊貼在物件表面,而金屬表層亦可均勻地遍佈在物件表面。
(1分)
(c)香港的面積很小,而電鍍工廠佔地不多。
此外,香港是全球手錶的主要生產地(電鍍是製造手錶的其中一個主要過程)。
(2分)
##
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|CL06020|!
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延展課程
個案研究
「香港的水質污染管制」
香港政府通過法例管制本港的水質。
其中最主要的水污染管制條例於1980年制定,每年均會重新評估條例,引入較嚴格的規限。
條例中定立了一些水質管制區,當中的污染物數量必須保持在最低水平。
附近較大型的工廠應設有裝置,在排放污水前把污水加以處理。
沒設置污水處理設備的工廠須以化學廢物處理中心提供的大型容器(附有標籤)貯存污水,這些容器會定時被收集,送到位於青衣的化學廢物處理中心作適當處理。
以下地圖顯示了本港的水質管制區。
目前,水質污染管制主要由環境保護署負責。
環保署曾警告很多沒有達到水質污染標準的電鍍工廠,有些工廠更被罰款。
(1991年,44家工廠因觸犯有關條例而被罰款。
)
細閱下頁的剪報並回答下列問題。
污染水質被罰款
環境保護署昨日公佈,一家電鍍公司因於深灣排放過多氰化物而被罰款$40
000。
永順電鍍公司於水中排放了濃度為每公升190毫克的氰化物,為政府所規定的1900倍。
去年,邵氏電影公司因排放超過規定550倍的氰化物,故被罰款$140,000,後來經上訴後,罰款減少一半。
此外,永順工廠排放至污水系統的有毒金屬濃度亦超出環保署的標準。
永順公司於今年五月被檢控,這次已是該公司第二次超出排污標準,它較早前曾因污染深灣而被罰款$10,000。
雖然永順公司向裁判法院表示它正在裝設污水處理設備,環保署的發言人陳博士指第二次觸犯條例的嚴重性反映永順公司並沒有嘗試清理廢物。
永順公司並沒就此發表任何感想。
陳博士指減少排放氰化物尤其重要,因為氰化物與其他工廠排放出來的酸性污水混合,形成有毒的氰化氫氣體。
「該氣體在室外的環境中可能不太危險,但若氣體於室內污水系統中生成,對在那裡工作的工人可能極之危險。
」
陳博士說:
「所以工廠應在排放污水前先把污水處理。
」
深灣是其中一個水質管制區,當中的污染物數量必定要保持於最低水平。
工廠、辦公室及住宅應裝設處理及中和污水的設備。
.
問題:
(a)主要是什麼條例管制本港水質?
(b)哪個部門主要負責管制本港的水質污染?
(c)什麼是水質管制區?
(d)下列水質管制區何時設立?
(i)吐露水質管制區。
(ii)深灣水質管制區。
(e)把氰化物排放至大海是極之危險的,為什麼?
(f)裝設及維修污水處理設備的成本很高,有些小型工廠負擔不起。
然而,隨著新的化學廢物處理中心已在運作中,這個問題得以解決,試加以解釋。
(9分)
##
(a)水質污染管制條例。
(1分)
(b)環境保護署。
(1分)
(c)水質管制區中的污染物數量必須保持在最低(低於某個水平)。
(1分)
(d)(i)1987年4月
(ii)1990/91(2分)
(e)氰化物與其他工廠排放出的酸性污水混合,形成具劇毒的氰化氫氣體。
(2分)
(f)這些工廠須以化學廢物處理中心提供的大型容器(附有標籤)貯存污水,這些容器會定時被收集,送到位於青衣的化學廢物處理中心作適當處理。
(2分)
##
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|CL06021|!
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(a)為什麼氧化作用和還原作用會同時發生?
(b)氧化作用和還原作用同時發生的反應的名稱是什麼?
(c)下列哪些是氧化還原反應?
(是請寫「是」,不是請寫「不是」。
)
(i)Cu2+(aq)+2eCu(s)
(ii)Zn(s)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(s)
(iii)2H2(g)+O2(g)2H2O(l)
(iv)HCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l)
(v)Zn(s)+2HCl(aq)ZnCl2(aq)+H2(g)
(vi)Cu2+(aq)+2OH(aq)Cu(OH)2(s)(6分)
##
(a)還原劑只有在氧化劑存在時才能把電子捐給氧化劑。
同樣道理,氧化劑只有在有還原劑存在時才可接收還原劑所捐出的電子。
(2分)
(b)氧化還原反應(1分)
(c)(i)是。
(這方程式只表示還原作用的半反應。
)
(ii)是
(iii)是
(iv)不是(氧化數沒有改變。
)
(v)是
(vi)不是(氧化數沒有改變。
)(3分)
##
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|CL06022|!
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延展課程
解釋下列各項:
(a)鎂的還原能力較鋅強。
(以失去電子傾向來解釋。
)
(b)把兩條連接至電池兩極的電線相近地放在一張浸透濃氯化鈉水溶液的紅色石蕊紙上,試紙被其中一條電線漂白,被另一條電線變為藍色。
解釋這些觀察結果。
(c)透過電解,可把鋅從其化合物中提取出來,但實際上,通常會把鋅氧化物與焦煤共熱來提取鋅。
(d)氫氯酸和氫氧化鈉水溶液的反應不是氧化還原反應。
(e)鎳鎘電池要用微弱的電流來充電。
(f)為了保護環境,我們應使用可再充電的電池(如鎳鎘電池)而不用不可再充電的電池(如鋅碳電池和鹼性錳電池)。
(14分)
##
(a)鎂較鋅容易失去電子。
(1分)
(b)氯化鈉水溶液中含有Na+(aq)和Cl-(aq)離子。
此外,水極輕微地電離:
H2O(l)H+(aq)+OH(aq)。
Na+(aq)和H+(aq)離子流向負極,H+(aq)離子在負極優先放電,剩下過量的OH(aq)離子,故
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- 化学 电池 太阳能电池 是两种 可以 产生 电力