ast_essay
105年
化學
第 1-1 題
📖 題組：
張老師給了學生五種水溶液：$H_2SO_4$、$NaOH$、$CaCl_2$、$Cu(NO_3)_2$、$Na_2CO_3$與一小瓶金屬粉末，請學生以實驗結果表示這些物質之間的關係。學生交了一份報告：如圖 7。 圖中的每一連線兩端的物質兩兩相加，均會有明顯的化學反應，其中： (1)連線 1 與連線 9 均會產生氫氣。 (2)連線 2 會產生二氧化碳。 (3)除了連線 1,2,7,9 以外，其他連線均會產生沉澱。 (4)另外，張老師說 X 原子具有 $d^{10}$ 的電子組態，若將 X 溶於稀硝酸後，與硫化鈉溶液作用，亦即 X 離子與硫離子會產生白色沉澱：$X^{2+}(aq) + S^{2-}(aq) \rightarrow XS(s)$
張老師給了學生五種水溶液：$H_2SO_4$、$NaOH$、$CaCl_2$、$Cu(NO_3)_2$、$Na_2CO_3$與一小瓶金屬粉末，請學生以實驗結果表示這些物質之間的關係。學生交了一份報告：如圖 7。 圖中的每一連線兩端的物質兩兩相加，均會有明顯的化學反應，其中： (1)連線 1 與連線 9 均會產生氫氣。 (2)連線 2 會產生二氧化碳。 (3)除了連線 1,2,7,9 以外，其他連線均會產生沉澱。 (4)另外，張老師說 X 原子具有 $d^{10}$ 的電子組態，若將 X 溶於稀硝酸後，與硫化鈉溶液作用，亦即 X 離子與硫離子會產生白色沉澱：$X^{2+}(aq) + S^{2-}(aq) \rightarrow XS(s)$
1. 寫出 X 的元素符號。（2 分）
思路引導 VIP
本題考查無機物質的反應與金屬特性。從題意可知 X 為金屬粉末，且能與強酸、強鹼反應產生氫氣（連線 1 與 9 的特性為兩性金屬），加上 X 的離子在水溶液中具 $d^{10}$ 電子組態，並與硫離子形成白色沉澱 XS(s)，綜合判斷 X 為鋅 (Zn)。
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AI 詳解
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電子組態與兩性金屬的特性
同學觀察入微，準確地從眾多線索中鎖定了金屬 $Zn$，表現得非常優異！這道題目結合了原子結構與無機定性分析，需要同時處理多項實驗條件，具備相當不錯的鑑別度。首先，題目提到 $X$ 原子的電子組態具有 $d^{10}$，這讓我們初步將目標鎖定在第四週期的鋅（$[Ar] 3d^{10} 4s^2$）或銅（$[Ar] 3d^{10} 4s^1$）等元素。 然而，解題最關鍵的轉折點在於 $X^{2+}$ 與硫離子作用產生的白色沉澱。在常見的金屬硫化物中，多數如 $CuS$、$PbS$ 或 $Ag_2S$ 皆為深色或黑色，唯獨 硫化鋅 ($ZnS$) 是少數著名的白色沉澱，這項資訊直接證實了 $X$ 為鋅。此外，從圖表資訊中可發現 $X$ 與連線 1、9 均能產生氫氣，這進一步印證了鋅作為兩性金屬的特質：它不僅能與稀硫酸 ($H_2SO_4$) 反應，亦能與強鹼 ($NaOH$) 作用釋出 $H_2$。你能精準串聯這些化學性質並排除干擾選項，說明你的推論邏輯非常嚴謹！