【SUPER】高中基礎化學(二)全課堂講義第三章

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1 1.認識化石燃料-煤、石油與天然氣的組成與用途。 2.了解熱值與辛烷值的定義。 3.知道化學電池的原理,並明白陰極、陽極與正極、負極的定義。 4.認識常見的電池-碳鋅電池、鹼性乾電池、鉛蓄電池、鋰離子電池與鹼性氫氧燃料電池。 5.了解常用的能源-化石燃料與核能,並能進行質能互換的相關計算。 6.認識替代能源-太陽能、生質能、風力、地熱與海洋能。 1. 定義:埋於地底下的古生物殘骸,在地溫及地壓的作用下,轉變而成的能源,稱為化石 燃料。 2. 實例:煤、石油、天然氣……等。 3. 重要性 (1)取自化石燃料的能量約占全世界能源需求總量的 90%以上,人類對於化石燃料的倚 賴甚深。 (2)可製備出許多重要的化學原料,用於塑膠、肥料、生醫……等眾多用途。 4. 對人類的影響 (1)化石燃料日漸枯竭,全球可能面對另一波能源危機。 (2)大量使用化石燃料而對環境造成汙染,也加劇了地球暖化。 下列有關化石燃料的敘述,何者正確? (A)煤、石油與天然氣皆屬於化石燃料 (B) 僅能作為提供能源的燃料,沒有其他用途 (C)主要成分為礦物質 (D)屬於再生能源, 取之不盡用之不竭 (E)燃燒產物會造成地球的增溫效應。 了解化石燃料的概念。 (A)(E) (B)除作為能源外,還可作為許多工業的原料。 (C)主要成分為有機化合物。 (D)化石燃料並非再生能源,會逐漸短缺。

化學與能源

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化石燃料

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化石燃料

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1 目前全球的能源需求主要是倚賴哪一種能源? (A)核能 (B)化石燃料 (C)風力 (D)海 洋能 (E)太陽能。 :(B) 1. 形成 2. 組成:主要為碳元素,並含有氫、氧、氮、硫……等其他元素。 3. 分類:依含碳量的不同,可分為無煙煤、煙煤、褐煤以及泥煤。 無煙煤 煙煤 褐煤 泥煤 含碳量 90%以上 75~90% 60~75% 50%以下 碳化程度 高 低 燃燒時發煙量 少 多 燃燒時放熱量 多 少 開採價值 佳 差 4.煤的乾餾 (1)意義:將煤隔絕空氣,並強熱使之分解的過程,稱為煤的乾餾,為化學變化。 (2)產物及其用途 (3)水煤氣 製備:將高溫的水蒸氣通過紅熱的煤焦。 組成:等莫耳數的一氧化碳與氫氣。 反應式:C( )s H O 2 ( )g 高溫 CO( )g H2( )g     H= 133 kJ  用途:加壓灌裝於鋼瓶內,作為工業燃料。 5.煤的轉化:在高溫高壓的條件下,固態的煤可轉變為類似石油的液態燃料。 基礎化學(二)全 98 答

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2 3 2 下列有關煤的乾餾之敘述,何者正確﹖ (A)乾餾過程須供給足量的氧氣 (B)煤的乾 餾為一種物理變化 (C)煤乾餾後所得的煤氣,主要成分為甲烷和乙烷 (D)乾餾所得 煤溚可再分餾出苯、甲苯等芳香烴 (E)乾餾後的非揮發性成分是煤焦,主要成分為碳 了解煤的乾餾過程與產物。 (D)(E) (A)煤的乾餾須隔絕空氣 (B)煤的乾餾為化學變化 (C)煤氣的主要成分為氫氣和甲烷 下列有關煤的敘述,何者正確? (A)為古代植物與動物之殘骸,經長期的地熱與地壓作用 轉化而成 (B)主要成分為烷類 (C)碳化程度以褐煤最大 (D)等質量的煤燃燒所放熱量以 無煙煤為最高 (E)煤乾餾的產物中僅有煤焦具經濟價值。 :(D) 水煤氣是一種重要的工業燃料,下列有關水煤氣的敘述,何者正確? (A)水煤氣是 水蒸氣與煤氣的混合物 (B)水煤氣不具有毒性 (C)水煤氣也適合用作一般家庭燃料 (D)以 24 g 的煤焦製備水煤氣時,至多可得到 60 g 的水煤氣 (E)水煤氣完全燃燒的 產物為二氧化碳和水。 了解煤的乾餾過程與產物。 (D)(E) (A)應為一氧化碳與氫氣的混合物。 (B)水煤氣含一氧化碳,故具有毒性。 (C)水煤氣具毒性(CO),且易爆炸(H2),不適合作為家庭燃料。 (D)C s H O 2  g  CO g H2 g 高溫 + + ,nC=24 12 =2 (mol)由反應式係數知 nC=nCO =nH2,CO 分子量 28,H2分子量 2,即產物重=28×2+2×2=60 (g) 答

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3 將 180 g 高溫水蒸氣通過足量之紅熱煤焦,以製備水煤氣,至多可獲得多少 g 的水煤氣? (A)100 (B)200 (C)300 (D)400 (E)500 g。 :(C) 1. 石油的形成 來源 石油的形成過程 產區實例 藻類、細菌、浮游生物的遺骸 (1)經沉積作用而埋入地底下。 (2)受地熱與地壓的作用,產生化學變化,轉化為石油。 (3)排入儲油層中匯集為油田。 (4)從油井或油田開採出的石油,稱為原油。 中東地區 陸生植物的遺骸 新竹、苗栗 2. 原油 (1)外觀:黑褐色的黏稠液體,具有臭味。 (2)組成:主要為飽和烴、芳香烴,及少量含有硫、氧、氮……等元素的化合物。成分會隨 產地不同而異。 (3)用途 除作為燃料外,很少直接使用。 藉由石油煉製的過程,可獲取許多重要的化學工業原料。 3. 天然氣 (1)存在:油田或天然氣田,少數存在於煤層中。 (2)組成:主要為甲烷、乙烷,尚含有少量的二氧化碳、硫化氫……等化合物。各成分 的比例因產地而異。 4. 甲烷 (1)來源:經過純化之天然氣的組成,大部分為甲烷。 (2)性質:無色、無臭、無毒的氣體。 (3)燃燒反應:CH4( )g+→+ 2O2( )g CO=-2( )g 2H O2 ( )lH 890 kJ (4)用途 家庭、汽車及工業使用的燃料。 工業上製造氫氣的重要原料。 (5)家用天然氣 臺灣地區的天然氣均以配管方式傳輸,因此家用天然氣又稱為天然瓦斯或自來瓦斯。 家用天然氣中會添加具有臭味的硫醇類,以協助察覺天然氣是否外洩。 基礎化學(二)全 100 答

石油與天然氣

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4 4 5 5   下列關於化石燃料的各項敘述,哪些正確? (A)煤經乾餾得到的煤氣,為一種純物   質 (B)煤經乾餾後剩餘的是非揮發性的煤焦 (C)大多數的原油為黑而黏稠的液體,    其成分隨產地而異 (D)石油主要是烯烴混合物 (E)天然氣的主要成分為甲烷。  【龍騰版課本例題 3-1】 了解化石燃料的組成。 (B)(C)(E) (A)煤氣為混合物,含有 H2、CH4、CO 等物質。 (D)石油主要為烷烴混合物。 下列有關常見燃料及其主要成分的配對,何者正確? (A)水煤氣:氫和一氧化碳 (B)自來瓦斯:甲烷 (C)石油:烷類 (D)煤氣:乙烷 (E)煤焦:焦碳。 :(A)(B)(C)(E) 甲烷(CH4)是家用天然瓦斯的主要成分,下列有關甲烷的敘述,何者正確? (A)在甲 烷分子中,碳元素所占的重量百分率為 75% (B)瓦斯外洩時所察覺的臭味是來自於 甲烷 (C)甲烷也是工業上製氫的重要原料 (D)1 mol 的甲烷完全燃燒,會產生 2 mol 的水 (E)甲烷的燃燒反應,反應物的能量低於產物的能量。 了解甲烷的性質與燃燒反應。 (A)(C)(D) (A)碳的重量百分率= 12 12 1 1 4     1 ×100%=75%。 (B)甲烷無臭,天然瓦斯的臭味來自硫醇類。 (D)CH4( )g+2O2( )g →CO2( )g+2H O2 ( )g 。 (E)為放熱反應,即反應物的能量高於產物的能量。 48 g 的甲烷完全燃燒時,會產生多少 g 的二氧化碳? (A)44 (B)66 (C)88 (D)132  (E)176。 :(D) 1. 熱值的定義與單位 固態或液態燃料 氣態燃料 答 答

熱值

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6 6 定義 每單位質量的燃料燃燒時所釋出的熱量 每單位體積的燃料燃燒時所釋出的熱量 單位 千焦/千克 (kJ/kg) 千焦/立方公尺 (kJ/m3) 實例 乙醇的熱值為 29848 kJ/kg 氫的熱值為 12856 kJ/m3 氣態燃料的熱值亦可用 kJ/kg 表示之。 2. 常見燃料的熱值 固態燃料 (kJ/kg) 液態燃料 (kJ/kg) 氣態燃料 (kJ/m3) 泥煤 7022 乙醇 29848 氫 12856 褐煤 14580 汽油 47000 煤氣 20900 煙煤 31103 柴油 43000 天然氣 37202 無煙煤 32115 液態氫 127000 石油氣 53295 3. 液態氫燃料 (1)優點 熱值很大,為經濟價值較高的燃料。 燃燒產物為水,不會造成汙染。 (2)缺點 氫氣須高壓才能液化,故液態氫不易儲存。 容易爆炸,具有危險性。 (3)用途:可作為火箭的燃料,但不適合作為家庭用的燃料。 已知甲烷與乙烷的莫耳燃燒熱分別為-896 kJ/mol 與-1560 kJ/mol,若改以 kJ/kg 為 單位來表示兩物質的熱值,何者的熱值較大? 能進行能量單位的轉換。 甲烷 甲烷(CH4)分子量為 16,乙烷(C2H6)分子量為 30。 1kg 甲烷燃燒所釋出的熱量為100016 ×896=56000 (kJ)甲烷熱值為 56000 kJ/kg 1kg 乙烷燃燒所釋出的熱量為100030 ×1560=52000 (kJ)乙烷熱值為 52000 kJ/kg 故甲烷的熱值(kJ/kg)較大。 1mol 的丙烷完全燃燒時,可放熱 2200 kJ,則丙烷的熱值約為多少千焦/千克?  (A)40000 (B)45000 (C)48000 (D)50000 (E)53000 kJ/kg。 :(D) 1. 分餾 (1)定義:加熱混合物,利用不同成分的沸點差異來分離物質的方法,稱為分餾。分餾 基礎化學(二)全 102 答

