高中學測
115年
自然
第 45 題
📖 題組：
在 2023 年，諾貝爾化學獎頒給從事奈米級量子點研究的三位學者。量子點是直徑介於 1 至 10 奈米的奈米粒子，由於其微小尺寸，可表現出獨特的性質。量子點的合成，可藉由添加不同界面活性劑等方法，來控制其大小及成分。硫化鋅量子點的合成實驗步驟如下： 步驟 1.配製甲與乙兩溶液，其組成如下： 甲 ： 0.25 M 半胱胺酸（胺基酸的一種）＋ 0.125 M $ZnSO_4$ 乙 ： 0.125 M $Na_2S$ 步驟 2.將甲和乙溶液混合後，於 47 ℃反應 60 分鐘，然後使用 1 M 醋酸鈉溶液，調整 pH 值至 6。 步驟 3.將冰冷乙醇逐滴加入，直至生成含有 ZnS 的白色沉澱物（稱為乙醇沉澱）。 步驟 4.經過 10 分鐘的離心後，取出沉澱物重新懸浮於水溶液中。 步驟 5.為去除大部分未反應的成分，需要進行至少兩次以上 3～4 步驟。 表 8 顯示不同比例反應物及所得產物的鋅離子、硫離子含量及量子點的產率。
在 2023 年，諾貝爾化學獎頒給從事奈米級量子點研究的三位學者。量子點是直徑介於 1 至 10 奈米的奈米粒子，由於其微小尺寸，可表現出獨特的性質。量子點的合成，可藉由添加不同界面活性劑等方法，來控制其大小及成分。硫化鋅量子點的合成實驗步驟如下： 步驟 1.配製甲與乙兩溶液，其組成如下： 甲 ： 0.25 M 半胱胺酸（胺基酸的一種）＋ 0.125 M $ZnSO_4$ 乙 ： 0.125 M $Na_2S$ 步驟 2.將甲和乙溶液混合後，於 47 ℃反應 60 分鐘，然後使用 1 M 醋酸鈉溶液，調整 pH 值至 6。 步驟 3.將冰冷乙醇逐滴加入，直至生成含有 ZnS 的白色沉澱物（稱為乙醇沉澱）。 步驟 4.經過 10 分鐘的離心後，取出沉澱物重新懸浮於水溶液中。 步驟 5.為去除大部分未反應的成分，需要進行至少兩次以上 3～4 步驟。 表 8 顯示不同比例反應物及所得產物的鋅離子、硫離子含量及量子點的產率。
關於表 8 實驗結果的敘述，下列哪些正確？（應選 3 項 ）
- A 當 $Na_2S$ 低於 $5.0 \times 10^{-5}$ 莫耳時，硫化鋅量子點的產率低於 20%
- B 當 $Na_2S$ 超過 $1.0 \times 10^{-4}$ 莫耳時，硫化鋅量子點的產率高於 40%
- C 當 $Na_2S$ 過量時，硫化鋅量子點的產率高於 45%
- D 硫化鋅量子點的產率可以達到 100%
- E 硫化鋅量子點的鋅離子 /硫離子（ $Zn^{2+} / S^{2-}$ ）比例遠大於 1
思路引導 VIP
觀察表 8 中反應物 $Na_2S$ 的數量單位是 $10^{-6}$ 莫耳，你能試著將表格裡的數字換算成科學記號，再對照選項去尋找對應的產率嗎？另外，想想看化學反應中的「過量」，在這裡是要跟哪一個反應物的量做比較呢？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！這題圖表判讀題你完全答對了，各個選項的細節你都判斷得非常精準！ 這題的核心在於科學記號的單位換算與資料檢索。圖表中 $Na_2S$ 的單位是 $10^{-6}$ 莫耳，所以表格裡的「50」即為 $5.0 \times 10^{-5}$ 莫耳；對照樣品 1，此時產率為 18.1%（低於 20%），因此 (A) 正確。當 $Na_2S$ 達 100（即 $1.0 \times 10^{-4}$ 莫耳）以上時，樣品 2 到 6 的產率都在 44% 以上，故 (B) 也正確。 至於 (C) 選項提到的「過量」，是指 $Na_2S$ 的量多於另一個反應物 $ZnSO_4$（固定為 200）。當 $Na_2S$ 為 300 與 400 時（樣品 5 與 6），產率分別為 45.5% 與 50.2%，確實大於 45%，所以 (C) 正確！反觀 (D)，表中最高產率僅 50.2%；(E) 計算產物的 $Zn^{2+} / S^{2-}$ 比例，數值多在 0.77 到 1 之間，並非遠大於 1。
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