1.知道化學與化工對人類生活中食、衣、住、行、育、樂、醫藥等的影響。 2.明白永續發展包含公平性、永續性及共同性三個原則。而為符合永續發展的目標，化學與化工發展 出綠色化學的概念。 3.了解化學與奈米科技、電子科技及能源科技等先進科技的關係。 1. 化學與化工 研究領域 貢獻 化學 (chemistry) (1)主要：有機化學、無機化學、物理化學及分析化學 四大領域。 (2)其他：電化學、材料化學、環境化學、生物化學等領 域。 化學家在實驗室研究物質的特 性、開發新的物質以及新的合成 方法。 化學工程 （chemical engineering， 簡稱化工） (1)化工的重要研究領域：單元操作（或稱為化工原 理）。 (2)研究工業製程中，具有共同物理變化的特點。例 如：流體流動、熱的傳導、物質的傳遞、溫壓變化及 固體輸送等過程。 化學家研究的成果，在經由化 學工程師的設計規劃後量化生 產，使更多人能分享這些物質 產品所帶來更高品質的生活。 2. 化學對生活的影響 食 (1)食物在人體內的消化過程及呼吸作用，牽涉到複雜的化學變化。 (2)利用肥料促進生產，或利用農藥避免農作物發生病蟲害等。 (3)使用防腐劑及冷媒來儲存食物。 (4)盛裝物品的塑膠袋、寶特瓶是一種合成聚合物的製品。 衣 (1)化學方法製造的人造纖維、人造皮革，因為品質優良和皮革匱乏而占盡優勢。 (2)衣物的染料及清洗衣服用的界面活性劑是用化學方法製造出來的。 住 (1)堅固房子的製作建造過程牽涉到許多化學反應，如磚瓦的燒結、混凝土的凝固、鋼鐵 的提煉等。 (2)塑膠、樹脂等合成材料的廣泛使用。 行 (1)冶金技術使得金屬材料大量被運用，為求質輕、強韌，而尋找其他合成材料製品。 (2)汽車及飛機是現代主要的交通工具，它們大都是以提煉的石化燃料之燃燒反應所產生 的能量來推動的。 (3)輪胎是一種合成橡膠製品。
化學與化工
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生活中的化學
4-1
化學與人類生活上的關係
1
1 1 育 (1)課本和筆記本及所用的紙張，是由木材纖維經一系列化學處理過程而製得的。 (2)油墨是由脫離溶劑的色素分子所組成的。 樂 (1)含有液晶面板之手機、電玩、液晶電視中的液晶，是一種有機的分子。 (2)煙火發出色光是無機材料造成。 醫藥 服用的藥物，例如含有阿司匹靈的錠劑及胃藥是用化學方法製造出來的。 關於化學與生活的關係，下列敘述何者正確？ (A)食物儲存所需要的防腐劑與冷媒， 都是經化學方法生產製造的化學產品 (B)現代人類的穿著，例如耐綸、達克綸等均是 人造纖維 (C)清洗衣服用的界面活性劑是利用化學方法製造出來的 (D)磚瓦的燒結、 混凝土的凝固、鋼鐵的提煉等不包含化學反應 (E)阿司匹靈的錠劑及胃藥是利用化學 方法製造出來的。 知道化學與生活的關係。 (A)(B)(C)(E) (D)堅固房子的製作建造過程牽涉到許多化學反應，如磚瓦的燒結、混凝土的凝固 鋼鐵的提煉等。 下列敘述何者正確？ (A)消化過程含有化學變化 (B)化石燃料可說是古代的太陽能保留 下來的能源 (C)鐵礦在高溫爐中可還原成金屬鐵 (D)石油可轉換成塑膠和人造纖維(E)由 於科學的進步，最近一、二百年來所製造的物質種類，遠比過去整個人類文明史中所製造 的總和還要多。 ：(A)(B)(C)(D)(E) 答
4-1