石油分餾及其主要產物

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是以物理方法來分離物質。 (2)產物:稱為餾分,不同溫度範圍所收集到之餾分的成分不同,但均為混合物。 2. 石油分餾 (1)意義:將原油置入分餾塔中加熱,可得到不同的餾分,此程序稱為石油分餾。 (2)分餾塔 沸點範圍 餾分 組成之含碳數 用途 <20℃ 石油氣 C1~C4 燃料、塑膠原料 20~60℃ 石油醚 C5~C6 有機溶劑 60~200℃ 汽油 C6~C12 汽機車燃料、有機溶劑 160~270℃ 煤油 C12~C16 航空用油、燈油 200~370℃ 柴油 C16~C20 柴油引擎燃料 430~480℃ 潤滑油 C28~C30 潤滑劑 石蠟 C20~C40 蠟燭、蠟油 >480℃ 瀝青 >C40 鋪路材料 (3)液化石油氣 意義:加壓使原油分餾而得的石油氣液化,即為液化石油氣。市售的液化石油氣儲存 於鋼筒中。 俗稱:液化瓦斯、桶裝瓦斯。 主要成分:丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)。 添加物:硫醇類。硫醇類具有臭味,可協助察覺瓦斯漏氣。 (4)汽油 主要成分:己烷(C6H14)、庚烷(C7H16)、辛烷(C8H18)等烷類。 用途:汽、機車燃料,工業用溶劑。 3. 石油精煉 (1)意義:高溫強熱的條件下,加入適當的催化劑,可使烷類產生裂解或重組等化學反 應,此程序稱為石油精煉。 (2)用途:產物為石化工業的重要原料,可用以生產人造纖維、塑膠、肥料、農藥等產品。 (3)反應類型 熱裂解反應:烷類分子裂解為經濟價值較高之小分子的反應。如:乙烷裂解產物為乙 烯與氫,反應式如下: 2 6( ) 2 4( ) 2( ) C H g 裂解C H gH g 重組反應:辛烷值較低的烷類分子,重組為辛烷值較高之分子的反應。

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7 7 8 8 原油分餾時,於分餾塔上方所集得的餾分(甲),與分餾塔下方集得的餾分(乙)相較,   哪些為正確選項? (A)(甲)的沸點範圍較低 (B)(甲)  具有較高的黏滯性 (C)(甲)的    平均分子量較小 (D)(甲)的揮發性較大 (E)(甲)為不可燃的物質。  了解石油分餾的概念。 (A)(C)(D) (B)分餾塔上方所得之餾分所含碳數較少,故分子量小,黏稠性較低。 (E)石油為可燃性物質,各餾分皆可燃。 下列有關石油分餾的敘述,何者正確? (A)分餾是利用沸點的不同來分離物質 (B)愈上 層的餾分,沸點愈高 (C)從最上方收集到的餾分是石油氣 (D)各餾分中以瀝青的含碳量 最少 (E)所收集到的餾分皆為純物質。 :(A)(C) 下列有關市售桶裝液化石油氣的敘述,何者正確? (A)僅含丙烷、丁烷兩種成分(B) 可作為家庭用的燃料 (C)常溫常壓下,石油氣的密度比空氣輕 (D)添加硫醇,是為 了增加液化石油氣的保存期限 (E)成分與天然氣相同。 了解石油分餾的概念。 (B) (A)丙烷、丁烷為主要成分,但尚有其他成分。 (C)主要成分丙烷(44)和丁烷(58)的分子量皆大於空氣(28.8),故石油氣的密度大 於空氣。 (D)添加硫醇是為了容易察覺漏氣。 (E)天然氣的主要成分為甲烷,與液化石油氣的成分不同。 下列有關石油的敘述,何者正確? (A)石油的主要成分是烷烴 (B)原油的組成會因產地 的不同而有差異 (C)輕油的熱裂解反應為物理變化 (D)自石油分餾出的汽油,為純物質 且有一定之沸點 (E)柴油的平均分子量大於汽油的平均分子量。 :(A)(B)(E) 基礎化學(二)全 104 答 答

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9 9 1. 烴類的燃燒反應 (1)產物 烴類的組成元素為碳及氫,故在氧氣充足的條件下,烴類可以完全燃燒,生成二氧 化碳與水。 若處於通風不良或氧氣不足的狀態,造成烴類不完全燃燒,則會有一氧化碳生成。 (2)燃燒熱:烴類的燃燒為放熱反應,其反應熱小於零。 (3)通式:完全燃燒的反應式 CxHy(g)+ 4 4 x y O2(g)→xCO2(g)2 y H2O(l)  <H 0 (4)實例:乙烷完全燃燒的反應式 2C2H6(g)+7O2(g)→4CO2(g)+6H2O(l)   =-H 3120 kJ 液化石油氣是重要的家用燃料之一,其主要成分為丙烷和丁烷。回答下列問題: (1)分別寫出丙烷與丁烷完全燃燒之化學反應式。 (2)等莫耳數的丙烷與丁烷完全燃燒時,所消耗之氧氣的莫耳數比為何? (3)88 g 的丙烷完全燃燒時,可生成多少 g 的水? 能寫出烴類燃燒反應的化學式。

(1)丙烷:C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(l);丁烷:2C4H10(g)+13O2(g)→8CO2(g)

10H2O(l)

(2)10:13 (3)144 g

(1)丙烷的化學式為 C3H8,丁烷的化學式為 C4H10,燃燒反應式為

C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(l);2C4H10(g)+13O2(g)→8CO2(g)+10H2O(l)

(2)由上述反應式可知,1 mol 的丙烷或丁烷完全燃燒,分別須消耗氧氣 5 mol 與 6.5 mol,故莫耳數比為 5:6.5=10:13。 (3)C3H8=44,nH2O=nC3H8×4=88 44×4=8 (mol),H2O=18生成水 8×18=144 (g)。 完全燃燒等莫耳數的下列物質時,何者消耗的空氣質量最多? (A)乙烯 (B)丙炔 (C)戊 烷 (D)戊烯 (E)苯。 :(C) 1. 震爆(knocking) (1)意義:自燃的油氣與經由火星塞點燃的火焰相互撞擊,造成引擎震動的現象,稱為 震爆。 (2)影響 導致引擎受損 大幅降低引擎輸出的動力 2. 辛烷值(octane number,O.N.) (1)意義:用來表示燃料抗震爆程度的指標。辛烷值愈高的燃料,其抗震爆程度愈好。 (2)標示

烴類的燃燒

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汽油的辛烷值

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標準 正庚烷 異辛烷(2,2,4-三甲基戊烷) 辛烷值 0 100 結構式 測定:若市售油品的抗震爆性,和體積百分率 p%的異辛烷與體積百分率(100-p)%的 正庚烷之混合油的抗震爆性相當,則此市售油品的辛烷值標示為 p。 實例:95 無鉛汽油的抗震爆程度,相當於體積百分率 95%的異辛烷與 5%的正庚 烷之混合油。 (3)常見有機物的辛烷值 辛烷值未必介於 0~100。 烯烴、芳香烴與支鏈烷烴的辛烷值高於直鏈烷烴。 有機物 結構 辛烷值 有機物 結構 辛烷值 正辛烷 -10 苯 106 正庚烷 0 甲醇 107 正戊烷 62 乙醇 108 1-戊烯 91 甲基三級 丁基醚 116 異辛烷 100 甲苯 118 基礎化學(二)全 106

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10 10 (4)辛烷值的提升 直接自原油分餾而得之汽油,辛烷值約為 40~60。 經重組反應,可使辛烷值較低的分子,重組成辛烷值較高的分子。 加入適當的添加物,可提升汽油的辛烷值。 油品 高級汽油(含鉛汽油) 無鉛汽油(加氧汽油) 添加物 四乙基鉛 ((C2H5)4Pb) 甲醇、乙醇、三級丁醇、甲基三級丁基醚…… 等 說明 a.須再添加二溴乙烷,幫助鉛化物(PbBr2)排 除,但產生的 PbBr2會造成對環境的汙染。 b.鉛化物會使觸媒轉化器失效。 c.我國已於民國 89 年停止出售含鉛汽油。 a. 目 前 我 國 市 售 無 鉛 汽 油 的 辛 烷 值 為 92、95、98。 b.添加物的組成含有氧元素,除提升辛烷 值外,亦可促進汽油在引擎內完全燃燒。   下列有關辛烷值的敘述,哪一項是正確的? (A)正庚烷的辛烷值訂為 100、異辛烷 的辛烷值訂為 0  (B)辛烷值可超過 100,辛烷值愈高,震爆的情況愈嚴重 (C)92 無  鉛汽油中的 92是指汽油的平均分子量 (D)95 無鉛汽油中,異辛烷的體積占 95%   (E)市售汽油的辛烷值,較直接由原油分餾得到的汽油高。 【龍騰版課本例題 3-3】 了解辛烷值的定義。 (E) (A)應改為正庚烷的辛烷值訂為 0、異辛烷的辛烷值訂為 100。 (B)辛烷值愈高之燃料的抗震爆程度愈佳。 (C)92 是代表辛烷值,而非分子量。 (D)汽油的成分複雜,含多種烷類。辛烷值 95 是指其抗震爆性相當於體積百分率 95%的異辛烷與 5%正庚烷的混合油,而非汽油中含 95%的異辛烷。 某市售汽油的抗震爆性,相當於以體積比 1:19 混合之正庚烷與異辛烷的標準油。此市售 汽油的辛烷值應標示為多少? (A)1 (B)19 (C)81 (D)92 (E)95。 :(E) 答

