高中基礎化學(一)全第三章(重點摘要)

10  25  Download (0)

全文

(1)

1 08

能源新希望

──

可燃冰

天 然 氣 水 合 物(natural gas hydrate) 主要是甲烷在低溫高壓( 0℃ 、26大 氣 壓 或 10℃ 、 76 大 氣 壓 ) 的 環 境 極區的永凍層及大陸邊緣的深水海域 地層中。在常溫常壓下, 1 單位體積 的甲烷水合物通常可以分解產生 150 ~ 170 單位體積的甲烷和 0.8 單位體 積的水,一旦遇到火源就可以持續燃 燒,形成冰火共存的特異現象,因而 俗稱「可燃冰」或「甲烷冰」。 全球天然氣水合物的甲烷總量大約為

(2)

下,被籠狀架構的水分子包含而形成 類似冰晶的白色固體(圖3-28 ),廣 泛 分 布 在 兩萬兆立方公尺,其中所含的有機碳 總量達到十兆公噸,約為目前已知全 球化石燃料能源中有機碳總儲量的兩 倍。由於天然氣水合物具有分布廣、 儲量大及潔淨等優勢,被視為21世紀 最有潛力的替代能源。但可燃冰埋藏 的 溫 室 效 應 將 比 二 氧 化 碳 更 加 嚴 重 (圖3-29 )。 目前世界各國如美國、日本、印 度 等都已在其經濟海域內成功鑽獲天 然氣水合物實物樣品,商業性開採指

(3)

在海底的岩石中,不易開採與運輸, 一旦開採不慎,極可能造成海岸線海 底邊坡的流失,導致海床崩塌或滑移 等地質災害,甚至可能會產生海嘯, 而大量釋出的甲烷溢出海面進入大氣 層中,所造成 日可待。臺灣西南海域亦經探測出有 豐沛的天然氣水合物蘊藏,預估有 5 千億立方公尺以上,若能全部開發生 產,可供國內使用50年以上,應可有 效解決未來國內能源短缺的危機。

(4)

重點摘要 3-1 化學式 1. 化學式是以元素符號和阿拉伯數字來表示物質組成的式子,可分為實驗式、 分子式、結構式及示性式。 2. 實驗式可表示物質中所含的原子種類和原子個數的最簡單整數比,又稱為簡 式。 3. 分子式可表示一個分子內所含的原子種類及實際個數,是一種可顯示分子組 成及分子量的化學式。 4. 結構式可表示分子內各原子間的結合情形。 5. 示性式可表示分子中含有何種特殊的原子團或官能基,以彰顯其化學特性。 3-2 化學反應式與平衡 1. 化學反應式是以化學式及符號表示化學反應的式子,能表明反應前後各物質 的組成、各物質之間的相對質量關係、物質的狀態及反應條件等。 2. 書寫化學反應式時,每一物質的化學式前面須加上適當的係數,使反應式兩 邊每一種對應元素的原子總數相等,這個過程稱為平衡化學反應式。 3. 平衡化學反應式要遵守兩個原則:原子守恆及電荷守恆。 3-3 化學計量 1. 利用平衡化學反應式的係數比 等於莫耳數變化量比 ,計算出反應物或生成物 的莫耳數、質量或體積等定量關係,稱為化學計量。 2. 在化學反應中被完全耗盡的反應物稱為限量試劑,限量試劑的量可決定生成 物的產量。 3. 限量試劑完全反應後,所能得到的最大生成物產量稱為理論產量。 4. 生成物的實際產量與理論產量的比值稱為產量百分率,簡稱產率。

(5)

3-4 化學反應中的能量變化 1. 化學反應發生時,生成物的熱含量總和與反應物的熱含量總和之差值,稱為 反應熱,以 ΔH 表示。 ΔH < 0 為放熱反應, ΔH > 0 為吸熱反應。 2. 包含反應熱及物質狀態的化學反應式稱為熱化學方程式。 3. 熱化學的標準狀態定為 25℃ 、 1 巴(或 1 大氣壓) ,在此條件下測得的反 應熱稱為標準反應熱,以ΔH0表示。 4. 一莫耳物質與氧作用,完全燃燒所放出的熱量稱為該物質的莫耳燃燒熱。 5. 一莫耳的物質由其最穩定之成分元素化合生成時,所吸收或放出的熱量稱為 莫耳生成熱。 6. 反應熱和反應物的莫耳數成正比,逆向反應的反應熱大小不變,正負相反。 7. 赫斯定律:一反應的反應式能以數個其他反應式的代數和表示時,其反應熱 亦等於此數個反應式之反應熱的代數和,又稱為反應熱加成性定律。