基礎題 ＊( ACD ) 1. 下列各項敘述中，畫底線之元素名稱，哪些不是以真正的元素形式存在的純物 質？ (A)某礦山中含有銅 礦與砷礦，由該礦山流入河川之水常含有毒質 (B) 氯 具有強氧化力，可用於自來水殺菌 (C)地殼上物質的總量，氧 約占 46% (D)發育時期宜多吃含豐富鈣 質的食品 (E)電燈泡中，含有熔點很高的鎢 絲。 ＊( BE ) 2. 何者屬於自然界的化學變化？ (A)電解濃食鹽水產生氯氣與燒鹼 (B)食物在 空氣中緩慢腐敗 (C)食鹽溶於水 (D)將石油分餾，提煉出汽油 (E)呼吸作用。 ＊( DE ) 3. 下列敘述何項正確？ (A)水泥凝固與水凝固都是物理變化 (B)麵粉發酵是 物理變化 (C)水的消毒、殺菌是物理變化 (D)碘昇華是物理變化 (E)以柳 酸製造阿斯匹靈是化學變化。 ＊( ABCDE) 4. 化學是一門很實用的基礎科學，下列選項何為學習化學的好處？ (A)能深 入了解周遭的物質環境 (B)能正確且有效地使用周遭的物質 (C)能培育吾 人愛惜周遭的物質 (D)能孕育出關心周遭環境的情操 (E)能促進生活幸福 美滿。 ＊( ABCDE) 5. 下列哪些是化學家探討的課題？ (A)物質的性質 (B)物質的組成 (C)物 質的結構 (D)物質的變化 (E)物質的合成。 ( C ) 6. 下列華裔的諾貝爾獎得主中，哪一位曾獲得化學獎？ (A)楊振寧 (B)朱棣 文 (C)李遠哲 (D)丁肇中 (E)李政道 。 ( C ) 7. 在科學研究上如果有新的想法或假設，接下來應該採取什麼步驟？ (A)寫 出理論 (B)提出定律 (C)設計實驗驗證 (D)推想出結論 (E)不必思考就 付諸實驗。 ( D ) 8. 下列有關化學與工業發展的敘述，何者錯誤？ (A)化學與工業發展是相輔 相成的 (B)化學研究結果可提供有關物質特性與變化的原理和知識 (C)光 纖材料是化學家製造出來的 (D)化學家能轉換物質，也能無中生成新原子， 製造出有用的物質 (E)化學家在實驗室研究物質的特性、開發新的物質以及 新的合成方法。 進階題 ＊( ABCDE) 9. 我們的生活需要化學。下列日常生活中的做法，何者錯誤？ (A)用甲醛浸泡 海鮮產品以殺菌和保鮮 (B)為了防止汙染，使用聚氯乙烯薄膜包裝食品 (C)食用酒精和工業酒精的主要成分相同，都可以作為飲料飲用 (D)人體缺 鈣會引起骨質疏鬆症，因此鈣元素攝取得越多越好 (E)為了提高牛奶的含 氮量，我們在牛奶中添加尿素。1. 永續發展(sustainable development) (1) 定義：聯合國 於西元 1987 年將永續發展定義為：「能滿足當代需求，同時不損及後代 子孫滿足其本身需求的發展」。 (2)「永續發展」包含公平性、永續性及共同性三個原則。 公平性 (Fairness) 主張資源公平分配，以滿足當代及後代所有人民的基本需求。 永續性 (Sustainability) 追求持續的經濟成長，但必須是建立在保護地球自然系統基礎上。 共同性 (Commonality) 強調人類與自然和諧相處。 2. 綠色化學(green chemistry) (1) 提出者：Paul Anastas 在 1991 年所提倡的綠色化學 12 項原則。 (2) 意義：利用化學原理從源頭上消除汙染，以此為基礎而發展的技術稱為綠色化工技術。 (3) 作法 消極作法：降低汙染 由各國政府針對各種汙染物訂定嚴格的排放標準，使環境汙染降至最低。 