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11 11 在市售的 95無鉛汽油中,加入下列哪些物質可以提高汽油的辛烷值? (A)  甲醇  (B)正庚烷 (C)  甲基三級丁基醚 (D)  異辛烷 (E)苯。  了解辛烷值的定義。 (A)(C)(D)(E) 選擇辛烷值高於 95 者,支鏈烷、芳香烴與含氧物質的辛烷值通常較高。故答 案為(A)(C)(D)(E)。 下列哪一種燃料在引擎內燃燒時,所產生的震爆現象最為嚴重? (A)異辛烷 (B)甲基三 級丁基醚 (C)95 無鉛汽油 (D)92 無鉛汽油 (E)正庚烷。 :(E) 基礎化學(二)全 108 答

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基礎題 *( BD ) 1. 下列各種燃料的敘述,何者正確? (A)熱值最高的煤為煙煤 (B)水煤氣的 主要成分為 CO、H2 (C)天然氣含有一氧化碳,故易中毒 (D)石油、煤、天 然氣均為混合物 (E)液態氫的熱值 (kJ/kg) 很大,故適於作為一般家庭用燃 料。  【龍騰版課本練習 3-1】 *( CE ) 2. 下列哪些物質為甲烷在空氣中燃燒之產物? (A)甲烷 (B)氧氣 (C)二氧化 碳 (D)氫氣 (E)水。 *( BCD ) 3.下列有關液態氫的敘述,何者正確? (A)為常見的家用燃料 (B)燃燒產物 不會對環境造成汙染 (C)為熱值很大的燃料 (D)可用作火箭的燃料 (E)可 保存在常溫常壓的玻璃容器中。 ( B ) 4.下列有關石油的敘述,何者正確? (A)石油的成分不因產地的不同而有差 異 (B)石油是一種混合物 (C)石油分餾後的產物為純物質 (D)在分餾 塔中愈高層所得的產物,沸點愈高 (E)石油可直接作為飛機燃料。 【龍騰版課本練習 3-2】 ( D ) 5.下列何組物質為液化石油氣的主要成分? (A)氫及甲烷 (B)甲烷及乙烷  (C)乙烷及丙烷 (D)丙烷及丁烷 (E)丁烷及戊烷。 ( B ) 6.某待測油品的抗震爆程度,相當於以體積比 1:9 混合之正庚烷與異辛烷的 標準油,則此油品的辛烷值為多少? (A)10 (B)90 (C)91 (D)92 (E)95。 *( BDE ) 7.下列有關汽油及辛烷值的敘述,何者正確? (A)正辛烷的辛烷值為 100  (B)汽油的主要成分是烷烴的混合物 (C)重量比為 92%異辛烷和 8%正庚烷之 混合物,其辛烷值為 92 (D)95 無鉛汽油抗震爆性優於 92 無鉛汽油 (E)無鉛 汽油中添加甲基三級丁基醚可提高辛烷值。  【龍騰版課本練習 3-3】 ( A ) 8.下列哪一種常見燃料的平均分子量最小? (A)天然氣 (B)汽油 (C)液 化石油氣 (D)煤油 (E)乙醇。 進階題 ( C ) 9.乙醇(C2H5OH)的熱值約為 30000 kJ/kg,則 1 mol 乙醇完全燃燒時可放出多 少 kJ 的熱量? (A)460 (B)920 (C)1380 (D)1840 (E)2300 kJ。 *( AE ) 10.下列有關石油的敘述,何者正確? (A)熱裂解的主要目的,是將較大的分子 轉變成經濟價值高的小分子 (B)石油的分餾是利用各成分的熔點差異來分離 物質 (C)石油氣是由原油分餾而得的化合物 (D)石油的主要組成為酯類分 子 (E)汽油的分餾溫度較柴油的分餾溫度低。 大考題 ( B ) 11.加油站常可見到 92、95 及 98 無鉛汽油,所謂 95 無鉛汽油代表的意義為何? (A)沸點為 95℃的汽油 (B)辛烷值為 95 的汽油 (C)含有 5%酒精的汽油 

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(D)含有 5%四乙基鉛的汽油。 【91 學測補考】

基礎化學(二)全

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1. 定義:能將自發性的氧化還原反應所放出的化學能,轉 變成電能而輸出的裝置。 2. 基本架構 (1)半電池:每一個半電池由一個電極置於電解質溶液中 構成,一個電池含有兩個半電池。 (2)鹽橋:在化學電池內部,連接兩電極的裝置。 (3)外電路:連接兩電極的導體,如:導線。 3. 電極 (1)定義:連接半電池與外電路的導體。 (2)功用:與電解質水溶液接觸,並提供發生氧化還原 反應,以傳輸電子的場所。 (3)分類 電極 反應 得失電子 電學上的電極 陽極 (anode) 發生氧化(半)反應 放出電子 負極 陰極 (cathode) 發生還原(半)反應 獲得電子 正極 正極與負極 電極 電位高低 電流方向 電子流方向 對應化學電池 正極 電位較高 電流流出 電子流入 陰極 負極 電位較低 電流流入 電子流出 陽極 4. 電解質溶液:提供導電物質,常選用與電極金屬相同的離子。

如:鋅半電池-ZnSO4;銅半電池-CuSO4;銀半電池-AgNO3……。 5. 鹽橋 (1)組成:可溶性鹽類的飽和水溶液。如:KNO3、NH4NO3等飽和水溶液,裝在 U 型 管中作為鹽橋。 (2)功用 溝通電路。陰離子與陽離子往兩極移動時,可形成電流通路。 維持溶液的電中性。 (3)離子的移動:鹽橋內陽離子游向電池的陰極,陰離子游向電池的陽極。 (4)替代物:可用多孔性素磁杯或多孔隔板代替。 鹽橋所裝之電解質,需選擇不可與兩電極之溶液產生反應者。 如:電池中含有銀離子時,不可使用含氯離子的電解質,以免產生氯化銀的沉澱。 6. 電池放電時,電子及離子移動情形 (1)電子於外電路移動,由負極移向正極。 (2)離子在內電路移動,陽離子移向陰極,陰離子移向陽極。

電池

3-2

化學電池原理

1

(16)

1 1 電池多是利用化學反應產生電能的裝置。有關化學電池的敘述,何者錯誤? (A)電池一定包含正極與負極 (B)電池內所發生的反應屬於氧化還原反應 (C)在電 池負極產生的電子經由外電路傳至正極 (D)在電池正極產生的陽離子經由外電路傳 至負極 (E)每一個電池有兩個「半電池」,每一個半電池都含有一個電極和電解質溶 液。 認識化學電池的基本架構。 (D) (D)離子在內電路移動,陽離子移向陰極,陰離子移向陽極;電子於外電路移 動,由負極移向正極。 有關化學電池的下列敘述,何者正確? (A)化學電池是利用氧化還原反應產生電流的裝置 (B)化學電池放電時是電能轉變成化學能 (C)化學電池的陽極是負極 (D)電池的陽極發生 還原半反應 (E)電池的陽極可視為電子流動的出口。 :(A)(C)(E) 1. 鋅半電池:鋅棒上發生氧化(半)反應,故為電化電池的陽極(負極)。 (1)裝置:燒杯中裝有 1.0 M 硫酸鋅水溶液,並插入鋅棒。 (2)現象:鋅棒逐漸溶解。 (3)反應:Zn(s)→Zn2+(aq)+2e- 2. 銅半電池:銅棒上發生還原(半)反應,故為電化電池的陰極(正極)。 (1)裝置:燒杯中裝有 1.0 M 硫酸銅水溶液,並插入銅棒。 (2)現象:銅棒上逐漸堆積新生出的銅渣 ;硫酸銅水溶液顏色變淡。 (3)反應:Cu2+

(aq)+2e-→Cu(s)

基礎化學(二)全

112 答

鋅銅電池

(17)

2 2 3 3.鹽橋 (1) 裝置:U 型玻璃管裝入硝酸鉀飽和水溶液,兩端塞上玻璃棉,插入兩燒杯溶液中。 (2) 現象:K+往陰極移動,NO 3-往陽極移動,以維持電中性。

4.全反應:Zn(s)+Cu2+(aq)→Zn2+(aq)+Cu(s);經過一段時間,電流漸小直至指針為 0。 5.電池放電時,電子及離子移動情形 (1)外電路(電子的移動):電子由鋅片經導線流向銅片,導線電路可提供電能。 (2)內電路(離子的移動):陽離子經鹽橋游向銅半電池,陰離子經鹽橋游向鋅半電池。   下列關於鋅銅電池放電過程的敘述,何者正確? (A)電子由鋅極流向銅極  (B)鋅極為陽極,其質量漸減 (C)  銅極為正極,溶液中銅離子濃度漸增 (D)鹽橋內    的強電解質溶液不與兩燒杯中的溶液反應 (E)電路接通時,鹽橋溶液中的陽離子會 游向陽極。 【龍騰版課本例題 3-4】 認識鋅銅電池的裝置與原理。 (A)(B)(D) (A)鋅金屬失去電子的傾向大於銅金屬,電子由鋅極流向銅極。 (B)鋅失去電子,生成 Zn2+,故鋅為陽極且質量漸減。 (C)銅為陰極(正極),銅離子得到電子而析出銅金屬,銅離子的濃度會漸減。 (D)鹽橋所填充之電解質溶液不可與溶液產生化學反應。 (E)鹽橋溶液之陽離子會移向陰極。 某化學電池的裝置如圖,已知 A 金屬失去電子的傾向性大於 B 金屬, 則電子與陽離子的移動途徑與方向為何? (A)電子-,陽離子-  (B)電子-,陽離子- (C)電子-,陽離子- (D)電 子-,陽離子- (E)電子-,陽離子-。 :(E) 已知銅金屬的還原力比銀金屬強。將銅棒置於裝有 1.0 M 硝酸銅水溶液的燒杯中,將 銀棒置於裝有 1.0 M 硝酸銀水溶液的燒杯中,U 型玻璃管裝有硝酸鉀飽和水溶液作為   鹽橋,利用上述裝置組成電池,下列哪些正確? (A)電池的淨反應式 Cu(s)+2Ag+ (aq)→Cu2+(aq)+2Ag(s)  (B)陽極為銅棒,產生氧化反應 (C)電子由銅棒經外電路流向 

  銀棒 (D)溶液中 NO3-陰離子經鹽橋游向銅極溶液 (E)銀棒是負極,產生還原反應  (F)將銀棒換成石墨棒,反應不受影響。 了解化學電池的原理。 (A)(B)(C)(D)(F) 答

(18)

3 4 4 (A)(B)(C)(E)失電子傾向大者(銅半電池)發生氧化反應,故為陽極、負極;失 電子傾向小者(銀半電池)發生還原反應,故為陰極、正極;全反應為 Cu(s)+ 2Ag+