(6)

習題 基本題 3-1 化學式 題號前“*”代表複選題 1. 下列何項物質的化學式是以示性式表示? (A) 乙酸( ) (B) 食 鹽 (NaCl)   (C) 石 墨 (C)   (D) 蔗 糖 (C12H22O11)   (E) 乙 醇 (C2H5OH)。 2. 吸菸有害健康,點燃的香菸會產生尼古丁、焦油及一氧化碳等有害物質。尼 古丁是導致菸癮的主要原因,並會使心跳加快、血壓上升。已知尼古丁的組 成百分比為 C : 74.1% 、 H :8.6%,其餘為 N ,若尼古丁的莫耳質量為 162 克,則一個尼古丁分子中的氮原子個數為(原子量 C = 12.0 , H = 1.0 , N = 14.0 ) (A)1  (B)2   (C)3   (D)4  (E)5 。 3-2 化學反應式與平衡 3. 下圖表示某化學反應前後之反應物與生成物的分子種類及數目變化,其中 、 、 分別表示 A 、 B 、 C 三種不同的分子,則該反應的 平衡化學反應式中 A 、 B 、 C 分子之係數比為何? (A)4: 1 : 3   (B)4 : 1 : 2   (C)3 : 1 : 2   (D)1: 3 : 2   (E)1 : 4 : 3 。 4. 在細菌作用下以氨處理含甲醇 (CH3OH) 的工業廢水,使其變成無毒的 N2和

(7)

CO2,降低對環境的汙染,化學反應式為 6NH3 + 5CH3OH + 12X → 3N2+

5CO2 + 19H2O , 則 物 質 X 的 化 學 式 為 何 ? (A)O2   (B)CO   (C)NO

(D)NO2  (E)H2 。

5. 下 列 哪 一 種 化 合 物 完 全 燃 燒 後 會 產 生 相 同 分 子 數 的 二 氧 化 碳 和 水 ? (A)C2H6O (B)C3H6O  (C)C3H8   (D)C4H6   (E)C6H6 。

3-3 化學計量 6. 如右圖,汽車常裝有安全氣囊,當強烈碰撞時,氣囊中的雷管發生爆炸,瞬 間引起下列反應: NaN3 → Na +N2(未平衡),所 產生的氣體快速充滿氣囊,可以達到保護車內人員 安全的目的。在 1 大氣壓、 25℃ 時,若氣囊中置 入65克的 NaN3 ,當其完全分解後氣囊會膨脹至多 大的體積?(已知 1 大氣壓、 25℃ 時,氣體的莫 耳體積為 24.5 升)(原子量 N =14, Na =23) (A)12.5 升   (B)22.4 升   (C)28.6 升   (D)36.8 升 (E)73.5升。 7. 銀在含有硫化氫的空氣中會產生反應而生成黑褐色的硫化銀與水,反應式為 4Ag(s) +2H2S(g)+ O2(g) → 2Ag2S(s) +2H2O(l),若有銀、硫化氫、氧各 0.1 莫 耳發生反應,何者為限量試劑?(原子量 Ag = 108 , H = 1 , S =32, O =16)

(A)Ag   (B)H2S   (C)O2   (D)Ag2S  (E)H2O。

8. 已知蔗糖的分子量為 342 克/莫耳,其水溶液的發酵可用下列反應式表示: C12H22O11+H2O → 4C2H5OH+ 4CO2 。取蔗糖 3.42 克溶於水後,加入酵母使

其發酵,假設只考慮蔗糖變為酒精的發酵,且蔗糖的發酵只完成 50% ,則在 此 發 酵 過 程 中 所 產 生 的 二 氧 化 碳 總 共 有 幾 莫 耳 ? (A)0.01   (B)0.02 (C)0.03  (D)0.04  (E)0.05。

(8)

3-4 化學反應中的能量變化

9. 沼氣是一種能源,其主要成分為甲烷 (CH4) , 8 g 的 CH4(g) 完全燃燒生成

CO2(g) 和 H2O(l) 時,放出445 kJ 的熱量,則下列熱化學方程式何者正確?