積極作法：源頭減量 由化學家或化學工程師研究新的配方，或是使用乾淨的能源或原料，開發更環保、 乾淨且低耗能的製程，並利用如觸媒(catalyst)或是生物技術等改善製程，以降低能 源消耗或避免使用或產生有毒物質，以達清潔生產及工業減少廢棄物的目標。 (4) 主張 提高原子使用效率 西元 1991 年史丹福大學 化學系教授 Barry Trost 提倡 原子使用效率（原子經濟性 Atom economy）＝欲獲得的產物質量和 所有生成物的質量和×100% 【例】：傳統合成過氧化氫的方法耗能高，且易生成具有毒性的廢棄物。新合成方法 （見老師講解 1）則是以鉑鈀奈米觸媒直接將氫氣與氧氣反應成過氧化氫 （H2＋O2催化劑 H2O2），原子使用效率 100%。能將反應物完全轉化成生 成物，沒有副產物發生。 避免使用危險物質 a. 研發揮發性較低的有機環保塗料，避免危害使用者的健康，並且可以有效降低 溶劑的使用量。 b. 利用二氧化碳超臨界流體的特性（親有機性、零表面張力以及低黏度）來清洗半 導體表面，不需使用去離子水及其他具腐蝕性的化學物質如酸或鹼等，可大幅 減少用水量以及縮短清洗時間，且二氧化碳可回收重複使用。 減少廢物產生 a. 利用生物轉換技術取代傳統石化工業原料，例如合成聚乳酸塑膠(PLA)的單體， 傳統是由石化工業原料製得。現在可利用酵素將澱粉或纖維素轉化而製成，產品 加工時耗能較低，且聚乳酸塑膠可於自然界中被生物分解。 b. 某工廠的廢棄物做為另一工廠的原料，如此將不同的工廠加以鏈結形成類似食
化學與永續發展
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化學與永續發展
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1 物鏈的關係，可提高資源的使用率。 c. 回收廢棄物再於其中提煉出有用的資源，例如從回收的廢電腦、廢手機中，可提 煉出貴金屬如黃金，而這些黃金可以做為光碟片的靶材，此即為城市採礦的概 念。 (5) 4R 原則：為了維護良好環境品質，化學家提出 4R 原則，分別為 Reduce（減量使 用）、Reuse（重複使用）、Recycle（循環再製使用）、Recovery（回收再利用）。 工業上製備過氧化氫的方法如下圖： 可以用下列反應式表示： C16H14O2＋O2→C16H12O2＋H2O2 C16H12O2＋H2→C16H14O2 總反應為：H2＋O2→H2O2 其中，第一步驟生成的過氧化氫以溶劑萃取出，而 C16H12O2再以氫氣於催化劑存在 下還原為 C16H14O2，可重複使用。整個製程的經濟效益決定於 C16H12O2與溶劑的回收 效率，試問第一步驟的原子使用效率為何？ 【龍騰版課本例題 4-1】 了解原子使用效率的意義。 12.6% C16H12O2＝236、H2O2＝34.0 原子使用效率＝欲獲得的產物質量和 所有生成物的質量和×100% ＝ 34 34 236 ×100% ＝12.6%
1 在「綠色化學」工業中，理想狀態是反應物中原子全部轉化為欲得到的產物，即原子的利用 率為 100%，從根本上減少乃至杜絕汙染。下列做法符合「綠色化學」的是 (A)農民就地焚 燒稻桿 (B)深埋含鎘、汞的廢舊電池 (C)工業製酒精 C2H4＋H2O催化劑 C2H6O (D)化工 生產中的廢氣向高空排放 (E)將灰石(CaCO3)轉成石灰(CaO)來利用。 ：(C) 答