(aq)→Cu2+(aq)+2Ag(s)

(C)電子由陽極(銅)移向陰極(銀)。

(F)陰極發生之半反應為 Ag+

(aq)+e-→Ag(s),與電極為銀或石墨無關,故將銀棒

改為石墨棒,並不影響反應。 下列有關銅銀電池的敘述,何者正確? (A)電子自銅極經溶液流入銀極 (B)外接伏特計 之負端與銅極相接 (C)反應結果,溶液中陽離子總莫耳數不變 (D)銅極發生氧化反應  (E)銀極重量增加。 :(B)(D)(E) 當銅銀電池放電一段時間後,溶液中的銅離子增加了 0.1 mol。此時兩電極的總質量與 放電前比較,下列哪個選項的描述正確?(原子量:Ag=108、Cu=63.5)  (A)增加 6.35 g (B)減少 6.35 g (C)增加 15.25 g (D)減少 15.25 g (E)增加 21.6 g。 能利用全反應式進行化學計量。 (C)

全反應式為 Cu(s)+2Ag+(aq)→Cu2+(aq)+2Ag(s),由係數比可知,生成 0.1 mol Cu2+會

消耗 0.1 mol Cu 並析出 0.2 mol Ag;故陽極減輕=0.1×63.5=6.35 (g),陰極增 重=0.2×108=21.6 (g);兩極總質量變化為-6.35+21.6=+15.25 (g) ⇒ 兩極共 增加 15.25 g。 有一電化電池,一個電極為鋅棒,浸在 200 mL 的 1 M 硫酸鋅中;另一電極為銀棒,浸在 200 mL 的 1 M 硫酸銀中,以安培計連接二電極,並以鹽橋插入兩溶液。當鋅棒質量減輕 0.654 g 時,銀極至多會析出銀金屬若干 g?(原子量:Ag=108、Zn=65.4) (A)1.08 (B)2.16 (C)3.24 (D)4.32 (E)5.40 g。 :(B) 1. 電池的分類:依能否充電再利用,可大致區分為一次電池與二次電池。 一次電池 二次電池 意義 不能充電,使用後須回收的電池 可反覆充電使用的電池 別稱 原電池 可充電電池 實例 碳鋅電池、鹼性乾電池……。 鉛蓄電池、鋰離子電池……。 基礎化學(二)全 114 答 答

碳鋅電池與鹼性乾電池

3

(19)

有些電池並不適用此分類方式,如:燃料電池不屬於一次電池或二次電池。 2. 碳鋅電池(勒克朗社電池) (1)陽極(負極) 材料:鋅 鋅殼除為陽極材料外並兼作容器用。 (2)陰極(正極) 材料:碳棒(石墨棒) 碳棒為惰性電極,僅為傳遞電子的導體,而不參與反 應。 (3)電解液 組成:二氧化錳、氯化銨、氯化鋅、澱粉、水……組成 的糊狀物。 固態電解質無法導電,故採用糊狀的電解液,而非乾 燥的電解質。 電解液為酸性。 (4)全反應 Zn(s)+2NH4Cl(s)+2MnO2(s)→Zn(NH3)2Cl2(s)+Mn2O3(s)+ H2O(l) 二氧化錳將鋅氧化,即二氧化錳為氧化劑,鋅為還原 劑。 (5)電壓:1.5 伏特 (6)優點 價格便宜。 攜帶方便。 (7)缺點 放電時電壓不穩定,且輸出的電壓會逐漸降低。 酸性電解液會腐蝕鋅殼,導致電解液滲漏。 惰性電極 電池中僅負責傳遞電子,而不參與化學反應的電極稱為惰性電極。常見的惰性電極材料 為石墨、白金、黃金……等。

(20)

5 5 6 3. 鹼性乾電池 (1)陽極(負極):膠態的鋅粉 (2)陰極(正極):二氧化錳與石墨的混合物 (3)電解液:組成:氫氧化鉀溶液。電解液為鹼性。 (4)鹼性乾電池的反應

陽極():Zn(s)+2OH-(aq)→ZnO(s)+H2O(l)+2e-

陰極(+):2MnO2(s)+H2O(l)+2e-→Mn2O3(s)+2OH-(aq)

全反應:Zn(s)+2MnO2(s)→ZnO(s)+Mn2O3(s) (5)電壓:1.54 伏特 (6)優點:電壓比碳鋅電池穩定。供電時間長於碳鋅電池。 耐寒性優於碳鋅電池。 市面上常見的乾電池為碳鋅電池,又稱為勒克朗社電池。下列有關乾電池的敘述,何 者正確? (A)鋅殼為負極 (B)二氧化錳為催化劑 (C)石墨棒為還原劑 (D)石墨棒   未參與反應 (E)放電後電池內部的水分會減少,故稱為乾電池。 了解碳鋅電池的構造。 (A)(D) (B)二氧化錳為氧化劑。 (C)(D)石墨棒為惰性電極,未參與氧化還原反應。 (E)Zn(s)+2NH4Cl(s)+2MnO2(s)→Zn(NH3)2Cl2(s)+Mn2O3(s)+H2O(l),反應後會生成 水。 下列有關勒克朗社電池的敘述,哪些選項正確? (A)電壓為 1.5 V (B)以鋅殼為陰極  (C)以石墨棒為陽極 (D)電解液為酸性 (E)電池內部為乾燥的物質,故稱為乾電池。 :(A)(D) 附圖為鹼性乾電池的簡單剖面構造。下列有關鹼性乾 電池的敘述,何者正確? (A)放電時鋅被氧化  (B)MnO2為氧化劑 (C)石墨棒為還原劑 (D)鹼性 乾電池的電壓輸出比碳鋅電池穩定 (E)電壓為 2.0 伏特。 了解鹼性乾電池的組成。 (A)(B)(D) (C)石墨棒為惰性電極,未參與氧化還原反應。 (E)電壓約為 1.54 伏特。 基礎化學(二)全 116 答

(21)

6

下列何者為鹼性電池的主要電解質? (A)KOH (B)NH4Cl (C)NaCl (D)MnO2 (E)NaOH。

:(A) 1. 鉛蓄電池(鉛酸電池)的構造 (1)負極材料:鉛 (2)正極材料:二氧化鉛 (3)電解液組成:38%的硫酸水溶液(密度約為 1.25~1.30 g/cm3)。 (4)電壓:2.0 伏特。常串聯使用,如:車用 12 伏特電池為六個鉛蓄 電池串聯而成。 (5)優點:可多次反覆充電放電,效率甚佳。 (6)缺點 體積大且笨重。 會有硫酸漏液或酸霧逸出的問題。 2. 鉛蓄電池的反應 (1)放電時 負極:鉛極 發生氧化反應(Pb→PbSO4),故為陽極。 生成硫酸鉛,電極質量增加。 正極:二氧化鉛極 發生還原反應(PbO2→PbSO4),故為陰極。 生成硫酸鉛,電極質量增加。 電解液 消耗硫酸,生成水。 硫酸溶液的濃度與密度皆下降。

反應式 Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)→2PbSO4(s)+2H2O(l)

電子流動方向 由鉛極流向二氧化鉛極。 (2)充電時 負極:鉛極 連接電源的負極。 發生還原反應(PbSO4→ Pb),故為陰極。 回復為鉛,電極質量減少。 正極:二氧化鉛極 連接電源的正極。 發生氧化反應(PbSO4→ PbO2),故為陽極。 回復為二氧化鉛,電極質量減少。 電解液 消耗水,生成硫酸。 硫酸溶液的濃度與密度皆增加。

反應式 2PbSO4(s)+2H2O(l)→Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)

電子流動方向 由二氧化鉛極流向鉛極。 3. 鉛蓄電池的半反應

放電 陽極(-):Pb(s)+HSO4-(aq)→PbSO4(s)+H+(aq)+2e-

     陰極(+):PbO2(s)+HSO4-(aq)+3H+(aq)+2e-→PbSO4(s)+2H2O(l)

充電 陽極(正極):PbSO4(s)+2H2O(l)→PbO2(s)+HSO4-(aq)+3H+(aq)+2e- 陰極(負極):PbSO4(s)+H+(aq)+2e-→Pb(s)+HSO4-(aq)

4. 鉛蓄電池的化學計量(放電時,每通過 2 mol 電子)

(1)負極(陽極):1 mol Pb (207 g)→1 mol PbSO4 (303 g),負極增加 96 g。 (2)正極(陰極):1 mol PbO2 (239 g)→1 mol PbSO4 (303 g),正極增加 64 g。 答

鉛蓄電池

(22)

7 7 8 8 (3)電解液:消耗 2 mol 硫酸(196 g),並生成 2 mol 水(36 g)。   下列有關鉛蓄電池的敘述,何者正確? (A)放電過程中,鉛極之重量減少,而 PbO2   之重量增加 (B)可藉由測量 H2SO4的比重來判斷電池之放電情形 (C)放電時,鉛極    為陽極 (D)充電過程中,電解液之重量漸減 (E)充電時,鉛極須與外加電源的正極  連接。 了解鉛蓄電池的原理。 (B)(C) (A)放電時,鉛極的質量增加。 (D)充電時,電解液的質量增加。 (E)充電時,鉛極(負極)應連接外加電源的負極。 下列有關鉛蓄電池放電時的敘述,何者正確? (A)以二氧化鉛作為負極 (B)正極的重量 增加 (C)電解液的濃度不變 (D)硫酸溶液的比重變小 (E)電池電壓為 1.5 伏特。 :(B)(D)

鉛蓄電池放電時的反應式為 Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)→2PbSO4(s)+2H2O(l),放電一段 時間後,陽極增重 48 g,同一時間內,電解液的質量變化為若干?(原子量:S= 32、 Pb=207) (A)增加 48 g (B)減少 48 g (C)增加 80 g (D)減少 80 g (E)質量 不變。 能進行鉛蓄電池的化學計量。 (D) 放電時,陽極為鉛極。

1 mol Pb (207 g)→1 mol PbSO4 (303 g)時,陽極增重 303-207=96 (g)⇒

48

96 =0.5 (mol)

