高中學測
113年
自然
第 50 題
📖 題組：
在寒武紀以前的地層中，可找到由氧化鐵與二氧化矽細粒反覆堆疊形成的「縞狀（帶狀）鐵礦床」，是重要的鐵礦來源。約24億年前的地層中，更普遍地出露厚層的縞狀鐵礦床。縞狀鐵礦床形成原因的假設模型，是由亞鐵離子（$Fe^{2+}$）與氧氣作用生成氧化鐵（$Fe_2O_3$及$Fe_3O_4$）沉澱所致。而$Fe^{2+}$是由海底岩漿噴發所形成，氧則是對藍綠菌行光合作用所產生。 圖20彙整了一些地球歷史事件，包括化石紀錄、縞狀鐵礦形成時段與相對含量，以及大氣中氧氣含量相對於現今濃度的變化。
在寒武紀以前的地層中，可找到由氧化鐵與二氧化矽細粒反覆堆疊形成的「縞狀（帶狀）鐵礦床」，是重要的鐵礦來源。約24億年前的地層中，更普遍地出露厚層的縞狀鐵礦床。縞狀鐵礦床形成原因的假設模型，是由亞鐵離子（$Fe^{2+}$）與氧氣作用生成氧化鐵（$Fe_2O_3$及$Fe_3O_4$）沉澱所致。而$Fe^{2+}$是由海底岩漿噴發所形成，氧則是對藍綠菌行光合作用所產生。 圖20彙整了一些地球歷史事件，包括化石紀錄、縞狀鐵礦形成時段與相對含量，以及大氣中氧氣含量相對於現今濃度的變化。
下列關於縞狀鐵礦與相關地球歷史事件的敘述，哪些正確？（應選3項）
- A $Fe_2O_3$ 是亞鐵離子經還原反應形成的
- B 在24～35億年前，縞狀鐵礦床形成當時，大氣中氧氣的濃度並未大幅增加，而是在其形成後，才大幅增加
- C $Fe_2O_3$ 與 $Fe_3O_4$ 均不易溶於水
- D $Fe_2O_3$ 與 $Fe_3O_4$ 均屬於分子化合物
- E 在19億年前，縞狀鐵礦床形成時，推測當時海洋中 $Fe^{2+}$ 的濃度大幅上升
思路引導 VIP
請同學優先觀察圖 20 中「氧氣相對含量」曲線與「縞狀鐵礦」形成時段的對比：在大規模鐵礦床形成的過程中，大氣中的氧氣濃度是否已經開始攀升？接著，請從化學反應的角度思考，由亞鐵離子 ($Fe^{2+}$) 轉變為氧化鐵 ($Fe_2O_3$、$Fe_3O_4$) 的過程中，鐵的氧化數變化為何？這類由金屬元素與氧組成的化合物，其在水中的溶解性特徵，以及它們所屬的化學鍵結類型（分子化合物或離子化合物）為何？最後，根據文中提到的形成模型，若 19 億年前出現了鐵礦床的生成高峰，這暗示了當時海洋中反應物（亞鐵離子）的供應情況有何變動？
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同學你好！這題結合了地科的地球演化史與化學的氧化還原觀念，是一道非常典型的跨科整合題。你選了 A、C、E，代表你已經正確判斷出鐵礦的物理性質與圖表中的局部資訊，但對於「氧化還原」的定義以及「圖表時間軸」的細節判讀還差一點點，我們一起來釐清。
氧化還原與化學鍵結
首先，關於選項 (A)，題目提到亞鐵離子（$Fe^{2+}$）反應生成氧化鐵（$Fe_2O_3$，其中鐵為 +3 價）。從 +2 價變為 +3 價是失去電子，所以這屬於氧化反應，而非還原。此外，(D) 選項中的氧化鐵與四氧化三鐵是由金屬與非金屬組成的離子化合物，並非分子化合物（分子化合物通常由非金屬原子以共價鍵結合）。至於 (C)，正如你所選，這些氧化物在自然界以礦床沉澱形式存在，確實不易溶於水。
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