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基礎題 ( B ) 1.環境化學家提出「4R」原則，以減少水、空氣、土壤汙染的機會，其中不包括 (A)Reduce (B)Remove (C)Reuse (D)Recycle (E)Recovery。 ＊( BCDE) 2.環境化學家提出之 4R 原則為 (A)減量生產 (B)減量使用 (C)重複使用 (D)循環再製使用 (E)回收再利用。 ＊( ABCD) 3.關於綠色化學，下列敘述何者正確？ (A)綠色化學是利用化學原理從源頭上 消除汙染 (B)綠色化學主張提高原子使用效率 (C)避免使用危險物質、減少 廢物產生也是綠色化學的主張 (D)為了達到綠色化學，消極作法是由各國 政府針對各種汙染物訂定嚴格的排放標準，使環境汙染降至最 低 (E)原子使用效率＝所有生成物的質量和欲獲得的產物質量和×100%。 ＊( BCDE) 4. 下列哪些作法符合綠色化學？ (A)使用揮發性較高的有機塗料 (B)利用二 氧化碳超臨界流體的特性來清洗半導體表面 (C)利用酵素將澱粉或纖維素轉 化為合成聚乳酸塑膠(PLA)的單體，取代傳統方法是由石化工業原料製得 (D)從回收的廢電腦、廢手機中，提煉出貴金屬 (E)以乙醇汽油當燃料代替傳 統汽油。 ＊( ABDE ) 5.下列哪些作法符合綠色化學？ (A)以氫氣為燃料的燃料電池電動車代替傳統 汽油燃料車 (B)以生物可分解的玉米環保袋取代傳統塑膠袋 (C)以氟氯碳 化物當冷媒取代氫氟碳化物 (D)實驗室用 H2O2分解製造 O2代替 KClO3分解 法 (E)用純二氧化碳取代氟氯碳化合物為起泡劑，生產聚苯乙烯泡沫塑料薄 板。 ＊( ABCD) 6.有關環境汙染問題，下列哪些敘述正確？ (A)大量燃燒化石燃料所產生的廢 氣，與大氣中的水滴結合，為酸雨的形成原因 (B)汽車之冷媒（氟氯烷）， 升至平流層，會破壞大氣之臭氧 (C)海水汙染後，水中溶氧量會降低，使漁 產量減少 (D)隨意丟棄廢棄物與排放工業廢水，會造成嚴重的土壤汙染 (E)人類將塑膠丟棄在土壤中，由於極少發生傷害，故不算汙染。 ＊( A ) 7.下列敘述何者正確？ (A)永續發展包含公平性、永續性及共同性三個原則 (B)永續發展強調人類與自然和諧相處 (C)人為的工業發展帶來富足的生活， 不必顧慮其對生活環境的影響 (D)化學工業的發展，不需避免環境的汙染及 資源的枯竭 (E)化學家只要致力於研發新的製程和新的材料，不必理會生態 環境的破壞。 進階題 ＊( DE ) 8. 原子利用率越高，是「綠色化學」的典範。下列反應中，符合以上「綠色化學」概念的是 (A)燒製生石灰：CaCO3→CaO＋CO2 (B)以鐵煉銅：Fe＋
CuSO4→FeSO4＋Cu (C)製備氫氧化銅：CuSO4＋2NaOH→Cu(OH)2＋
Na2SO4 (D)利用氨水製碳酸氫銨：NH3＋CO2＋H2O→NH4HCO3 (E)乙烯
＊( 100% ) 9.為達到環境保護及永續經營的目的，化學反應中反應物的原子，應儘可 能全部轉化為產物中的原子。試問下列反應（尚未平衡）的原子使用效率為 何？ xH2C＝CH2＋yO2→ 【龍騰版課本練習 4-1】 ＊ (1)35.4% (2)27.3% ) 10.試計算下列有機反應的原子使用效率為何？(Na＝23，Cl＝35.5，Br＝80) (1)H 3 C－Cl＋NaOH→H 3 C－OH＋NaCl（製造甲醇） (2) ＋CH3CH2ONa→ ＋CH3CH2OH＋NaBr （製造 2-甲基丙烯） 大考題 ( C ) 11. 綠色化學的概念強調化學製程中原子的使用效率，若製程中使用很多原子， 最後這些原子卻成為廢棄物，就不符合綠色化學的原則。原子的使用效率定 義為：化學反應式中，想要獲得的產物的莫耳質量（分子量）除以所有生 成物的莫耳質量（分子量）。甲基丙烯酸甲酯是一個製造壓克力高分子的單 體，以往是由丙酮製造，完整的製程可以用下列平衡的化學反應式表示：