⇒0.5 mol 的 Pb 反應,由係數比可知,會消耗 1 mol H2SO4,生成 1 mol H2O。

⇒H2SO4莫耳質量 98 g,H2O 莫耳質量 18 g,故電解液的質量變化為 (-98×1)+(+18×1)=-80 (g),即電解液質量減少 80 g。 鉛蓄電池放電時,以電極板之質量為縱軸,以時間為橫軸,甲表示鉛電極,乙表示二氧化 鉛電極,若最初兩電極等重,下列圖形何者正確? :(A) 1. 鋰離子電池 (1)陽極(負極):含鋰金屬的石墨 (2)陰極(正極):鋰鈷氧化物 (LiCoO2) 基礎化學(二)全 118 答 答

鋰離子電池

5

(23)

9

9

(3)電解質:過氯酸鋰的有機溶液

(4)反應式:Li1-xCoO2+LixC6 LiCoO2+C6

(5)電壓:3.7 伏特 (6)優點 電壓高且穩定。 能量密度高。 幾乎沒有記憶效應 ,充電前無須先放電。  能量密度:指單位體積或單位質量的電池平均所釋出的電能。  記憶效應:在電池尚有殘留電量時進行充電,所造成之可用時間縮短的現象,稱為記憶效應。   下列有關鋰離子電池的敘述,何者正確? (A)為二次電池 (B)放電時,陽極發生氧    化反應 (C)電壓比勒克朗社電池低 (D)  有明顯的記憶效應,充電前須先完全放電  (E)電解液為鋰鹽的水溶液。 認識鋰離子電池。 (A)(B) (C)電壓(3.7 V)高於勒克朗社電池(1.5 V)。 (D)幾乎無記憶效應,充電前不須先放電。 (E)應為鋰鹽的有機溶液。 手機所採用的電池為鋰離子電池,其中陽極的反應物為鋰金屬與某物質 X 的結合材料。物 質 X 為下列何者? (A)不鏽鋼 (B)石墨 (C)鋁 (D)鐵 (E)鉑。 :(B) 1. 燃料電池概論 (1)定義:不須經燃燒的程序,直接將燃料的化學能轉變為電能的裝置,稱為燃料電池。 (2)材料 陽極:可燃性物質,如氫氣、天然氣、甲醇、汽油……等。 陰極:氧氣。 (3)全反應:與燃料在氧氣中的燃燒反應相同。 2.氫氧燃料電池 (1)陽極(負極) 極板:覆蓋催化劑(如:鉑或鎳)的多孔性碳板。 反應物:氫氣

半反應式:H2(g)+2OH-(aq)→2H2O(l)+2e-

(2)陰極(正極) 極板:覆蓋催化劑(如:鉑或鎳)的多孔性碳板。 反應物:氧氣 答

燃料電池

6

(24)

10

10

半反應式:O2(g)+2H2O(l)+4e-→4OH-(aq)

(3)電解液 組成:高濃度的氫氧化鉀溶液。 電解液為鹼性。 (4)全反應:2H2(g)+O2(g)→2H2O(l) (5)電壓:約 1.0 伏特。可串聯使用以提高電壓。 (6)優點 產物為不具汙染性的水。 直接轉換為電能的效率(75%)高於火力發電(約 40%)。 (7)缺點 電極成本很高。 電解液具有強腐蝕性。 三相接觸困難。(三相是指固態電極、液態電解液與氣態燃 料) 氫-氧燃料電池的汙染性小,常用於太空船的供電系統。下列有關鹼性氫氧燃料電池   的敘述,何者正確? (A)燃料電池可直接將化學能轉換成電能 (B)以覆蓋鎳或白金    的多孔性鋁板作為電極 (C)放電時,電池中之 OH-濃度漸增 (D)放電時,氧氣在    陽極反應 (E)電解液為高濃度的氫氧化鉀溶液。 認識鹼性氫氧燃料電池。 (A)(E) (B)應為覆蓋鎳或白金的多孔性碳板。 (C)放電時會生成水,造成 OH-濃度下降。 (D)氧氣為陰極的反應物。 下列有關氫氧燃料電池的敘述,哪些正確? (A)全反應式為 2 H2(g)+O2(g)→2 H2O(l) (B) 以濃氫氧化鉀溶液為電解液 (C)發電效率比火力發電效率低 (D)可直接化學能轉變為電 能 (E)氫氣通入正極,而氧氣通入負極。 :(A)(B)(D) 基礎化學(二)全 120 答

(25)

3-2

11 11   下列關於電池的敘述,何者正確? (A)乾電池以鋅為正極,碳棒為負極 (B)鹼性電    池的電解液為氫氧化鉀糊狀物,鋅極為陽極放出電子 (C)鉛蓄電池以鉛為負極,二   氧化鉛為正極,硫酸溶液為電解液 (D)鋰離子電池的電解液為氫氧化鉀水溶液 (E)  氫氧燃料電池放電時,氫氣在陰極被還原,氧氣在陽極被氧化,反應後生成水。 【龍騰課本版例題 3-5】 認識常見的電池。 (B)(C) (A)乾電池以鋅為負極,碳棒為正極。 (D)應為過氯酸鋰的有機溶液。 (E)氫氣在陽極被氧化,氧氣在陰極被還原。 下列有關電池的敘述,何者正確? (A)碳鋅電池的陽極為碳棒 (B)鉛蓄電池放電時,兩 極重量皆增加 (C)燃料電池功率極高,目前的被採用率居各類電池之冠 (D)鹼性電池放 電時被氧化者為鋅 (E)鉛蓄電池充電時,極板的質量增加。 :(B)(D) 基礎題 ( A ) 1. 鹽橋在電池中的功用為下列何者? (A)傳導離子,使電路流通 (B)傳導電 子,使電路流通 (C)增加電池的電壓 (D)做電路中的開關 (E)溝通電路, 使電解質溶液維持中性。 *( AC ) 2. 下列關於鋅銅電池在放電過程的敘述,何者正確? (A)銅極是陰極,也是 正極 (B)銅極會失去電子 (C)鋅電極質量減輕 (D)放電時,銅離子濃度逐 漸增大 (E)鹽橋中的陽離子會游向陽極。 *( ABC ) 3.下列有關化學電池的敘述,何者正確? (A)利用氧化還原反應將化學能轉 換成電能 (B)一定包含正極與負極 (C)放電時,負極產生的電子經由外電路 傳至正極 (D)電池的陽極發生還原反應 (E)正極產生的陽離子經由外電路傳 至負極。 【龍騰版課本練習 3-4】 *( AD ) 4. 下列何者屬於二次電池? (A)鉛蓄電池 (B)鹼性電池 (C)燃料電池 (D) 鋰離子電池 (E)勒克朗社電池。 ( D ) 5. 市售長方體型碳鋅電池之電壓為 9.0 伏特,內部是由幾個單位的碳鋅電池 答

(26)

串聯而成? (A)27 (B)12 (C)8 (D)6 (E)4。 ( D ) 6. 下列有關鉛蓄電池的敘述,何者正確? (A)以二氧化鉛為負極 (B)以鉛 為正極 (C)以硝酸溶液為電解液 (D)充電時,二氧化鉛電極連接電源的正 極 (E)放電時,電解液的密度增加。 *( ACD ) 7. 氫氣為燃料電池的重要原料,下列有關的敘述,何者正確? (A)燃燒時可產 生大量的熱量 (B)氫氣在氧中的燃燒速率極為緩慢 (C)氫燃料電池目前主要 應用在太空科技方面 (D)氫燃料電池的電能轉換效率高於傳統的火力發電之 電能轉換效率 (E)氫氣在空氣中的含量豐富,故為常見的燃料。 ( D ) 8. 下列關於常用電池的敘述,何者正確? (A)乾電池放電後,電池內水分減 少,故稱為乾電池 (B)鹼性乾電池以鋅粉為正極,二氧化錳為負極,以氫 氧化鉀的糊狀物為電解液 (C)鉛蓄電池放電時,電子由鉛經導線流向二氧 化鉛,兩電極的重量及稀硫酸的濃度皆增加 (D)依環保觀念,鉛蓄電池必 須回收,以防止鉛的汙染 (E)燃料電池可重複充電,為二次電池的一種。【龍 騰版課本練習 3-5】 進階題 ( B ) 9.於銅銀電池中,下列何者不適合作為鹽橋所填充的電解質溶液?  (A)NH4NO3(aq) (B)KCl(aq) (C)KNO3(aq) (D)NaNO3(aq) (E)Na2SO4(aq)。 ( B ) 10.銅銀電池的全反應式為 Cu(s)+2Ag+(aq)→Cu2+(aq)+2Ag(s),陰極質量增加

1.08 g 時,陽極質量減輕多少 g?(原子量:Ag=108、Cu=64) (A)0.16 (B)0.32 (C)0.64 (D)1.08 (E)1.60。 大考題 ( D ) 11.家用的瓦斯有天然氣(主成分 CH4)或液化石油氣(主成分 C3H8)。若在同 溫同壓,分別使同體積的 CH4與 C3H8完全燃燒,則 C3H8所需空氣的量是 CH4的幾倍? (A) 11 5  (B) 7 3 (C)2 (D)2.5 (E)3。 【98 指考】 基礎化學(二)全 122

(27)

1 1 1. 能源的定義:可以提供能量的資源,稱為能源。 2. 能源的分類:依使用的永續性區分 再生能源 非再生能源 意義 來源不虞匱乏,可永續利用的能源 蘊藏量有限,開採利用後會逐漸枯竭的能源 實例 風力、水力、太陽能、海洋能、生質能、地熱… …。 核能、化石燃料……。 3. 常用的能源 (1)種類:除了最主要的化石燃料,尚有核能、水力、 與其他可燃性能源……等。 (2) 用途:發電、工業、交通運輸、民生用熱……等。 4. 發展再生能源的必要性 (1) 化石燃料逐漸枯竭,恐不敷使用。 (2)降低二氧化碳排放量,以減緩全球暖化的速度。 5. 臺灣的碳排放問題 (1) 現況 總排放量約占全球總排放量的 1%。 人均排放量約為全球平均值的兩倍。 (2)目標:遵守京都 議定書,於西元 2025 年使碳排 放量減至西元 2000 年的標準。 近年來各國莫不積極開發能永續利用的再生能源,試問下列哪些能源屬於再生能源? (A)風力 (B)  天然氣 (C)  核能 (D)  太陽能 (E)水力。  能區分再生能源與非再生能源。 (A)(D)(E) (A)風力、(D)太陽能、(E)水力具有不虞匱乏,可永續利用的特性,為再生能源。 (B)天然氣、(C)核能為非再生能源。 下列哪些能源為非再生能源? (A)石油 (B)地熱 (C)太陽能 (D)風力 (E)水力。 :(A)

