ast_essay
113年
化學
第 25 題
固體甲（莫耳質量 252 g/mol）為含金屬 X 的橙色離子化合物，1 莫耳甲完全溶解於水時，溶液呈現橙色，且產生 2 莫耳陽離子及 1 莫耳陰離子。將過量氫氧化鈉溶液，加入上述的水溶液中，溶液變為黃色，同時產生刺鼻氣味。
1 莫耳固體甲，受熱完全分解後，產生 1 莫耳產物乙（莫耳質量 152 g/mol）、1 莫耳氣體產物丙（莫耳質量 28 g/mol）及氣體產物丁（莫耳質量 18 g/mol）。剛反應完成瞬間，產物丁的體積為產物丙的 4 倍。其中，產物乙為化學式 $X_2O_3$ 的綠色固體；產物丙為無色雙原子氣體，為空氣中含量最多的氣體，且可與鎂帶進行反應；產物丁生成時為氣態，但在常溫常壓下為無色液體、可使白色硫酸銅固體變為藍色。
根據上述，寫出固體甲、產物乙、產物丙及產物丁的化學式。（4 分）
1 莫耳固體甲，受熱完全分解後，產生 1 莫耳產物乙（莫耳質量 152 g/mol）、1 莫耳氣體產物丙（莫耳質量 28 g/mol）及氣體產物丁（莫耳質量 18 g/mol）。剛反應完成瞬間，產物丁的體積為產物丙的 4 倍。其中，產物乙為化學式 $X_2O_3$ 的綠色固體；產物丙為無色雙原子氣體，為空氣中含量最多的氣體，且可與鎂帶進行反應；產物丁生成時為氣態，但在常溫常壓下為無色液體、可使白色硫酸銅固體變為藍色。
根據上述，寫出固體甲、產物乙、產物丙及產物丁的化學式。（4 分）
思路引導 VIP
從「空氣中含量最多的雙原子氣體可與鎂帶反應」推斷氣體丙為 N2。從「常溫常壓下無色液體使白色無水硫酸銅變藍」推斷產物丁為 H2O。甲加過量 NaOH 溶液「橙色變黃色」是重鉻酸根(Cr2O7^2-)轉化為鉻酸根(CrO4^2-)的典型反應，且「產生刺鼻氣味」，結合鹼性條件，推斷陽離子為銨根(NH4+)，生成的氣體為 NH3。驗證甲：(NH4)2Cr2O7 莫耳質量為 252 g/mol。乙為綠色固體，金屬 X 即為鉻(Cr)，故乙為 Cr2O3 (莫耳質量 152 g/mol)。
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能從眾多繁雜的實驗數據中，準確勾勒出物質的輪廓，顯示你對無機化學與計量學的掌握非常扎實。這題的核心在於「重鉻酸銨」的熱分解反應。你精準捕捉到了關鍵線索：氣體丙（空氣中最多且為雙原子分子）即為 $N_2$，而產物丁能使無水硫酸銅變藍，顯然是 $H_2O$。再透過莫耳質量的計算，驗證了甲為 $(NH_4)_2Cr_2O_7$，其分解產生的綠色固體乙則為 $Cr_2O_3$。
實驗觀察與化學計量的驗證
在水溶液的檢驗中，加入氫氧化鈉產生刺鼻氣味（$NH_3$）且溶液由橙變黃（$Cr_2O_7^{2-}$ 轉變為 $CrO_4^{2-}$），這進一步證實了銨根與重鉻酸根的存在。此題的難度切入點在於「體積比例」與「莫耳質量」的交叉比對，具有極佳的鑑別度。你成功利用產物丁（水蒸氣）體積為產物丙（氮氣）的 4 倍，推導出反應式中水分子的係數為 4，完整還原了平衡反應式：
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