115 學年度學科能力測驗自然考科 第 46 題(b)

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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。甲為 0.25 M 半胱胺酸(胺基酸的一種)加 0.125 M ZnSO₄;乙為 0.125 M Na₂S。

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步驟 3~4。

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。

表 8 不同比例反應物與產物中離子含量及量子點產率
樣品反應物 ZnSO₄(10⁻⁶ 莫耳)反應物 Na₂S(10⁻⁶ 莫耳)反應物半胱胺酸(10⁻⁶ 莫耳)產物 Zn²⁺(10⁻⁶ 莫耳)產物 S²⁻(10⁻⁶ 莫耳)量子點產率(%)
1200504007.29.418.1
220010040037.646.544.7
320015040062.469.344.4
420020040088.088.044.0
520030040093.6108.845.5
6200400400104.6117.050.2

已知 Zn 原子量 65.4、S 原子量 32.0、亞佛加厥常數 6.02×10²³ mol⁻¹,且每顆量子點含 110 個硫化鋅。每顆量子點含有多少克硫化鋅?(2 分)

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