常用的能源與替代能源

3-3

能源概論

1

(28)

2 1. 能量的轉換 (1) 能量的形式可以互相轉換,但總能量不變,稱為能量守恆原理。 (2)實例:汽車的動力 2. 發電概述 (1)電力是最便利的能量形式。 (2)渦輪發電流程 (3)發電主要能源 化石燃料(煤、天然氣、石油)。 水力。 核能。 3. 火力發電 (1) 燃料:煤、石油為主,天然氣為輔。 (2) 汙染與防治 二氧化碳。 硫氧化物-以脫硫設備處理之。 氮氧化物-以去硝設備處理之。 飛灰-以除塵設備處理之。 廢熱-回收再利用。 (3) 改進 改良發電機組,提高能源轉換效率。 煤的轉化 a.意義:利用氣化與液化技術,將煤炭轉化成氣體產物,如氫氣、甲烷、一氧化碳, 或液體產物,如汽油代替品。 b.轉化產物的優點:便於運送、潔淨、用途多元、能源轉換率比燃煤高。 (4) 副產物 飛灰:可取代混凝土中的部分水泥。 硫氧化物:可製成石膏。   下列有關各種形態的能量相互轉換的敘述,哪些正確? (A)家庭瓦斯爐將化學能轉 基礎化學(二)全 124

火力發電

2

(29)

2   換成熱能 (B)水力發電機將位能轉換成電能 (C)  飛機噴射引擎將電能轉換成動能  (D)光合作用將光能轉換成化學能 (E)太陽能電池將化學能轉換成電能。  認識不同形式的能量轉換。 (A)(B)(D) (A)化學能→熱能 (B)位能→動能→電能 (C)化學能→熱能→動能 (D)太陽光能→化學能 (E)太陽能→電能 火力發電的過程中,沒有涉及哪些形式能量的轉換? (A)化學能 (B)重力位能 (C)熱能 (D)電能 (E)太陽能。 :(B)(E) 1. 定義:原子發生核變化時所釋出的能量,稱為核能。 2. 質能守恆定律 (1)提出者:愛因斯坦 (2)內容:原子發生核反應時,反應前後質量會虧損,轉換成能量。 (3)數學式:E=mc2 E:核能 (J) m:虧損質量 (kg) c:光速 (3×108 m/s) 3. 核反應式 (1) 寫法:列出反應前後的所有物質,且須標出質量數與原子序。 (2) 規則 質量數守恆 原子序守恆 (3)實例:4 14 17 1 2He 7N→ 8O1H 4 14 17 1 2 7 8 1    質量數守恆   +=+ 原子序守恆   +=+ 4. 核能發電 (1) 目前商用核能發電廠是利用核分裂反應的方式發電。 (2)核燃料:鈾-235 (235 92U) 答

核能

3

(30)

(3)核分裂過程 以中子撞擊鈾核,形成不穩定的複合核。 複合核分裂,並釋放數個中子。 如:235 1 141 92 1 92U+→++0n 56Ba 36Kr 3 n0 235 1 103 131 1 92U+→++0n 42Mo 50Sn 2 n0 釋出的中子撞擊更多鈾核,造成鏈鎖反應。 發電過程須吸收過多中子,以控制核分裂的速率。 核分裂與核融合比較 核分裂 核融合 所用燃料 鈾、鈽等,含量稀少的元素 氫、氘,自然界含量較豐 主要變化 一個大核分裂成多個小核 多個小核融合成一個大核 同質量燃料所能產生能量 較少 較多 核廢料的輻射危害 會放出高能的放射線 無放射線釋出 實例 核能發電 太陽能 (4)能量轉換 (5)優缺點 優點 缺點 避免空氣汙染 沒有碳排放問題 核廢料具高輻射性 排放反應爐的冷卻水會造成熱汙染 核燃料的含量有限 基礎化學(二)全 126

(31)

3 3 4 4 5 5   關於核能發電,下列敘述何者正確? (A)核反應時損失之質量轉化成能量用以發電 (B)收集原子核放射之電荷用以發電 (C)核反應時,原子外圍之電子全體釋出,收集    後用以發電 (D)收集原子核中之中子動能加以發電 (E)目前核反應的形式為核分  裂。 了解核能發電的原理。 (A)(E) 核能發電是利用核分裂損失的質量,轉換為巨大的能量,用以發電。 臺灣目前運轉中的核電廠,是利用什麼原理來發電? (A)核熔合 (B)核分裂 (C)核熔合 及核分裂皆有 (D)原子間的電子轉移 (E)原子間的化學變化。 :(B) 已知氫的莫耳燃燒熱為-286 kJ,核反應時,2.0 g 的質量虧損所釋放出的能量相當 於多少 kg 的氫完全燃燒時所釋放出的能量? 能進行質能互換的計算。 1.3×106公斤 設相當於 x mol 的氫完全燃燒, 1 g=10-3 kg,E=mc2=(2.0×10-3)×(3×108)2=1.8×1014 (J) 1 J=10-3 kJ,1.8×1014 J=1.8×1011 (kJ);286x=1.8×1011,x=6.29×108 (mol) 1 mol 氫質量為 2 g,所需氫質量為 6.29×108×2×10-3=1.3×106 (kg) 質能互換定律 E=mc2,E 代表能量,m 是質量,c 是光速(c=3.0×108 公尺/秒),當鈾-235 經中子撞擊分裂,大約有 0.1% 質量會轉換產生能量。依據上述,如果 1.0 kg 的純鈾-235 發生核分裂,可以產生多少 kJ 的能量? (A)9×109 (B)9×1010 (C)9×1011  (D)9×1012 (E)9×1013 kJ。 :(B) 從238 92U蛻變為20682Pb是天然放射性蛻變系列之一,此系列總共經過幾個衰變,幾個 -衰變?(4 2He;-即電子,寫為-10 ) (A)8  ,6-  (B)8,8-  (C)10 ,8  (D)9,9 (E)10,10 能書寫核反應式。 (A) 假設經過 x 次衰變,y 次-衰變⇒核反應式寫為238 206 4 0 92U→ 82Pb+x2He+y-1 ⇒ 238 206 4 0 92 82 2 ( ) x y x y        質量數守恆 = + +     原子序守恆 = + +- ⇒x=8,y=6 拉塞福 在 1919 年以 α 粒子(4 2He)撞擊氮原子核(147N),產生核反應。若該反應產生的兩種粒 子,有一為氧原子核(17O),則另一粒子為何? (A)電子 (B)中子 (C)質子 (D) α 粒子 答 答

(32)

(E)鈹原子核(9 4Be)。 :(C) 1. 水力 應用 水力發電:水的重力位能→動能→電能 分類 再生能源 優點 (1)潔淨 (2)可永續利用 (3)蓄水設備具防洪、灌溉與提供自來水等功能。 缺點 硬體建設可能會破壞環境 2. 太陽能 應 用 太陽 熱能 (1)加熱水溫:太陽能熱水器的集熱器,可收集太陽輻射以加熱水。 (2)提供室內暖氣 太陽 光能 太陽能電池 (1)由矽等半導體材質構成的半導體元件所組成,受光線照射而產生電流。 (2)目前的光電轉換效率約為 15% (3)發電規模視光電板的面積大小而定 分類 再生能源 優點 (1)潔淨 (2)永續利用 (3)不須大型廠房 (4)適合低緯度的臺灣 缺點 光電轉換效率仍有待提升 3. 生質能 定義 (1)部分生物利用水分、二氧化碳與太陽能,產生生質物 (biomass);生質物轉換出的能 源,稱為生質能。 (2)利用生質能,相當於間接使用太陽能。 應用 (1)直接燃燒生質物。 如:將生質廢棄物加工製成固態燃料,燃燒釋出的熱能可用以發電。 (2)以觸媒、微生物或其他化學技術將生質物轉為生質燃料。 如:將回收之食用油轉為生質柴油;將醣類轉為酒精……。 分類 再生能源(約占全世界再生能源使用量的三分之二) 優點 (1)生質物的碳來自於大氣,故不會增加碳排放量 (2)幾乎無汙染 缺點 (1)耕種能源作物可能會影響糧食作物價格的穩定性。 (2)生質物的加工改質過程,耗能太多。 4. 風力 應用 風力發電:風力→動能→電能 分類 再生能源 優點 (1)潔淨 (2)可永續利用 基礎化學(二)全 128 答

替代能源

4

(33)

6 6 缺點 受限於各地風力資源之豐富與穩定性 5. 地熱 成因 (1)地底高溫的岩漿 (2)放射性物質的天然核衰變 應用 (1)地熱發電:將水通入地底,收集地熱用以發電。 (2)溫泉 分類 再生能源 優點 (1)不受天候影響 (2)臺灣位處板塊交接處,具豐富地熱資源 缺點 硬體建設可能會破壞環境 6. 海洋能 應用 (1)潮汐發電:潮汐漲落的重力位能→動能→電能 (2)洋流發電:洋流動能→電能 (3)波浪發電:波浪運動的動能→電能。此為發展最成熟的海洋能利用技術。 (4)溫差發電: 表層 與深 層海水的溫差 (熱能)→液體氣化(位能)→推動渦輪 (動 能)→發電(電能) 分類 再生能源 優點 (1)臺灣四面環海,具豐富的海洋能 (2)可永續利用 (3)臺灣東岸有黑潮通過,且表層與深層海水溫差大。 缺點 硬體建設可能會破壞海洋環境,或影響洋流。 生質物可加工轉換成更為方便使用的生質燃料。下列哪些物質是常見的生質燃料? (A)煤 (B)  甲烷 (C)  乙醇 (D)  石油 (E)生質柴油。  了解生質燃料種類。 (B)(C)(E) (A)煤、(D)石油為化石燃料,不屬於生質燃料。 (B)甲烷、(C)乙醇、(E)生質柴油可經生質物轉化而得,故屬於生質燃料。 下列哪些發電形式,可視為海洋能的利用? (A)洋流發電 (B)潮汐發電 (C)風力發電 (D)地熱發電 (E)波浪發電。 :(A)(B)(E) 答

(34)

