生活中的能源

一.人類的生活與能源：

1.自從人類學會用火以來，能源與生活就發生了密切的關係，人類愈文明，生活品質 愈高對能源的需求也就愈殷切。

2.最早使用的能源是生質能源，它是化學能的一種，最普遍的生質能源是木材，目前 仍是開發中國家的主要能源之一。

3.煤、石油及天然氣等化石燃料，都是由生質能轉變而成，則是工業國家的主要能源。

二.能源的枯竭：地球上大量蘊藏的煤、石油與天然氣等化石燃料。因為人口大量增加與 生活水準的提高，而需要大量的能源。因此大量開採與使用的結果，導致煤與石油 已逐漸枯竭，大約估計地球上所蘊藏的煤約只夠再開採230 年，而石油約只夠再開 採45 年。

三.能源的探討：

1.能源是人類文明日益進步的原動力，而能源短缺更是舉世注目的焦點。

2.什麼是能源？人類所需要的能源在那裡？那種能源最適合？我們又該如何節省能源？

這些都是值得我們探討的課題。

3.為使人類能永續生活於地球，開發新的能源是當務之急。

1.下列各項敘述中，錯誤的是 (A)人類最早使用的能源是生質能 (B)與人類關係最密切 的能源是太陽能 (C)化石燃料包括煤、石油、天然氣等 (D)生質能源



木材在已開發 國家已不再使用。

2.地球上主要能量的來源是 (A)燃燒化石燃料 (B)水力發電 (C)太陽上的核融合反應 (D) 植物的光合作用。

3.下列各種能源中與生質能源無關的是 (A)煤 (B)核能 (C)石油 (D)天然氣。

4.人類最早使用的能源是 (A)地熱能 (B)生質能 (C)石油 (D)天然氣。

5.下列各能源中，何者為生質能 (A)石油 (B)木材 (C)天然氣 (D)核能。

4 -1 能源簡介

一.能量的定義：能量是一種作功的本領，一個能對外作功的物體，就具有能量；作功 的過程則是將能量由一物傳到另一物的過程。

二.能源：

1.定義：可提供能量的資源，簡稱為能源。

2.分類：

(1)依使用的永久性質，可分成

a.循環能源：可以永久或半永久反覆使用的能源。如，水力、風力等等。

b.非循環能源：只能使用一次，用過就散失的能源。如，化石燃料、核能等等。

(2)依利用性質，可分成

a.開放性能源：可以直接利用的能源。如，動能、光、熱、電等等。

b.封閉性能源：不能直接利用的能源，必須加以轉換才能使用。如，位能、化學能、

核能等等。

3.形式：能源可以多種形式存在，如熱能、化學能、機械能(又名力學能包括動能和位 能)、電能、光能(輻射能)、核能和磁能等。

三.能量的轉換：各種能量是可以互相轉換的，但其總量是固定的，此即是所謂的能量 守恆定律。常見的能量轉換形式，可利用圖4 來表示。其中最粗的線代表能量轉1 換效率最好；次粗的線代表能量轉換效率次好；而最細的線則代表能量轉換效率最 差。

圖4 不同型態的能源與其轉換1

6.下列各選項中，可以儲存太陽能的有 (A)光合作用 (B)石油 (C)煤 (D)核能 (E)水力。

7.下列各項敘述中，正確的是 (A)物體要作功，必須具有能 (B)物體具有能時，必須對 外作功 (C)物體具有的能愈多，可對外作的功愈多 (D)功與能是可互相轉換 (E)功為 向量，而能為非向量。

8.地球繞太陽公轉一周，則萬有引力所作的功是 (A)公轉軌道長度乘以太陽對地球的吸

引力 (B)公轉軌道長度乘以地球對太陽的吸引力 (C)地球園周長乘以太陽對地球的吸 引力 (D)0。

9.下列各種能量的來源與太陽能有關的是 (A)水庫中水的位能 (B)風力所具有的能 (C)原 子核中的核能 (D)石油中的化學能 (E)木材燃燒放出的熱能。

10.若以

C

、H 、E 、P 、M 分別代表化學能、熱能、電能、重力位能、動能，則火力發電 時，能量轉換的順序是如何？

11.騎腳踏車上山坡時，所涉及的能量有 (A)動能 (B)位能 (C)電能 (D)熱能 (E)生質能。

12.植物行光合作用時，運用到下列哪一種能源？ (A)生質能 (B)太陽能 (C)核能 (D)化學 能。

13.甲烷

( CH

4

)

是家用天然瓦斯的主要成份，則下列關於甲烷的敘述中，正確的是 (A)在 甲烷分子中，氫所佔的重量百分比為25% (B)甲烷具有臭味，因此瓦斯外洩時容易 被察覺 (C)每 1 莫耳的甲烷燃燒需消耗 3 莫耳的氧氣 (D)甲烷燃燒時，反應物的能量 高於生成物的能量 (E)甲烷燃燒時，反應物的能量低於生成物的能量。(92 學測)