CH3COCH3＋HCN＋CH3OH＋H2SO4→CH2＝C(CH3)CO2CH3＋NH4HSO4
新的製程則用觸媒催化丙炔、甲醇與一氧化碳反應直接生成產物： CH3C≡CH＋CH3OH＋CO→CH2＝C(CH3)CO2CH3 使用丙炔的新製程，沒有製造任何廢棄物，原子使用效率為 100%。試問使 用丙酮製程的原子使用效率，最接近下列哪一項？ (A)18% (B)29% (C)47% (D)55% (E)69%。 【95 指考】 (
1. 奈米材料 (1) 奈米(nano meter，nm)是一種長度單位，1 奈米＝1×10－9公尺，也就是十億分之一公 尺或是 10 埃(10Å)。 (2)定義：在長、寬、高三個方向中，至少有一個方向的長度在 1～100 奈米之間的材料稱 之。傳統尺寸較大的材料，稱為塊材(bulk material)。 2. 奈米材料特性 (1)總表面積變大：奈米材料表面原子的數目占材料總原子數的比例，較傳統塊材增加許 多。 (2) 活性增大：材料表面之原子的活性，一般都比材料內部原子的活性大，因此奈米材料 具有更高的化學反應性。例如：塊金活性小，幾乎不與任何物質反應。但奈米級金粒 子具備更高的催化效能，可將 CO 催化成 CO2，因此可製成火場逃生使用之防煙面罩。 (3)物理及化學性質改變：奈米材料的性質，如熔點、磁性、電性、化學活性等，均與傳統 塊材差異甚大。例如：金的正常熔點為 1063℃，但直徑為 2 nm 的金微粒熔點則低於 400℃。 3. 奈米材料實例 (1) 奈米級二氧化鈦(TiO2)光觸媒 成分：奈米級的二氧化鈦為主要原料。 作用機制：二氧化鈦光觸媒吸收紫外光(UV)後，具有更大的活性，可與周遭的水 分子或氧氣作用，產生氫氧自由基(•OH)等活性物質，並進而引發一連串的氧化還 原反應，分解有機物而達到殺菌或除臭的功效。 用途：可用於淨化空氣、除臭、殺菌、汙水處理等相關產品。
化學與先進科技
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化學與奈米科技
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1 1 (2) 奈米碳管（carbon nanotube，簡稱 CNT） 結構：奈米碳管可視為由石墨捲曲而成的中空管狀結構。 特性：具有金屬及半導體的性質。彈性佳、張力強度比鋼絲強上百倍，但質量卻 很輕。熱傳導性佳、化學反應性穩定、可吸附氣體。 用途：平面顯示器、奈米溫度計……。 同素異形體：石墨、金剛石、富勒烯-60。 奈米碳管的發現 於西元 1991 年，日本 NEC 公司研究員飯島澄男 發現。 若改用奈米為單位，則身高 170公分可表示成若干奈米？ (A)1.7×10 3 (B)1.7×106 (C)1.7×109 (D)1.7×1010 (E)1.7×1012。 知道 1 奈米＝10－9 m。 (C) 1m＝109 nm 170 cm＝1.7 m＝1.7×109 nm 1 奈米到 100 奈米的長度，稱為奈米尺度。換言之，奈米尺度須小於若干公尺？ (A)10－11 (B)10－9 (C)10－7 (D)10－5 (E)10－3。 ：(C) 答
