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第 4 章能源與化學

第 4 章能源與化學. 4-1 能源與燃料. (1) 化石 燃料 : 指古代有機物長期埋藏地下，經高溫、高壓產生質變而形成的燃料，包括 煤 、 石油 及 天然氣. 使用的主要能源有 _______ 燃料與 _____ 能。. (2) 核能 : 原子核進行 核分裂 ( 鈾 -235) 或 核融合 ( 太陽 ) 產生的能量。. (3) 其他能源 有「生質能」 ( 為化學能的一種 ): 水力、風力、波浪、 潮汐能，以及地熱。. (a) 最早使用的能源 -- 直接由生物體所產生的「生質能」. (b) 太陽能 : 自然界的能源多由太陽的光與熱直接或間接轉變產 生的 。.

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第 4 章能源與化學

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  1. 第4章能源與化學

  2. 4-1能源與燃料 (1)化石燃料:指古代有機物長期埋藏地下，經高溫、高壓產生質變而形成的燃料，包括煤、石油及天然氣 • 使用的主要能源有_______燃料與_____能。 (2)核能 :原子核進行核分裂(鈾-235)或核融合(太陽)產生的能量。 (3)其他能源有「生質能」(為化學能的一種):水力、風力、波浪、 潮汐能，以及地熱。 (a)最早使用的能源--直接由生物體所產生的「生質能」 (b)太陽能:自然界的能源多由太陽的光與熱直接或間接轉變產生的。

  3. 反應熱: ∆H>0 ∆H<0

  4. 反應熱的三大性質: 正比 等值異號 1、反應熱和反應物或產物莫耳數成____。 2、正反應和逆反應的反應熱為_________。 3、反應熱與反應物和產物狀態有關。(反應熱受溫度、壓力影響) 即反應型態、反應物與生成物的量、物質狀態、溫度、壓力等有關。 Ps1: Ps2: 通常以1atm、25℃時的反應熱作為計量標準。 須註明溫度(無註明時概指25℃)及狀態(因反應熱與物 質的狀態有關)

  5. H=－286 kJ H=－242 kJ 相同反應物但不同生成物，則∆H 不同 • C(s)+O2(g)CO2(g) H=－394 kJ； • C(s)+O2(g) CO(g) H=－110 kJ • 相同反應物與生成物，但狀態不同，則 ∆H不同 …放熱反應 …放熱反應

  6. 不同 44

  7. 例1:CO(g)+H 2 (g)稱為「水煤氣」，其生成為吸熱反應： • C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)∆H=133kJ； 或C(s)+H2O(g) +133kJCO(g)+H2(g) • 水煤氣燃燒時為放熱反應： CO(g)+1/2o2(g)CO2(g) ∆H=－284kJ， H2(g)+1/2o2(g)H2O (g) ∆H=－243kJ 或 CO(g)+1/2o2(g)CO2(g) +284kJ H2(g)+1/2o2(g)H2O+243kJ(g)

  8. 解:A 類1:

  9. 例2: 解: 四反應放出的熱分別為Q1、Q2、Q3、Q4，試比較其大小。 Q2>Q1>Q4>Q3

  10. H=－286KJ..H2O(l)的莫耳生成熱 C(s)+1/2O2(g) CO2(g)  H=－394 Kj..CO2的莫耳生成熱 莫耳燃燒熱:1atm、25℃時，1mol物質完全燃燒時所放出的熱量 ，∆H恒___ ‹0 莫耳生成熱：1atm、25℃時，1mol物質由成分元素生成時引起的熱量變化。

  11. 例3: 1莫耳KOH溶入水後釋出3.8kcal的熱量，試以熱 化學反應式描述此一反應。 • 解:KOH(s)KOH(aq) ∆H=－3.8kcal

  12. 類3: 解:B 類4:D 類5:A

  13. 4-1.2熱值 • 純物質的燃燒所放出的能量常以燃燒熱 表之。 • 燃料多為混合物，故燃料化學中採用熱值（或稱為發熱量;質量燃燒熱，單位kJ/kg）表示。

