高中學測
113年
自然
第 17 題
📖 題組：
海水去鹽淡化，可讓水資源再利用。某實驗室發現咖啡渣可作為水純化的材料。首先將咖啡渣在極高溫下碳化成奈米材料，再混以具油脂特性的無色透明矽烷，均勻地灑在一杯海水的表面上，然後放置在一具有斜度上蓋的透明容器（如圖5所示），經在太陽光照射之下，底部漸漸發現有經過凝結後的純水。 研究人員針對四種情況，分別是（甲）未照光、（乙）照光、（丙）照光並灑上碳化咖啡粉，以及（丁）照光並灑上混有矽烷的碳化咖啡粉，且後兩種情況使用同樣重量的咖啡粉。在同樣的時間內，測量水杯重量的減少程度，並將實驗結果繪製成圖6。
海水去鹽淡化，可讓水資源再利用。某實驗室發現咖啡渣可作為水純化的材料。首先將咖啡渣在極高溫下碳化成奈米材料，再混以具油脂特性的無色透明矽烷，均勻地灑在一杯海水的表面上，然後放置在一具有斜度上蓋的透明容器（如圖5所示），經在太陽光照射之下，底部漸漸發現有經過凝結後的純水。 研究人員針對四種情況，分別是（甲）未照光、（乙）照光、（丙）照光並灑上碳化咖啡粉，以及（丁）照光並灑上混有矽烷的碳化咖啡粉，且後兩種情況使用同樣重量的咖啡粉。在同樣的時間內，測量水杯重量的減少程度，並將實驗結果繪製成圖6。
在水杯中灑上混有油脂特性的矽烷碳化咖啡粉，可使水的揮發效果更佳，下列敘述哪些正確？（應選2項）
- A 油脂特性的矽烷具疏水性質，可使咖啡粉飄浮在水的表面上，不會產生沉澱
- B 油脂特性的矽烷具親水性質，可與水的互溶性提升
- C 可扮演界面活性劑的角色，使咖啡粉懸浮在水中
- D 可扮演凝聚劑的角色，使咖啡粉凝結成塊，沉入水中
- E 在 40～50分鐘間，杯內灑上混有油脂特性矽烷碳化咖啡粉的揮發速率達到 0.02 $kg/m^2\cdot min$
思路引導 VIP
請先由化學性質切入：文中提到的矽烷具有「油脂特性」，這對於其在水中的親疏水性有何啟示？這項性質如何確保咖啡粉能維持在有利於照光蒸發的位置？接著請進行定量分析：觀察圖 6 中曲線（丁）在 $40$ 分鐘到 $50$ 分鐘的座標點，試著計算這段期間內的變化率（即斜率 $\frac{\Delta y}{\Delta x}$），其計算出的量值是否與選項中的敘述一致？
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AI 詳解
AI 專屬家教
同學，你的「博愛」讓老師心疼，但題目規定「應選 2 項」，你多選 (D) 可是會讓分數直接蒸發的喔！ 迷思破解： 你選 (D) 真的讓咖啡粉「心沉大海」了！既然題目強調具「油脂特性」，這就是典型的疏水性。要增加「表面」揮發，粉末必須傲嬌地待在氣液界面吸熱。如果它像「凝聚劑」一樣讓粉末沉入水中，那就變成在泡海底撈咖啡，對表面蒸發加速完全沒幫助！
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