2 2 2 下列有關奈米材料的敘述，何者正確？ (A)奈米材料為在長、寬、高三個方向的長 度都在 1～100奈米之間的材料 (B)奈米材料的總表面積變大，一般都比塊材具有更 高的化學反應性 (C)奈米級金粒子不同於金塊材，可將 CO 催化成 CO2，所以可製 成火場逃生使用之防煙面罩 (D)奈米碳管可視為如同金剛石的立體結構 (E)紅外光 是激發二氧化鈦光觸媒最合適的光源。 知道何謂奈米材料及一些奈米材料的特性。 (B)(C) (A)奈米材料為在長、寬、高三個方向中，至少有一個方向長度在 1～100 奈米之 間的材料。 (D)奈米碳管可視為由石墨捲曲而成的中空管狀結構。 (E)紫外光是激發二氧化鈦光觸媒最合適的光源。 關於二氧化鈦光觸媒的敘述，何項正確？ (A)二氧化鈦是導體，所以可進行氧化還原反應 (B)二氧化鈦光觸媒的作用原理主要是吸附作用 (C)二氧化鈦製成奈米顆粒可以有效增大 表面積 (D)二氧化鈦可用作汽車觸媒轉化器的主要材料 (E)修正液的成分也是二氧化鈦， 故修正液也具殺菌、除臭的光觸媒特性。 ：(C) 1. 化學與電子科技 (1) 液晶(liquid crystal) 液晶分子為有機分子，大多為長條形。在特定條件（光、熱、電場或磁場）下，會出 現晶體才有的分子規則排列的現象。 右圖為液晶分子排列示意圖 (a)一般液態，分子排列雜亂無章。 (b)為液晶態，分子依某種方向呈規則排列。 液晶顯示器，英文通稱為 LCD(Liquid Crystal Display)，在液晶顯示器中，液晶分子本身不會發 光，其光源為面板背後的燈管，稱為背光源。 液晶發現的歷史 西元 1888 年，奧地利 的植物學家 Friedrich Reinitzer 發現了一種特殊的物質。他從植物 中提煉出一種稱為苯甲酸膽固醇的化合物，它在某一溫度範圍內具有液體和結晶雙重 性質的物質。此狀態介於我們一般所熟知的液態與固態物質之間，有點類似肥皂水的 膠狀溶液。 西元 1968 年，美國 RCA 公司（收音機與電視的發明公司）發明了世界第一臺使用液晶 顯示的螢幕。
(2)有機發光二極體（Organic Light Emitting Diode，簡稱 OLED）
N 型和 P 型半導體：在半導體材料中摻雜價電子更多的元素，即為 N 型半導體，如 在矽中（4A 族）摻雜砷（5A 族）；摻雜價電子數較少的元素，即為 P 型半導體， 如在矽中摻雜鎵（3A 族）。 二極體(diode)：將 N 型和 P 型半導體相接，施以順向電壓，電子可從 N 型往 P 型移 答
化學與其他科技
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3 動，因而發光；電壓方向相反則沒有電流產生。 發光二極體：主要是由 N 型和 P 型半導體所組成，在電壓的作用之下而發光，化學 家尋找不同的半導體材質，於其中摻雜不同種類的元素，使二極體在通電後發出不 同顏色的光線。 有機發光二極體：若是在半導體之間加上特定的有機分子薄膜作為發光層，可影響 發光的顏色，稱為有機發光二極體。 有機發光二極體發現的歷史 西元 1979 年，柯達公司的鄧青雲 博士(Dr. Ching W Tang)發現，在黑暗中一塊實驗用 的有機蓄電池在閃閃發光，從而開始了對 OLED 的研究。 