理化 B3 P98–P112｜完整解題

空氣是多種氣體組成的混合物，不是單一氣體；空氣也不是「很容易」溶於水。
空氣在低溫、高壓下可以液化成液態空氣。
另外，空氣中含量最多的是氮氣，不是氧氣。

常見稀有氣體有氦、氖、氬、氪等。
在空氣中含量最多的稀有氣體是氬氣。

食品氧化腐敗常和氧氣有關。
氮氣性質較安定、不助燃，可降低包裝內氧氣比例，因此常用於食品包裝。

氦氣密度比空氣小，且不燃燒、不助燃、性質安定，所以適合填充氣球。
但「氦氣是最輕的氣體」不正確；最輕的是氫氣。

空氣是混合物；氧氣的化學活性較大；除了氮氣、氧氣外，還有氬氣、二氧化碳等其他氣體。
但空氣中氮氣約 78%，氧氣約 21%，所以氧氣並沒有比氮氣多。

氫氣雖很輕，但可燃，不適合直接取代氦氣作一般氣球填充氣。
氧氣不是空氣中含量最多的氣體；氮氣也不助燃。
空氣在低溫、高壓下可凝結成液態空氣。

燃燒要持續，需要溫度維持在燃點以上。
水吸收大量熱，使木材溫度降到燃點以下，燃燒就無法繼續。

氖氣通電可發出紅橙色光；空氣主要成分為氮氣與氧氣；木炭燃燒產生二氧化碳，通入石灰水會形成白色混濁。
氮氣密度和空氣接近，不能像氦氣一樣提供足夠浮力，因此不能用來取代氦氣填充氣球或飛船。

二氧化錳是催化劑，可以加快雙氧水分解速率。
若生成太慢，可以增加二氧化錳，使反應加快。
加水反而會稀釋雙氧水；把集氣瓶移出水面也不能加快反應。

甲裝置吸氣時，外界空氣通過石灰水，因此可檢測空氣中的二氧化碳。
乙裝置吹氣時，人體呼出的氣體通過石灰水，因此可檢測呼出氣體中的二氧化碳。

甲為水蒸氣。
乙的汽水氣泡主要是二氧化碳。
丙由稀鹽酸與大理石反應產生二氧化碳。
丁在黑暗中植物進行呼吸作用，會產生二氧化碳。
因此乙、丙、丁相同。

氧氣容易促進某些物質氧化。
若地下環境氧氣較少，氧化與腐蝕速度可能較慢，因此較有利保存。

二氧化碳密度比空氣大，會先累積在較低處。
所以最低的甲先熄滅，再來是乙；最高的丙最後才熄滅。

二氧化錳在此反應中是催化劑，不是反應物。
四組總液體體積都一樣，所以總體積不是造成速率差異的主因。
雙氧水用得越多、濃度越高，集滿一瓶氧氣所需時間越短，表示反應越快。
因此可知雙氧水濃度會影響氧氣的生成速率。

(1) 收集甲：
甲幾乎不溶於水（0.033很小），最適合用排水集氣法，所以選圖 D。

(2) 收集丙：
丙非常容易溶於水（702很大），不能用排水法；而且密度0.0007小於空氣0.0012，應用向下排氣法，選圖 C。

(3) 收集乙後如何放置：
乙密度0.0018大於空氣，集氣瓶應正立，避免氣體向上逸散，所以選 B。

(1) 甲是從上方滴入雙氧水的薊頭漏斗，選 A。

(2) 二氧化錳是催化劑，作用是增加氧氣生成速率，選 B。

(3) 圖中以水槽及倒置集氣瓶收集氧氣，叫做排水集氣法，選 A。

(4) 若氧氣生成太快，應先將導管移出水面，使氣體容易排出、降低裝置內壓力，選 A。

(5) 檢驗氧氣可把快熄滅、仍帶火星的木條放入，若復燃即可確認，選 D。

(6) 鎂帶在氧氣中會劇烈燃燒，發出白色強光，選 D。

氧氣中燃燒最旺；空氣中仍可燃燒，但較弱；氮氣不助燃，火焰會熄滅。
依題目瓶子的安排：乙為氧氣、甲為空氣、丙為氮氣。
所以燃燒程度：乙＞甲＞丙。

鎂帶在氧氣中燃燒非常劇烈，會發出耀眼的白色強光。

把快熄滅、仍有火星的線香或木條放入集氣瓶。
若重新燃燒（復燃），表示氣體具有助燃性，可判斷為氧氣。

二氧化碳雖可溶於水，但在一般實驗收集條件下，溶入水中的量並不算多。
用排水法可減少和空氣混合，因而得到濃度較高的二氧化碳。

鎂燃燒時會發出強烈的白光，因此銀白色亮光的煙火常可能含鎂粉。

能使澄清石灰水變混濁、產生白色沉澱，是二氧化碳的典型檢驗現象。

氨氣非常容易溶於水，所以不能使用排水集氣法。
氨氣密度比空氣小，因此要讓氨氣上升、空氣向下排出，使用向下排氣法，瓶口朝下。
圖中乙符合。

雙氧水在二氧化錳催化下，不需加熱即可分解產生氧氣。
所以「必須加熱才有反應產生」是錯的。
其餘：二氧化錳可加快反應、剛開始的氣泡不宜收集（先排掉裝置內空氣）、氧氣通常可用排水法收集，都正確。