3-3

基礎題 ( D ) 1. 某生在作實驗時,發現能量的總和並不守恆,反覆細心重做,仍然得到相 同的結果,最可能的原因為何? (A)能量守恆定律不成立 (B)實驗必定 存在誤差 (C)發現了未知的新能量 (D)漏算了某種已知的能量 (E)能量 的總和本來就會遞減。 *( ABD ) 2. 下列各種形式的能量轉換之敘述,何者正確? (A)光合作用:光能→化學 能 (B)汽油作為汽車動力來源:化學能→力學能 (C)水力發電廠:熱能→ 動能→電能 (D)電燈:電能→光能 (E)火力發電:重力位能→動能→電能。 ( B ) 3. 下列哪一種能源為目前全世界使用量最多的能源? (A)核能 (B)化石燃 料 (C)水力 (D)風力 (E)海洋能。 *( ACDE) 4. 現行核能發電的流程,包含下列哪些步驟? (A)核分裂反應 (B)核熔合 反應 (C)熱能轉變成動能 (D)核能轉變成熱能 (E)利用發電機將動能轉 變成電能。 *( BC ) 5. 地熱的成因為何? (A)古代所蘊藏的太陽能 (B)放射性元素的核衰變  (C)地底的高溫岩漿 (D)生物遺骸在地底悶燒 (E)岩石風化所放出的熱量。 *( BCD ) 6. 下列何者為生質能? (A)石油 (B)薪柴 (C)牲畜糞便 (D)農作物殘渣  (E)煤。 ( D ) 7. 使用生質能,相當於是間接使用了何種能源? (A)海洋能 (B)風力能  (C)水力能 (D)太陽能 (E)化石燃料。 ( A ) 8. 下列何種利用海洋能的發電方式,主要是利用重力位能來發電? (A)潮汐 發電 (B)洋流發電 (C)溫差發電 (D)波浪發電 (E)以上皆是。 進階題 ( A ) 9. 據估計,太陽釋放的能量來自核熔合,約為 5×1026 J,則太陽進行核熔合時, 相關的質量損失約為每秒多少 kg? (A)5.6×109 (B)5.6×1010  (C)5.6×1011 (D)5.6×1012 (E)5.6×1013 【龍騰版課本練習 3-6 修改】 ( A) 10. 以中子撞擊鈾-235,可能會發生反應23592U+→+01n X 3692Kr 3 n 01 ,其中,X 為下列 何者? (A)14156Ba (B)13150Sn (C)10342Mo (D)9236Kr (E)8135Br。 大考題 ( D) 11. 經由核分裂與核聚變(或稱核熔合)反應所釋放出來的能量,都可以轉換用來 發電。下列有關此二種反應的敘述,何者正確? (A)核分裂與核聚變均使 用鈾為燃料 (B)核聚變時釋放出來的能量,並非來自核能 (C)核聚變比 核分裂產生更嚴重的輻射性廢料問題 (D)太陽輻射放出的巨大能量,主要 來自核聚變反應 (E)目前已有許多發電廠利用核聚變反應提供商業用電。 基礎化學(二)全 130

(35)
(36)

實驗 目的 藉由測量不同之半電池組合的電壓與電流,以了解化學電池的作用原理。 實驗 原理 (1)電池是由兩個半電池與鹽橋所構成,可輸出電壓與電流。 (2)失去電子傾向較大的電極為陽極,發生氧化反應,釋出電子,故為負極;得到電子傾向較大的電 極為陰極,發生還原反應,獲得電子,故為正極。 (3)於外電路連接三用電表,可測得電池的電壓與電流大小。 (4)電池的電壓大小決定於半電池的組合。 實驗 流程 (1)以砂紙磨除電極表面的雜質,並以蒸餾水沖 洗之。 (2)在裝滿 1.0MKNO棉。 3(aq)的 U 形管兩端塞上脫脂 (3)裝置四個半電池(電解質溶液 30 mL) (4)取 A、B 兩半電池,連接三用電表,並將選擇 鈕轉至左方 DCV 2.5 V 檔位,觀察指針是否 偏轉。 (5)以鹽橋連通 A、B 兩半電池,記錄三用電表顯 示的電壓讀數。 (6)將三用電表選擇鈕轉至左下 DCmA 適當檔位測量電流,測量電池的電流強度。 (7)同步驟(5)、(6),改測 A-C 和 A-D 電池的電壓 與電流。 (8)將 C 半電池的銅片改為碳棒,並與 A 燒杯組成 1 個電池,測量電壓與電流。 注意 事項 (1)皮膚沾到硝酸銀會變黑,應謹慎取用。不慎沾到時,須以水沖洗之。 (2)電池連接三用電表,應以正極連接正極 P(+),負極連接負極 N(-)的方式,使電池與三用電表並 聯。 (3)三用電表的選擇鈕應先轉至最大範圍,以防電壓過強,損壞三用電表。若指針偏轉幅度太小,再 逐次下降至適當的檔位。 基礎化學(二)全 132

七 

化學電池

(37)

1 1 已知各金屬失去電子的傾向為:鋅>鎳>銅>銀。某生依下表的條件裝置四個半電池, 並以裝滿 1.0M 硝酸鉀溶液的鹽橋,連接任兩個半電池,再以如圖的裝置法用三用電 表測量電池的電壓。回答下列問題: 半電池 電極 電解液 A Zn 1.0 M Zn(NO3)2(aq) B Ni 1.0 M NiSO4(aq) C Cu 1.0 M CuSO4(aq) D Ag 1.0 M AgNO3(aq) (1)欲測量銅銀電池的電壓時,銅極須連接至三用電表的哪一極? (A)正極  (B)負極。 (2)下面三種電池的組合,以哪一組合的電壓最大? (A)鋅-銀 (B)鎳-銀 (C)銅-銀 (D)三者電壓相等。 (3)若將兩個半電池間的鹽橋移除,三用電表的電壓讀數會有何變化? (A)逐漸變  小,經數分鐘後變為零 (B)電壓不受影響 (C)指針反轉,偏轉幅度與原先相同 (D)讀數瞬間變為零。 電池的電位與半電池的組合有關。 (1)(B) (2)(A) (3)(D) (1)銅的失電子傾向大於銀,因此銅-銀電池中銅為負極,須連至三用電表的負極。 (2)兩半電池之電極的失電子傾向相差愈多時,電池的電壓愈高。三組電池以鋅 和銀的失電子傾向相差最多,故電壓最大。 (3)移除鹽橋會變成斷路,電壓將瞬間變為零。 下列有關測量鋅銀電池電壓的敘述,何者正確? (A)鋅極應連至三用電表的正極 (B)也 可改用伏特計測量電壓 (C)鋅片在放電過程會失去電子 (D)放電過程中銀片會逐漸增重 (E)三用電表除了測量電壓外,也可以測量電流的強度。 :(B)(C)(D)(E) 答

(38)

綜合實力評量

*( ABE ) 1. 下列有關化學電池的敘述,哪些正確? (A)化學電池是利用氧化還原反應來產 生電流的裝置 (B)鎳鎘電池是一種可充電的電池 (C)在鋅銅電池中,以銅棒 為電極的一極是負極 (D)兩個乾電池並聯使用,可得幾近兩倍的較高電壓  (E)鉛蓄電池中的鉛極,不管在放電或充電,都扮演負極的角色。【100 學測】 *( CDE ) 2. 家用桶裝瓦斯內所裝的液化石油氣(LPG),其主要成分為丙烷。下列敘述,哪 些正確? (A)液化石油氣的密度比水大 (B)液化石油氣本身具有難聞的臭 味 (C)相同莫耳數的液化石油氣完全燃燒時所產生的熱量比天然氣的高  (D)相同莫耳數的液化石油氣與天然氣,分別各自完全燃燒時,前者所需空 氣量比後者多 (E)除丙烷外,液化石油氣中也含有丁烷。 ( E ) 3. 氪與鉛的核熔合反應過程為: (1)高能的8636Kr離子轟擊20882Pb靶,氪核與鉛核熔 合,放出 1 個中子,形成新元素 X;(2)120 微秒後,X 元素的原子核分裂出 1 個氦原子核,而衰變成另一種新元素 Y;(3)600 微秒後又再釋放出一個氦原子 核,形成另一種新元素 Z。下列有關此核熔合反應的敘述,何者錯誤? (A)氪 核與鉛核熔合產生 X 之核反應式為8636Kr+→+20882Pb 01n 293118X (B)X→Y 之核反應式 為293118X→+42He 289116.Y (C)Y→Z 之核反應式為289116Y→+42He 114285Z (D)元素 Z 原子核 之中子數為 171 (E)元素 Y 原子核之中子數為 116。 【99 學測】 *( BC ) 4. 金屬原子的離子化傾向較大者較易成離子。下列與離子化傾向較大的金屬原子 相關的敘述,哪些正確? (A)較易被還原 (B)較易被氧化 (C)較易失去 電子 (D)較易獲得電子。 【96 學測】 *( BDE ) 5. 鉛蓄電池是以鉛為負極、二氧化鉛為正極,而兩種電極均浸於稀硫酸溶液所構 成的一種電池。可用比重計測定溶液的比重,來決定是否需要充電。鉛蓄電池 在放電時,下列相關的敘述,哪些正確? (A)稀硫酸的濃度增大 (B)稀硫 酸的濃度減小 (C)溶液的密度增大 (D)溶液的密度減小 (E)正極、負極的 重量都增加 (F)正極重量減少,負極重量增加。 【96 學測】 *( DE ) 6. 加油站販售的無鉛汽油都標示著汽油的辛烷值,下列有關辛烷值的敘述,哪幾 項是正確的? (A)市售九五無鉛汽油含 95%正辛烷 (B)市售九八無鉛汽油 含 98%異辛烷 (C)市售九二無鉛汽油含 8%正庚烷 (D)配製辛烷值超過 100 的汽油是可能的 (E)辛烷值愈高的汽油抗震爆能力愈好。 【95 學測】 *( AE ) 7. 下列常見電池中,電解液為酸性水溶液的有哪幾種? (A)乾電池 (B)鹼性電 池 (C)氫氧燃料電池 (D)鋰離子電池 (E)鉛蓄電池。 ( E ) 8. 利用中子來撞擊重原子核,使重核發生分裂,產生兩個較小的核與中子,並 放出巨大的能量。這種產生核能的方式稱為核分裂,例如用中子撞擊鈾原子 核,可用下列的核反應式來表示:23592U+→+能量01n 14156Ba 92wKrxvzn 下列哪一個選項中的兩個數字,正確表示上式中的 w 與 x?[註:式中 Kr 是與 He、Ne 同屬於週期表的第 18 族(8A 族)的元素] (A)34 與 5  (B)35 與 4 (C)35 與 5 (D)36 與 2 (E)36 與 3。 【93 學測】