西元 1987 年，同屬柯達公司的汪根樣 博士和同事 Steven 成功地使用類似 PN 半導體的 雙層有機結構，第一次做出了低電壓、高效率的光發射器。 2. 化學與能源科技 (1)以電動車取代汽、柴油車可降低碳排放與空氣汙染程度，將是未來的趨勢。 (2)與能源科技相關的材料，如太陽能發電或因熱、電而變色的薄膜材料，或是潔淨且電力 與續航力俱佳的電池技術，也都有賴化學家研發而得。 下列有關電子科技的敘述，何者正確？ (A)液晶(liquid crystal)分子為有機分子 (B)液晶為介於液態與氣態物質之間的狀態 (C)液晶在特定條件（光、熱、電場或磁 場）下，會出現晶體才有的分子規則排列的現象 (D)在矽半導體材料中摻雜砷，即 為 P型半導體 (E)若是在半導體之間加上特定的有機分子薄膜作為發光層，可影響 發光的顏色，稱為有機發光二極體。 知道液晶、P 型和 N 型半導體的特性。 (A)(C)(E) (B)液晶為介於液態與固態物質之間的狀態。 (D)在矽半導體材料中摻雜砷（5A 族元素），即為 N 型半導體。 P 型半導體為在高純度的矽晶體中，摻雜少量的下列何種元素？ (A)硼 (B)磷 (C)硫(D) 碳 (E)砷。 ：(A) 基礎題 ( C ) 1.原子的直徑約為 0.1 奈米，則一顆粒徑為 1 毫米的砂中所含的原子總數，最 接近下列哪一個數值？ (A)107 (B)1014 (C)1021 (D)1024 (E)1028。 ( D ) 2.一邊長為 1 毫米的立方體，至多可切割出若干個邊長為 10 奈米的小立方體？ (A)1×106 (B)1×109 (C)1×1012 (D)1×1015 (E)1×1017。 ( E ) 3.在高純度矽中，摻加少量下列何種元素，可以形成 N 型半導體？ (A)硼 答子序 5） (B)鋁（原子序 13） (C)銅（原子序 29） (D)鍺（原子序 32） (E)砷（原子序 33）。 ( A ) 4.下列何種光源，最適於激發奈米二氧化鈦光觸媒？ (A)紫外光 (B)可見光 (C)紅外光 (D)X 光 (E)微波。 ( C ) 5.下列何者為常見奈米光觸媒的主要成分？ (A)氯化鈉 (B)鉻酸鉛 (C)二氧 化鈦 (D)奈米碳管 (E)氧化汞。 ＊( ABCDE) 6.下列何者為奈米二氧化鈦光觸媒的功用？ (A)淨化空氣 (B)防汙 (C)除 臭 (D)殺菌 (E)淨水。 ( A ) 7.液晶是介於物質的哪兩種狀態之間？ (A)固態與液態 (B)固態與氣態 (C) 液態與氣態 (D)以上皆是 (E)以上皆非。 ＊( ACD ) 8.下列何者是金剛石的同素異形體？ (A)石墨 (B)二氧化碳 (C)富勒烯-60 (D)奈米碳管 (E)14C。 ＊( AD ) 9.關於奈米碳管的敘述，何者正確？ (A)質量輕、彈性佳，且化學性穩定 (B)是一種精密陶瓷，可耐高溫 (C)結構與鑽石相似，質地堅硬 (D)鑽石、 石墨、C60及奈米碳管，均是碳的同素異形體 (E)奈米碳管與聚乙烯均是含 C、H 的聚合物。 進階題 ＊( BE ) 10.半導體製程中，氫化砷是摻雜矽晶的重要原料之一，若不慎外洩，會汙染環 境及危害人員。下列有關砷及其化合物的敘述，何者錯誤？ (A)砷是類金屬 元素 (B)氫化砷是離子化合物 (C)氫化砷分子的砷原子滿足八隅體規則 (D)氫化砷的化學式為 AsH3 (E)矽晶中摻雜砷，可以製成 P 型半導體。