14.下列有關水煤氣的敘述中，正確的是 (A)目前家庭常用的燃料 (B)是由水蒸氣與煤氣 混合組成的 (C)可由水蒸氣與紅熱的煤焦反應而得 (D)是一種無毒的燃料。

15.光合作用的能量轉換是 (A)化學能轉換成光能 (B)熱能轉換成化學能 (C)光能轉換成 化學能 (D)光能轉換成熱能。

4 - 2 常見的化石能源

西元 1980 年能源危機以來，科學家一直積極的尋求替代能源，而核能、太陽能也逐 漸被利用，但尚未大量使用。化石燃料雖會造成汙染並且影響環境，但在可見的未來裡 仍將居於重要地位。

ㄧ.煤：

1.形成：古代植物因地殼運動，被埋在地底下，再經地熱及碳化作用後產生。

2.成分：主要成分為碳，並含有少量的氫、氧、氮、硫及其他元素。

3.種類：煤依碳化程度不同，可分為泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤等。其各種性質如表 1

4

種類 含碳百分率 放熱量

^{( kJ kg )}

無煙煤

90% ~ 95% 29300 ~ 33500

煙煤

75% ~ 90% 23000 ~ 29300

褐煤

60% ~ 75% 12500 ~ 23000

泥煤

50% ~ 60% 8400 ~ 12500

表 41 4.蘊藏量：

(1)全世界煤之蘊藏量估計約 10 兆噸，主要分布於北美洲、獨立國協及亞太等地。

(2)台灣煤層甚薄，主要分布於新竹到基隆之間，早期台灣之民生及工業所需之煤多 依賴自產，後來經濟發展迅速，省產煤不敷使用，故開放自國外進口。

5.乾餾：

(1)乾餾：隔絕空氣加熱分解，以除去揮發性物質的過程，稱為乾餾。

(2)煤經過乾餾的過程中，可得產物有

a.揮發性的氣體是氨和煤氣。

b.揮發性的液體是煤溚。

c.非揮發性固體是煤焦。

(3)煤氣是由氫氣、甲烷、乙烷和一氧化碳的混合氣體，為一種清潔無煙的燃料。

(4)煤溚則是含有苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽、酚等多種化學品，為工業重要原料。

(5)煤焦則是冶煉金屬的還原劑。

6.用途：

(1)煤可直接燃燒做為熱源。

(2)煤是火力發電廠的燃料。

(3)煤與水蒸氣反應產生水煤氣(

CO

與

H

₂的混合物)，可作為燃料。

(4)煤溚可分餾出多種有用的有機物質。

(5)製造電石或電石氣。

1.下列有關煤乾餾的敘述中，正確的是 (A)將煤在空氣中強熱使其分解 (B)乾餾後所得 乾餾物均為純物質 (C)乾餾後煤焦幾為純碳 (D)煤溚可在再經分餾得多種有機物質 (E)煤氣為重要燃料。

2.煤經燃燒後，會產生下列那些氣體？ (A)

CO

₂ (B)

SO

₂ (C)

NO

₂ (D)

O

3 (E)

CH

₄。

3.下列有關煤氣的敘述中，正確的有 (A)主要成分是

H

2及甲烷 (B)主要成分是

CO

與

H

2 (C)燃燒時放出的熱量比純碳小 (D)是煤乾餾的氣體產物 (E)是氣態的煤。

4.以煤作為燃料的火力發電廠，常產生那些汙染？ (A)熱汙染 (B)煤灰 (C)溫室效應 (D) 酸雨 (E)光煙霧。

二.石油：

1.成分：石油為多種碳氫化合物的混合物；其中以正烷系含量最多，另含有少量的環

圖4 原油分餾裝置2

四.汽油：

1.近年來，汽油引擎的設計都是以高壓縮比汽缸為主要考量，用以節省汽油燃料消耗 量。

2.震爆

^{(Knock )}

：汽油蒸氣在汽缸中燃燒時，常因 急速燃燒而發生引擎震爆的現象，如此不但會損 害引擎，且大為減低引擎的動力。

3.辛烷值

^{(ON )}

：美國於1927 年訂定汽油抗震爆能

力的標準，稱為辛烷值。 圖

4 3 

異辛烷

(1)正庚烷組成的汽油，抗震爆能力甚差，辛烷值定為 0。若以百分之百的異辛烷 (2，2，4－三甲基戊烷)為燃料，簡單結構式如圖

4 3 

，引擎的震爆情形較平穩，

辛烷值定為

100

；藉由適當比例混合，便可配製出各種辛烷值的汽油。

(2)辛烷值愈高，表示其抗震程度愈好。

(3)支鏈烷類、烯類及芳香烴均具極佳的抗震性。

(4)常見油品的辛烷值：

品名辛烷值 品名辛烷值 品名辛烷值

正辛烷-10 1－丁烯97 乙醇108 正庚烷0 異辛烷100 甲基第三丁基醚116

正戊烷62 苯106 甲苯118

1－戊烯91 甲醇107

五.汽油的添加物：

1.含鉛汽油：在汽油中加入四乙基鉛，則稱為含鉛汽油。

(1) 直 接 由 原 油 分 餾 得 到 的 汽 油 ， 辛 烷 值 約 為 55 ， 若 在 汽 油 中 加 入 四 乙 基 鉛

)

