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114學測自然 第36題 詳解

氧化反應・莫耳分析 · 單選 · 題目出處：114 學年度學科能力測驗 自然考科（大學入學考試中心）

答案(C) 0.8看逐步解析 ↓

題目
（35-36 題為題組）氧化亞銅奈米粒子在光照下，可將二氧化碳與水轉化成甲醇（CH3OH\mathrm{CH_3OH}）與氧氣，反應式為 2CO2+4H2O→2CH3OH+3O2\mathrm{2CO_2+4H_2O\rightarrow 2CH_3OH+3O_2}。

經過更仔細的實驗觀察，發現另有少量氫氣的副產物生成，可能是在光照下，水亦可被分解為氫氣與氧氣，反應式為：2H2O→2H2+O2\mathrm{2H_2O\rightarrow 2H_2+O_2}。若某次實驗結果的氣體產物為氧氣 1.40 莫耳與氫氣 0.40 莫耳。試問該次實驗生成多少莫耳的甲醇？
(A) 0.4　(B) 0.6　(C) 0.8　(D) 1.0　(E) 1.2

逐步解析

  1. 1

    先看題目在考什麼

    這題考的是「混合反應的莫耳守恆」。同一個實驗裡，同時有生成甲醇的主反應，以及產生氫氣的副反應，必須先把兩種反應分開，再用各自的反應式找關係。
  2. 2

    先用氫氣回推出水的分解量

    副反應為 2H2O→2H2+O2\mathrm{2H_2O\rightarrow 2H_2+O_2}，可知生成 22 莫耳 H2\mathrm{H_2} 時，同時會生成 11 莫耳 O2\mathrm{O_2}。題目給 H2\mathrm{H_2} 為 0.400.40 莫耳，所以副反應產生的 O2\mathrm{O_2} 為 0.200.20 莫耳。
  3. 3

    把總氧氣拆成兩部分

    實驗總共觀察到 1.401.40 莫耳 O2\mathrm{O_2}，其中 0.200.20 莫耳來自水分解副反應，所以生成甲醇的主反應所對應的氧氣量是 1.40−0.20=1.201.40-0.20=1.20 莫耳。
  4. 4

    用主反應的莫耳比求甲醇

    主反應為 2CO2+4H2O→2CH3OH+3O2\mathrm{2CO_2+4H_2O\rightarrow 2CH_3OH+3O_2}，表示生成 33 莫耳 O2\mathrm{O_2} 時，會同時生成 22 莫耳 CH3OH\mathrm{CH_3OH}。若氧氣是 1.201.20 莫耳，則甲醇為 1.20×23=0.801.20\times \frac{2}{3}=0.80 莫耳。
  5. 5

    對照選項並確認正解

    因此該次實驗生成的甲醇為 0.80.8 莫耳，答案選 (C)。
答案
(C) 0.8

關鍵觀念：#化學反應式 #莫耳比 #氧化還原

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常見卡點
最容易錯在把 1.401.40 莫耳氧氣全部拿去算甲醇，忽略其中有 0.200.20 莫耳其實來自水分解副反應；另一個常見錯誤是把 H2\mathrm{H_2} 和 O2\mathrm{O_2} 當成一比一，忘了副反應是 2:12:1 的莫耳比。

還是卡住嗎？

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