基礎化學(二)全

(39)

( A ) 9. 乾電池是市面上最為常見之電池,右圖為其簡單之剖 面構造。下列有關乾電池的敘述何者正確? (A)鋅殼 為負極 (B)MnO2為催化劑 (C)石墨棒為還原劑  (D)石墨棒為氧化劑。 【92 學測】 *( AD ) 10.甲烷(CH4)是家用天然瓦斯的主要成分,下列有關甲 烷的敘述何者正確? (A)在甲烷分子中,氫所占的 質量百分比為 25% (B)甲烷具有臭味,因此瓦斯外 洩時容易被察覺 (C)每 1 mol 的甲烷完全燃燒須消耗 3 mol 的氧 (D)甲烷 燃燒時,反應物的能量比產物的能量高。 【92 學測】 ◎石油是由烴類化合物組成的混合物,右圖是精煉石油的分餾塔簡 圖,碳數約為 11~17 的餾分由丙出口流出,回答 11~12 題。 ( C ) 11. 甲出口與丙出口的餾分相比,下列敘述何者正確?  (A)兩者的沸點一樣 (B)甲出口之餾分的平均分子量 比丙的大 (C)丙出口之餾分的平均分子量比甲的大 (D)兩者的平均分子量一樣,但化學結構不同。 ( D ) 12. 有關各出口餾分的性質與用途,下列敘述何者正確? (A)甲出口之餾分是氣體,冷凝收集後,多用作飛機 燃油 (B)乙出口之餾分的碳數超過 30,多用作工業溶劑 (C)含鉛汽油直 接從丙出口流出,辛烷值高,可防爆震 (D)丁出口的產物是分子量非常大 的殘餘物,如瀝青。 【91 學測】 ( B ) 13. 煉油工業從原油分出各種的成分,主要是利用油料何種物理性質的差異? (A)顏色 (B)沸點 (C)熔點 (D)密度。 【91 學測補考】 ( C ) 14. 氫氧燃料電池是太空 飛行的重要能量 來源, 右 圖 的 燃 料 電 池 是 以 氫 與 氧 為 反 應 物 , 氫 氣 在 鎳 (Ni) 極與 OH-反 應 , 氧 氣 在 氧 化 鎳 (NiO) 極 與 水 反 應 , 反 應 的 淨 產 物 是 水 , 氫 氧 化 鉀 水 溶 液 為 電 解 液 。 根 據 化 學 電 池 的 原 理 , 下 列 有 關 此 電 池 的 敘 述 , 何 者 正 確 ?   (A) 氧 氣 是 被 H2O 還 原 , 氫 氣 是 被 OH-氧 化   (B) 氧 氣 在 陽 極 被 還 原 , 氫 氣 在 陰 極 被 氧 化   (C) 電 子 在 外 電 路 的 導 線 中 , 從 鎳 極 向 氧 化 鎳 極 移 動   (D) 電 池 放 電時,氫氧化鉀水溶液中的 pH 值會升高。 【91 學測補考修改】 ( A ) 15. 右圖是鋅銅電池的簡易裝置,下列有關鋅銅電池 的 敘 述 , 何 者 正 確 ?   (A)U 型 管 內 為 電 解 質 溶 液   (B)銅 極所 在燒 杯需 盛鋅 鹽的 水溶 液  (C) 電 路 接 通 時 , 溶 液 中 的 正 離 子 會 游 向 負 極   (D) 以 伏特計測量電壓時,電池的正極需接到伏特計的 負極。 【90 學測】

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*( BD ) 16. 天然氣可作為燃料,其主要成分為甲烷。甲烷燃燒可用下式表示: CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(g)(原子量:C=12,H=1,O=16) 下列敘述何者錯誤? (A)甲烷燃燒屬於氧化還原反應 (B)完全燃燒 1 g 的 甲烷,需要 2 g 的氧氣 (C)甲烷燃燒時,若空氣供應不足,會產生有毒的 一氧化碳 (D)使 1 mol 的甲烷與 2 mol 的氧完全燃燒,並量得各氣體在標 準狀況下的體積,則反應前後氣體的總體積不變。 【90 學測】 ( E ) 17. 若23892U的原子核放射出一個 粒子,則剩留的原子核內會含有幾個質子? (A)237 (B)236 (C)146 (D)91 (E)90。 【90 學測】 ( D ) 18. 市售電池多是利用化學反應產生電能的裝置。下列有關化學電池的敘述,何 者錯誤? (A)電池一定包含正極與負極 (B)電池內所發生的反應屬於氧 化還原反應 (C)在電池負極產生的電子經由外電路傳至正極 (D)在電池 正極產生的陽離子經由外電路傳至負極 (E)每一個電池有兩個「半電池」, 每一個半電池都含有一個電極和電解質溶液。 ( C ) 19. 以粒子撞擊氮原子核147N,其核反應可用下式表示(是42He;p 是質 子):  14 7N→O+p 則產生的氧原子核是下列的哪一種? (A)158O (B)168O (C)178O (D)188O  (E)198O。 ◎請閱讀下列短文後,回答第20~24題   科技的進步,大幅改善人類的生活,但也過度耗費了物質和能量,造成空氣汙染,嚴重危 害環境。由於地球的資源是有限的,因此人類如何生活才能永續發展,成為大家必須面對的課 題。其中維護環境、開發能源與能源的有效利用,是當今全球各國共同的問題,也是現代科技 面臨的重大挑戰。   在開發能源方面,各國努力尋找再生能源。許多國家以酒精為生質能源,而全球生質酒精 生產國如巴西與美國,主要是以甘蔗、玉米等糧食作物為原料,分別從蔗糖和澱粉中提煉酒精, 技術上雖已成熟,但總有不經濟、不環保,以及爭奪糧食的質疑。近年來,各國科學家積極開 發使用農業廢棄物如玉米稈、稻稈等為原料的研發方向,主要利用廢棄莖稈的纖維素、半纖維 素等成分,提煉出木糖或葡萄糖,經純化過程,皆可製成純度相當高的纖維酒精。   科學家也積極研發能源有效利用的技術,例如抽蓄水力發電,就是利用離峰時間的多餘電 力,將水抽蓄至較高處的方式,以儲存能量,再供尖峰時間使用。我國明潭抽蓄水力發電廠以 日月潭為上池,以水里溪河谷為下池,利用兩池之間約400公尺的水面落差,進行抽蓄水力發 電,供應臺灣尖峰電力需求,由於下池蓄水量極為豐沛,上下池水面落差可視為定值。水力發 電機組的總容量為200萬瓩(2×109瓦),是世界上巨型抽蓄水力發電廠之一。 【100學 測】 *( CD ) 20.下列哪些氣體是因發展石化工業或汽機車太多而造成空氣中的主要汙染物?(應 選 2 項) (A)H2 (B)H2S (C)SO2 (D)NO2 (E)NH3。

*( CE ) 21.使用「生質能源」,將有可能減緩下列哪些環境問題?(應選 2 項) (A)水質優養 化 (B)土石流 (C)溫室效應 (D)地層下陷 (E)酸雨。

基礎化學(二)全

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*( CE ) 22.下列哪些選項為臺灣已經作為商業使用的再生能源?(應選 2 項) (A)核能發電 (B)潮汐發電 (C)風力發電 (D)海流發電 (E)水力發電。 *( ABE ) 23.下列有關利用植物做為原料製成生質酒精的敘述,哪些正確?(應選 3 項) (A) 目前人類已可從甘蔗、玉米中的蔗糖和澱粉,成功提煉酒精 (B)利用玉米稈、稻稈 等農業廢棄物中的半纖維素、纖維素均可製成酒精 (C)甘蔗、玉米的蔗糖和澱粉與 水稻莖稈中的纖維素均存在於細胞壁中 (D)甘蔗、玉米的蔗糖和澱粉與水稻莖稈 中的纖維素均存在於液胞中 (E)蔗糖、木糖、葡萄糖的分子量均較纖維素的分子量 為小。 ( A ) 24. 抽蓄水力發電,其能量轉換主要的過程為下列何者? (A)電能→水的位能→水的 動能→電能 (B)電能→水的動能→水的位能→電能 (C)水的動能→化學能→水 的位能→電能 (D)電能→化學能→水的動能→電能 (E)化學能→水的位能→水 的動能→電能。 ( C ) 25. 下列關於84Po(質量數 210)原子及88Ra(質量數 226) 原子的敘述,何者 正確? (A)21084Po和 226 88Ra兩種原子核中的中子數相差 16 (B) 210 84Po和 226 88Ra兩 種原子核中的質子數相差 16 (C)21084Po和 226 88Ra兩種原子中的電子數相差 4 (D)釙和鐳兩個元素,在自然界都不存在 (E)釙和鐳的放射性都是源自其原 子核釋出 X 光。 【101 學測】 實驗題 ◎本題組與下述化學電池的實驗有關。 步驟: 一、依據表中的組合,在四個 100 mL 的燒杯中各先加入 30 mL 的電解質溶液後,再插入 電極。 各半電池的成分 半電池 電極 電解液 A Zn 1.0 M Zn(NO3)2(aq) B Ni 1.0 M NiSO4(aq) C Cu 1.0 M CuSO4(aq) D Ag 1.0 M AgNO3(aq) 二、以填充 1.0 MKNO3(aq)的 U 型管作為鹽橋。 三、如圖,連接 A、B 兩個半電池與三用電表。 四、將三用電表切換至電壓測量的檔位,讀取 A-B 電池的電壓。 五、以相同的方式,測量 A-C、A-D、B-C、B-D、C-D 的電壓。 試回答 26~27 題

*( ABCDE) 26.哪些組合之電池電壓會小於 A-D 電池的電壓? (A)A-C (B)A-B (C)B-C

(D)B-D (E)C-D。

*( BC ) 27.哪些電池的組合中,B 半電池中的鎳極應連接至三用電表的負極? (A)A-B  (B)B-C (C)B-D (D)以上三種組合的鎳極皆須連至三用電表的正極。

數據

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參考文獻

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