(A) 2CH4(g) + 4O2(g) → 2CO2(g) +4H2O(l) ΔH =+ 890 kJ/mol

(B) CH4(g)+2O2(g) → CO2(g)+2H2O(l) ΔH =+ 890 kJ/mol (C) CH4(g)+2O2(g) → CO2(g)+2H2O(l) ΔH =- 890 kJ/mol (D) CH4(g)+2O2(g) → CO2(g)+2H2O(l) ΔH =- 445 kJ/mol (E) 1 2 CH4(g) +O2(g) → 1 2 CO2(g) +H2O(l) ΔH =- 890 kJ/mol 。 10. 右圖為 A(g) + B(g) → C(g) + D(g) 的熱含量變 化圖, ΔH 表示該反應的反應熱,則下列敘述何者 正確?  (A) 反應物的熱含量大於生成物的熱含量 (B) 此 反 應 為 放 熱 反 應   (C)ΔH = - 150 kJ (D)ΔH = + 350 kJ   (E) 熱 化 學 方 程 式 為 A(g) + B(g) + 150 kJ → C(g) + D(g) 。 進階題 *1. 維生素 C 又稱為抗壞血酸,主要存在於蔬菜、 水果中,能促進人體生長發育,增強人體對疾 病的抵抗力,其分子模型如下圖所示。下列關 於維生素 C 的敘述,何者正確? (A) 一個維

(9)

生素C 分子由 6 個碳原子、 8 個氫原子和 6 個氧原子構成  (B) 分子式為 C6H8O6  (C) 分子量為 172   (D) 維生素 C 中 C 、 H 、 O 三種元素的質量比 為 9 : 1 :12  (E) 維生素 C 中氧元素的組成百分比為 40.9% 。 *2. 關於等重的化合物 C2H2與C6H6,下列敘述何者正確?(原子量 H = 1 , C = 12)  (A) 實驗式相同  (B) 各成分元素之組成百分比相同  (C) 含有相同 的分子數  (D) 含有相同的原子數  (E) 完全燃燒時所消耗的氧量相同。 3. 某有機化合物含碳、氫、氧三種元素,將此有機化合物 0.93  克完全燃燒後, 只生成二氧化碳  1.32  克和水  0.81  克。又由另一實驗測得此有機化合物 的 分 子 量 為   62 , 則 此 有 機 化 合 物 的 分 子 式 為 何 ? (H = 1.00 , C = 12.0 , O =16.0) 4. 試完成並平衡下列化學反應式: (1) 乙醇(C2H5OH)在氧中完全燃燒產生二氧化碳及水蒸氣。 (2) 二鉻酸銨( (NH4)2Cr2O7)加熱分解時產生類似火山爆發的景象,產物為 綠色三氧化二鉻、氮氣和水蒸氣。 (3) 石灰水溶液( Ca(OH)2 )吸收二氧化碳產生白色碳酸鈣沉澱及水。 (4) 雙氧水(H2O2的水溶液)在二氧化錳的催化下分解為氧氣及水。 *5. 尿素((NH2)2CO,分子量為60)是工業上重要的化學原料,也可作為農作物 的肥料成分。由氨和二氧化碳反應可得尿素和水,若在高壓反應容器內加入 34克的氨(分子量為 17)與66克的二氧化碳(分子量為 44),假設氨與二氧 化碳完全反應,則下列關於此反應之化學計量的敘述,哪幾項是正確的? (A) 平衡化學反應式為 2NH3(g)+ CO2(g) → (NH2)2CO(aq)+ H2O(l)   (B) 氨為限 量試劑  (C) 剩餘22克的二氧化碳未反應  (D) 生成90克的尿素  (E) 生成 18克的水。 6. 在某處採得一塊含有碳酸鈣 (CaCO3) 的岩石標本重 4.0 克,用過量的鹽酸與 其完全反應後收集到 0.88 克的二氧化碳。假設此岩石標本中沒有其他的碳酸 鹽 , 其 中 所 含 的CaCO3之 組 成 百 分 比 為 多 少 ? ( 原 子 量 Ca = 40, C =

(10)

