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115學測自然 第27題 詳解

過鉀鹽分解・定式 · 多選 · 題目出處：115 學年度學科能力測驗 自然考科（大學入學考試中心）

答案(A)(B)(E)看逐步解析 ↓

題目
〔25–27 題為題組〕小芬修習「探究與實作」後，知道香蕉的果皮與果肉中，富含鹼金屬與鹼土金屬元素的鹽類。她想從香蕉中提取鉀鹽，經老師指導與蒐集資料後，進行實驗，實驗步驟與紀錄如下：

步驟 1 整理資料，得每一百克香蕉所含成分如表 5；而表 6 則整理出鹼金屬／鹼土金屬化合物在 30 ℃ 時的溶解度（g／100 g 水）。

表 5（每 100 克香蕉）
・成分：醣類 28 g、脂肪 0.5 g、蛋白質 1.5 g、胺基酸 0.05 g、維生素 0.1 g、水分 69 g
・礦物質：鈣 150 mg、鎂 130 mg、磷 20 mg、鉀 390 mg、鈉 1 mg、鋅 0.1 mg

表 6（30 ℃ 溶解度，g／100 g 水）
| 陽離子＼陰離子 | SO42−\mathrm{SO_4^{2-}} | ClO3−\mathrm{ClO_3^{-}} | ClO4−\mathrm{ClO_4^{-}} | NO3−\mathrm{NO_3^{-}} | CO32−\mathrm{CO_3^{2-}} |
| Na+\mathrm{Na^+} | 110 | 105 | 209 | 104 | 110 |
| K+\mathrm{K^+} | 130 | 10 | 1.3 | 160 | 120 |
| Mg2+\mathrm{Mg^{2+}} | 24 | 150 | 100 | 140 | ＜0.01 |
| Ca2+\mathrm{Ca^{2+}} | 0.3 | 130 | 190 | 150 | ＜0.01 |

步驟 2 收集 1 公斤香蕉，清洗、烘乾後，混合木炭後將有機物完全燃燒，礦物質完全變成碳酸鹽與氧化物固體。
步驟 3 將固體秤重、磨成粉末，加入 50 mL 熱水，攪拌並靜置過夜。
步驟 4 以濾紙濾除不溶物。已知表 6 中五種陰離子的銨鹽均可溶於水，依據表 6，逐步加入 NH4ClO4\mathrm{NH_4ClO_4} 於濾液中，溶液會出現沉澱，繼續添加，直到沉澱不再出現。
步驟 5 以濾紙收集沉澱物、乾燥並秤重。移入 600 ℃ 的烘箱內加熱、重量減少、反覆加熱，直到重量不再變化，最終重量比原先減少 46.2%。推測原因，應是在加熱過程中發生分解反應。
（莫耳質量：NaClO4=122.5\mathrm{NaClO_4}=122.5 g/mol、KClO4=138.5\mathrm{KClO_4}=138.5 g/mol、NaCl=58.5\mathrm{NaCl}=58.5 g/mol、KCl=74.5\mathrm{KCl}=74.5 g/mol）

在步驟 5 中的反應，下列相關敘述，哪些正確？（應選 3 項）
(A) 此反應可能產生氣體而導致步驟 5 中的重量減少
(B) 此反應中 Cl 被還原
(C) 此反應產生 KClO\mathrm{KClO}
(D) 此反應中，1 莫耳的反應物分解產生 1 莫耳的氧氣
(E) 平衡反應式的最小整數係數和為 4

逐步解析

  1. 1

    先抓題眼：減少百分比對應哪個產物

    步驟五的關鍵是「重量減少 46.2%」。沉澱若是 KClO4\mathrm{KClO_4}，加熱後最可能分解成 KCl\mathrm{KCl} 並放出氣體。只要把分解前後的莫耳質量拿來比，就能直接驗證反應式。
  2. 2

    用質量差反推反應式

    KClO4\mathrm{KClO_4} 的莫耳質量是 138.5，KCl\mathrm{KCl} 是 74.5，減少的質量是 64.0 g，比例為 138.5−74.5138.5=64138.5≈46.2%\frac{138.5-74.5}{138.5}=\frac{64}{138.5}\approx 46.2\%。這和題目完全一致，所以步驟五的分解反應為 KClO4→KCl+2O2\mathrm{KClO_4\rightarrow KCl+2O_2}。
  3. 3

    逐項判析：A、B、C

    (A) 對。反應生成 O2\mathrm{O_2} 氣體逸出，會造成秤重變小。
    (B) 對。KClO4\mathrm{KClO_4} 中 Cl 的氧化數是 +7，KCl\mathrm{KCl} 中是 −1，氧化數下降，所以 Cl 被還原。
    (C) 錯。若產物是 KClO\mathrm{KClO}，莫耳質量為 90.5，質量減少比例約為 138.5−90.5138.5≈34.7%\frac{138.5-90.5}{138.5}\approx 34.7\%，不符合題目給的 46.2%。
  4. 4

    逐項判析：D、E

    (D) 錯。由反應式可知，1 莫耳 KClO4\mathrm{KClO_4} 分解會產生 2 莫耳 O2\mathrm{O_2}，不是 1 莫耳。
    (E) 對。平衡式最小整數係數為 1、1、2，係數和是 4。
  5. 5

    收束結論

    因此步驟五的分解反應為 KClO4→KCl+2O2\mathrm{KClO_4\rightarrow KCl+2O_2}，正確選項是 (A)(B)(E)。
答案
(A)(B)(E)

關鍵觀念：#氧化還原 #化學反應式 #質量守恆

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常見卡點
最容易錯在只看「加熱會分解」就亂猜產物，沒先用 46.2% 去對質量差；另一個常見失誤是把 1 莫耳 KClO4\mathrm{KClO_4} 誤看成只放出 1 莫耳 O2\mathrm{O_2}。

還是卡住嗎？

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