二氧化碳不助燃；氧氣也不會使石灰水變混濁。
空氣中氧氣約21%，二氧化碳只占很少比例，因此二氧化碳所占比例比氧氣小。

氧氣在水中的溶解度小，因此可用排水集氣法收集。

二氧化碳本身不助燃，能隔絕或稀釋燃燒物周圍的氧氣，因此可用於滅火。

薊頭漏斗長管末端應浸在液面下，避免氣體從漏斗逸出；雙氧水應慢慢加入；收集好氧氣的瓶子可正立加蓋。
但澄清石灰水是檢驗二氧化碳，不是檢驗氧氣。

二氧化碳不是空氣中最多的氣體，也不會使木材燃燒更旺盛；它可溶於水。
二氧化碳能使澄清石灰水變混濁。

極易溶於水，所以不能用排水集氣法。
密度比空氣大，氣體應由較低處進入，將空氣向上推出，使用向上排氣法；集氣瓶正立。
圖中 C 符合。

氧氣具有助燃性。
把快熄滅的火柴或帶火星木條放入瓶中，若復燃，即可辨認出氧氣。

雙氧水分解產生水和氧氣：
2H₂O₂ → 2H₂O＋O₂。
二氧化錳是催化劑，寫在箭號上方，不列為反應物或生成物。

甲：可溶於水、石灰水無反應、不助燃 → 氨氣。
乙：微溶於水、使石灰水混濁、不助燃 → 二氧化碳。
丙：難溶於水、石灰水無反應、有助燃性 → 氧氣。
丁：難溶於水、石灰水無反應、不助燃 → 氮氣。

甲78%為氮氣；乙21%為氧氣；丙約0.9%主要是稀有氣體；丁約0.1%為其他少量氣體。
因此甲不是以單原子形式存在的惰性氣體；乙具有助燃性，不能拿來防氧化；丙也不是呼吸所需主要氣體。
丁代表少量其他氣體的混合部分，可包含二氧化碳等。

甲是二氧化碳，不助燃，因此線香立刻熄滅。
乙是氧氣，助燃，因此線香燃燒更旺盛。
丙是空氣，可支持一般燃燒，因此線香持續燃燒。

排水集氣最怕氣體大量溶於水。
20°C時甲的溶解量442 cm³，遠大於其他三種，因此甲最不適合用排水集氣法。

磷燃燒會消耗鐘罩內的氧氣；剩餘磷表示反應不是因磷用完而停止，而是因氧氣已不足。
水面上升的體積約占原空氣的五分之一，可推知空氣中可助燃的氧氣約占1/5。
剩餘氣體並非純氮氣，還含稀有氣體、二氧化碳等少量氣體。

兩套裝置開始反應前，導管內都先有空氣。

實驗一製二氧化碳：第一瓶甲會混到較多原來的空氣，所以甲的氧氣含量比第二瓶乙高：甲＞乙。

實驗二製氧氣：第一瓶丙會混到原來的空氣，第二瓶丁則更接近純氧，所以丁＞丙。

製氧的丙、丁氧氣含量都會高於製二氧化碳的甲、乙。
因此順序：丁＞丙＞甲＞乙。

甲為氮氣，乙為氧氣。
在一般地表附近，乾燥空氣中的氮氣與氧氣比例都相當穩定，不會因地點而大幅改變。
因此「乙為氧氣，在地表附近空氣中所占比例幾乎不隨地點改變」正確。

(1) 發酵裝置：
發酵瓶必須有橡皮塞密封，否則氣體會直接逸散；導氣管在發酵瓶內的一端應位於液面上方，讓瓶內產生的氣體導出；集氣瓶則要裝滿水倒置，以排水法收集。
四圖中只有 B 符合。

(2) 兩人的檢測方法：
牧牧加入澄清石灰水，若變混濁，可確認有二氧化碳，能作為發酵產氣仍在進行的證據之一，方法合理。
小歡把燃燒的線香放入沼氣中，若「持續燃燒」就判定有助燃性氣體；但沼氣主要含甲烷、二氧化碳，並不是用「助燃」來證明發酵，因此方法不合理。
所以只有牧牧合理，選 C。

(3) 表格判讀：
24°C五天排水量：30、110、160、182、172 g。
28°C：55、175、278、212、181 g。
34°C：107、501、431、170、153 g。

排開的水量越大，表示當天收集到的沼氣量越多，因此可代表該條件下當天的發酵產氣速率較快。
所以選 D。

A錯：資料看不出溫度越高活性反而降低；34°C前幾天反而產氣較多。
B錯：沼氣中的甲烷不屬於易溶於水的氣體。
C錯：本實驗沒有量出甲烷百分比，不能推論都是20%左右。

(1) 乾冰是固態二氧化碳，放入飲料後會昇華成大量二氧化碳氣體；低溫也會使周圍水氣凝結成小水滴，看起來像白煙，因此選 B（乾冰）。

(2) 冒出的主要氣體是乾冰昇華產生的二氧化碳，選 B。