12, O =16) 7. 阿司匹靈 (C9H8O4) 是一種鎮痛解熱劑,將柳酸 (C7H6O3) 與醋酸酐 (C4H6O3) 混 合後共熱可以製備阿司匹靈,其反應如下: C7H6O3(s) + C4H6O3(l) → C9H8O4(s) + C2H4O2(l) 。13.8 克的柳酸與 10.2 克的醋酸酐反應,若反應的產率為 60% , 應可得到多少克的阿司匹靈?(柳酸的分子量為 138.0 ,醋酸酐的分子量為 102.0 , 阿 司 匹 靈 的 分 子 量 為 180.0 ) (A)5.4   (B)10.8   (C)18.0 (D)21.6  (E)28.8。

(11)

8. 下列各反應式中的 Q1、Q2、Q3、Q4為熱量,已知水的莫耳汽化熱較酒精大, 則Q1、Q2、Q3、Q4的大小關係為何? C2H5OH(l)+ 3O2(g) → 2CO2(g) +3H2O(l)Q1 C2H5OH(l)+ 3O2(g) → 2CO2(g) +3H2O(g)Q2 C2H5OH(g)+ 3O2(g) → 2CO2(g) +3H2O(l)Q3 C2H5OH(g)+ 3O2(g) → 2CO2(g) +3H2O(g)Q4 9. 已知 A2(g)、B2(g)與AB(g)的熱化學方程式如下: 2A(g) → A2(g)  ΔH =- 36 kJ   2B(g) → B2(g)  ΔH =- 86 kJ AB(g) → A(g)+ B(g)   ΔH =+ 70 kJ 試 問 A2(g) + B2(g) → 2AB(g)ΔH 為 若 干 kJ ? (A)18   (B)35   (C)43 (D) -35  (E) -18。 10. 已知下列熱化學方程式: C(s) + O2(g) → CO2(g)   ΔH =- 393.5 kJ/mol

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)   ΔH =+ 178.2 kJ/mol

若 將 100 公 斤 的 碳 酸 鈣 (CaCO3) 加 熱 , 使 其 完 全 分 解 成 生 石 灰 (CaO) 與

CO2,所需的熱量相當於多少公斤的焦碳 (C) 完全燃燒所釋放之熱量?(原

(12)

閱讀題 自然界中有一種叫 投彈甲蟲 (bombardier beetle) 的 昆 蟲 ( 右 上 圖 ) , 其 尾 部 的 腺 體 會 產 生 兩 種 化 合 物---對苯二酚 (C6H4(OH)2) 和過氧化氫 (H2O2) ,然後 送至保存區存放 ( 右下圖 ) 。保存區藉由一肌肉控 制的門閥通往一厚壁反應室,這反應室內有細胞, 能分泌酵素。當保存區的內容物被送至反應室後, 酵素迅速將過氧化氫分解,並催化對苯二酚的氧化 使其成為對苯醌 (C6H4O2) 。這些反應釋出氧氣,並 產生足夠的熱量使噴出的物質汽化,形成噴霧,以 驅逐敵人。對苯二酚是白色針狀結晶,可燃,可溶 於熱水、乙醚和乙醇,微溶於苯。過氧化氫可溶於 乙醇、乙醚,不溶於苯,對有機物有很強的 氧化作 用,一般作為氧化劑使用。試回答下列各題: *1. 下列有關對苯二酚與過氧化氫的敘述,何者正確? (A) 由對苯二酚的示性式 C6H4(OH)2 可知此結構含有兩個羥基 (B) 對苯二酚的實驗式為 C3H3O (C) 1莫耳 對苯二酚完全燃燒生成二氧化碳與水,需要 7.5 莫耳氧氣 (D) 已知過氧化氫的 球 - 棍模型為 ,則其結構式可表示為 H-O-O-H (E) 對苯二酚與過氧 化氫中,氫的重量百分組成皆為5.88 % 。

2. 已 知 投 彈 甲 蟲 噴 氣 時 的 化 學 反 應 式 為 C6H4(OH)2(aq) + H2O2(aq)→C6H4O2(aq)

2H2O(l),試根據下列熱化學方程式的資料 ,求出此化學反應釋放出的能量約為若

干kJ? (A)204 (B)298 (C)371 (D)584 (E)673 kJ。 (1) C6H4(OH)2(aq)→C6H4O2(aq)+ H2(g)  H 177kJ

(2) 2H2O2(aq)→2H2O(l)+O2(g)   H 189kJ

數據

Updating...