  14. 單位換算:1卡=1公克水升高1℃所需的熱量=4.2焦耳單位換算:1卡=1公克水升高1℃所需的熱量=4.2焦耳 • 低碳數的熱值較大，熱值愈大則燃料的經濟價值愈高。 • 低碳的烷類反而具有較高的單位質量燃燒熱，而氫氣的熱值是所有物質中最高的( 284240 kJ/kg )，燃燒時又不會產生空氣污染物，被認為是最乾淨、最具潛力的能源。但不會是家用燃料，因體積大、不易儲存，而且有爆炸之虞。 • 碳數較多的燃料含有較高的莫耳燃燒熱。

  15. 【類8】1莫耳KOH溶入水後放出3.8仟卡的熱量，試以熱化學反應式描述此一反應。【類8】1莫耳KOH溶入水後放出3.8仟卡的熱量，試以熱化學反應式描述此一反應。 【類7】:在1atm、25℃下，一莫耳乙烷燃燒熱1560KJ，試寫出其熱化學方程式? 【類6】: 燃燒一莫耳氫氣可放熱286Kj，計算氫氣的熱值為多少kJ/kg? 解:一莫耳氫氣重:2克 286/2X1000=143000 【答:143000kJ/kg】

  16. 4-2 化石能源 煤 石油 天然氣 • 化石燃料:泛指____、___、_____。 • 化石燃料的消耗會造成空氣中的______濃度增高，引起溫室效應。 • 石油:是古代動物或植物殘骸經地熱與壓力之作用逐漸轉化而成。初採出時開採石油時，地下氣体或地下水的壓力使石油噴出地面，而得黑褐色黏稠狀多種烴(碳氫化合物)的混合物（主成分為烷(通式CnH2n+2)）的液體稱________。 co2 石油

  17. 利用原油中各成分沸點的差異，將原油蒸餾後，在不同的 溫度下收集，可依沸點範圍分成數個部分的混合物，而不同的成分分開的方法，稱_______。 分餾 分餾裝置及原油分餾的主要餾分及用途:【取自泰宇基化】

  18. 分餾塔 • Ⅰ、工業上使用分餾塔(底部放置原油) :原油氣(約400℃)被送入______時，沸點高的油氣首先被冷卻並被收集於底層的收集盤內; 沸點低者，得以繼續爬昇至較高的冷凝杯中，再被收集。 • Ⅱ、分子量小者⇒沸點_____，該成分由塔高處分餾出。 • Ⅲ、分子量大者⇒沸點_____，該成分由塔低部分餾出。 • Ⅳ、沸點大小:__________＜__________＜__________＜__________＜___________＜_________。 • Ⅴ、石油為烴類化合物的混合物，主要成分為________類( ) • Ⅵ液化石油氣簡稱_________:以_____________和___________為其主成分，為方便，常以________態形式儲存和運送;(因液化後的体積為原有的1/600)。 低 高 烷類 CnH2n+2 丙烷 LPG 丁烷 液

  19. 汽油是內燃機的燃料，汽油蒸氣在汽缸內燃燒時產生高壓的氣体，可推動活塞、轉動引擎，若因燃燒太快使活塞受力不均勻，產生不正常的燃爆，即為引擎的震爆現象，震爆容易損害引擎且減低引擎動力。為了比較各種燃料的抗震爆程度，以燃料的辛烷值（O.N.）表之。由下表知，其可為正、負整數值汽油是內燃機的燃料，汽油蒸氣在汽缸內燃燒時產生高壓的氣体，可推動活塞、轉動引擎，若因燃燒太快使活塞受力不均勻，產生不正常的燃爆，即為引擎的震爆現象，震爆容易損害引擎且減低引擎動力。為了比較各種燃料的抗震爆程度，以燃料的辛烷值（O.N.）表之。由下表知，其可為正、負整數值 辛烷值（O.N.）