)

(( C

₂

H

_{5 4}

Pb

之類的化合物，辛烷值便可提升至90。

(2)含鉛汽油燃燒後，會形成鉛化合物，沉積在汽缸內，通常又加入二溴乙烷

)

( C

₂

H

₄

Br

₂ 當作鉛的清除劑，使產生具揮發性的二溴化鉛

( PbBr

₂

)

而排出，只 是又造成二次汙染。

(3)根據醫學報導，過量的鉛會引起兒童腎臟病變。

(4)汽機車裝設的觸媒轉化器，可使廢氣中的一氧化碳、氮氧化物或碳氫化合物，反應 生成氮氣、二氧化碳和水而降低汙染，但含鉛汽油會使轉化器失效。

2.無鉛汽油：汽油中不添加四乙基鉛者，稱為無鉛汽油。

(1)在汽油中加入分子量較小的支鏈烷類、烯類或芳香烴，以提高其辛烷值。

(2)現今許多國家與地區不僅禁止含鉛汽油，更要求汽車必須使用添加甲醇、乙醇、第 三丁醇或甲基第三丁基醚的加氧汽油為燃料；甲醇與乙醇燃燒時廢氣少，且辛 烷值高，因此在石油價格不斷攀升的趨勢下，極可能成為汽車的主要燃料。

(3)95 無鉛汽油是指該汽油之震爆性，與體積 95%異辛烷和 5%正庚烷之混合物的震 爆性相同。

(4)近來國外開發一種『超級 98 無鉛汽油』，其辛烷值達 98，是專門提供給渦輪引擎 跑車使用，但是為提高辛烷值，使得含苯量達6 %，恐有致癌之虞。

5.裂解汽油與直餾汽油的差異在於 (A)裂解汽油含烯烴，所以辛烷值較大 (B)裂解汽油 的分子量較大 (C)裂解汽油取得容易比較便宜 (D)裂解的汽油燃燒熱值比較大。

6.下列有關原油分餾的敘述中，正確的是 (A)是利用沸點不同來分離物質 (B)分餾後的 產物是純物質 (C)分餾塔愈高的地方，所得產物沸點愈低 (D)分餾的最後殘餘物是瀝 青 (E)最先餾出的產物是石油氣。

7.下列有關汽油的敘述中，錯誤的是 (A)含鉛汽油是指汽油中含有四乙基鉛 (B)汽油含 鉛的目的是幫助汽油完全燃燒 (C)汽油和空氣混合在汽車引擎內燃燒會產生氮的氧 化物 (D)汽油是烴類的混合物 (E)汽油辛烷值是表示汽油分子量的大小。

8.已知，各化合物的辛烷值如右，正辛烷



-10、1－戊烯



91、苯



106、甲基第三丁 基醚



117。試著計算下列混合物的辛烷值。

(1)70 %的 1－戊烯及 30 %苯。

(2)80 %的甲基第三丁基醚及 20 %的正辛烷。

9.下列有關汽油的敘述中，錯誤的是 (A)辛烷值愈高的汽油表示其震爆情形愈嚴重(B)正 庚烷的震爆情很嚴重，故定其辛烷值為零 (C)再汽油中加入少量的四乙基鉛後，可 以提高辛烷值 (D)若某種汽油的震爆性與體積 90%異辛烷與 10%正庚烷之混合物的 震爆性相當，則其辛烷值等於90。

10.下列有關辛烷值的敘述中，正確的是 (A)辛烷值是表示汽油燃料的抗震程度 (B)辛烷 值愈大，表示該汽油燃燒時震爆程度愈大 (C)四乙基鉛可增加辛烷值 (D)異辛烷的辛 烷值定為100 (E)支鏈烷烴、烯烴及芳香烴均有高的辛烷值。

11.下列有關石油分餾產物的敘述中，錯誤的是 (A)石蠟、瀝青是石油分餾產物中沸點最 高的 (B)汽油之含碳數為

C

16

~ C

23 (C)潤滑油的分子量高於汽油的分子量 (D)接近塔 底所收集的是沸點最高的分餾物。

六.天然氣

1.成分：天然氣以甲烷為主，是一種碳原子數較少的碳氫化合物的混合物，有時含不 定量的氮氣或雜質。

2.蘊藏量：目前世界各國所生產的天然氣提供全世界能源的 24 %，臺灣主要分布於苗 栗、新竹一帶，其產量約占臺灣能源供給量的1.23 %。

3.性質：

(1)天然氣為無臭、無毒的氣體。

(2)燃燒熱大，燃燒產物為二氧化碳和水，較無汙染，為一種乾淨的化石燃料。

(3)天然氣是工業上製氫的原料，也是用以製造氨、尿素及甲醇等。

(3)天然氣是工業上製氫的原料，也是用以製造氨、尿素及甲醇等。

在文檔中 99(基礎2) (頁 39-55)