  20. 震爆 正庚烷易在汽缸內壁造成_________現象，不僅減低引擎效率，更可能造成汽缸過熱或活塞損裂，故其100% 正庚烷的辛烷值訂為______。相反的，100%異辛烷卻可順利推動內燃機運轉，因此，目前汽油的品級均以其為標準訂為______ 3、______汽油:油品的抗震性質若和含98%異辛烷及2%正庚烷的汽油相似，則稱之。 4、______汽油:油品的抗震性質若和含95%異辛烷及5%正庚烷的汽油相似，則稱之。 5、______汽油:油品的抗震性質若和含92%異辛烷及8%正庚烷的汽油相似，則稱之。 0 100 98 95 92

  21. 7、添加抗震劑四乙基鉛Pb(C2H5)4(如1ml/L，可提高辛烷值至90)，成為俗稱的「含鉛汽油」。但四乙基鉛燃燒時會產生PbOx沉積於引擎，阻塞燃燒，因此需加入除鉛劑1，2－二溴乙烷CH2BrCH2Br，使生成揮發性PbBr2隨廢氣排出。但是卻也因此造成了空氣污染，引起兒童腎臟病變、終身學習不良。而且鉛會破壞汽車之觸媒轉化器中的觸媒Pt(催化烴及CO氧化、NOx分解成N2和O2)。7、添加抗震劑四乙基鉛Pb(C2H5)4(如1ml/L，可提高辛烷值至90)，成為俗稱的「含鉛汽油」。但四乙基鉛燃燒時會產生PbOx沉積於引擎，阻塞燃燒，因此需加入除鉛劑1，2－二溴乙烷CH2BrCH2Br，使生成揮發性PbBr2隨廢氣排出。但是卻也因此造成了空氣污染，引起兒童腎臟病變、終身學習不良。而且鉛會破壞汽車之觸媒轉化器中的觸媒Pt(催化烴及CO氧化、NOx分解成N2和O2)。 8、有些國家已禁止販售含鉛汽油。目前已改用加氧汽油⇒如加醇類（ ）或____________者稱加氧汽油.以提高辛烷值。 9、烷經高溫強熱並加上適當的催化劑，可將較大的分子熱裂解成較小的分子，例如：丙烷丙烯、氫、乙烯、甲烷；輕油(含石油醚)乙烯、丙烯、丁二烯及裂解汽油，以這些物質為原料可製得各種石油化學品。 3-甲基-丁基醚 甲醇

  22. 例4:下列有關汽油與辛烷值的敘述，哪些是正確的？　(A)加氧汽油（oxygenated gasoline）是指於汽油中添加氧氣　(B)臺灣現在在加油站販賣的無鉛汽油有 92、95、98 無鉛汽油　(C) 87汽油一定是該汽油僅含異辛烷與正庚烷，且其體積百分比為 87：13(D)可藉由適當的添加劑以提高油品的辛烷值　(E)一般低辛烷值的油品可利用重組反應（reforming）提高辛烷值。 例5:試估計異辛烷與正庚烷以4：1體積比混合在一起所得之汽油的辛烷值。 例6:下列有關汽油的敘述何者不正確？(A)含鉛汽油是指汽油中含有 (C2H5)4Pb (B)汽油含鉛的目的在於幫助汽油完全燃燒(C)汽油和空氣混合在汽車引擎內燃燒，會使空氣反應生成NO(D)汽油是烴類混合物(E)汽油的辛烷值是表示汽油分子的分子量大小。 【答: B、D 、E 】 【答:80 】 【答:B 、E 】

  23. 例7:觸媒轉化器可以減少何種廢氣的排放量？　(A)一氧化碳　(B)臭氧　(C)氮氧化物　(D)碳氫化合物　(E)二氧化硫。例7:觸媒轉化器可以減少何種廢氣的排放量？　(A)一氧化碳　(B)臭氧　(C)氮氧化物　(D)碳氫化合物　(E)二氧化硫。 【答:ACD 】 類9: 原油的提煉過程， 是利用沸點的不同而分離出各種不同的產物。這過程稱為　(A)乾餾　(B)裂解　(C)分餾　(D)蒸餾。【答: C 】 類10:石油經分餾可得各產物如下，何者有誤？　(A)汽油：C5至C12(B)石油醚：C5至C6(C)煤油：C20至C40(D)天然氣：C1至C4。 【答: C 】

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