實驗 目的 1.學習萃取的技術。 2.了解界面活性劑的作用原理及其應用。 3.知道鈣、鎂離子會和脂肪酸界面活性劑生成沉澱，降低其功效。 實驗 原理 1.茄紅素(C40H56)為脂溶性，故先以油脂將食物中的茄紅素萃取出，得茄紅素的油溶液以供實驗用， 藉此學習萃取技術。下圖為茄紅素的分子結構。 2.界面活性劑(surfactant) (1)定義：是一種能降低不相溶兩相界面的表面張力，使兩相可均勻混合的物質。 (2)結構：一端為親水性(aliphilic)，可為帶正電或負電的離子；另一端為具親油性(aliphatic)的長 鏈烴（通常以 R－表示）。 (3)少量的油與水混合時，把界面活性劑加入其中，則其親油端溶入油中，同時其親水端溶入水 中，並降低水的表面張力。油與界面活性劑形成微胞(micelle)分散於水中（下圖），故界面消失 而形成均勻的分散系統，此現象又稱為乳化作用；因此，有時界面活性劑亦稱為乳化劑。 3.當水中含有鈣或鎂離子時稱為硬水，硬水會降低肥皂的洗滌效力，這是因為脂肪酸根會與硬水中 的鈣、鎂離子形成沉澱，而大幅降低其清潔力。
2RCOO－(aq)＋Ca2＋(aq)→Ca(RCOO)2(s) 2RCOO－(aq)＋Mg2＋(aq)→Mg(RCOO)2(s)
4.合成清潔劑因在硬水中不與鈣、鎂離子沉澱，故仍可在硬水中使用。 5.清潔劑 (1)分為硬性與軟性兩種。 (2)碳鏈具有分支者，難於環境中由生物分解，稱為硬性清潔劑。 (3)現今使用的清潔劑大多為不具分支的長直碳鏈構成，屬於軟性清潔劑，由於可被分解，所以較 不易造成環境汙染。 實驗 流程 【Part I】萃取油溶性染劑
八
界面活性劑及其效應
【PartⅡ】界面活性劑的效應 將十二烷基硫酸鈉溶液改成硬脂酸鈉(C17H35COO－Na＋)溶液，重複上述步驟，可觀察不同界面活 性劑的溶液變化。 注意 事項 1.若分液漏斗有漏液現象，須更換器材。 2.若加入分液漏斗的溶劑具揮發性，則須將漏斗頸部朝上，並不時打開活栓排氣，以平衡內、外氣 壓。 3.欲使液體順利由漏斗下方流出，須先打開分液漏斗上方的蓋子。 4.攪拌過程中應儘量避免泡沫干擾實驗觀察。
1 1 請回答下列有關界面活性劑實驗的問題。 (1)將番茄醬水溶液與沙拉油混合於分液漏斗中，經搖動、靜置後，液體可分幾層？各 層成分為何？ (2)當沙拉油將茄紅素萃取出，顏色有何變化？ (3)本實驗所使用的兩種界面活性劑硬脂酸鈉與十二烷基硫酸鈉，何者於硬水中仍有 清潔效果？ (4)若清潔劑分子的結構示意圖為（ ， 表示親水端， 表示親油端），則其將油 滴乳化之後會形成下列何圖？ (5)合成清潔劑分成硬性（支鏈結構）與軟性（直鏈結構）兩種，哪一種易造成河川 泡沫汙染？ 了解界面活性劑的實驗原理及實驗結果。 (1)分 2 層，上層是油層；下層是番茄醬水溶液 (2)淡黃色變紅色 (3)十二烷基 硫酸鈉 (4)(A) (5)支鏈烷苯磺酸鹽（ABS，硬性清潔劑） (1)液體分為上下兩層，上層是油層，顏色略為紅色；下層是番茄醬水溶液。 (3)十二烷基硫酸鈉。因為硬水中含鈣、鎂離子，而十二烷基硫酸鈉不與鈣、鎂離 子作用，故仍有清潔效果。 (4)(A)界面活性劑的親油端與油親和而伸入油中，同時其親水端與水親和而溶入 水中，並降低水的表面張力。如此一來，油與界面活性劑形成微胞(micelle)分 散於水中。 (5)含支鏈結構的烷苯磺酸鹽（ABS，硬性清潔劑），不易被細菌分解，易造成 泡沫汙染。 關於肥皂及合成清潔劑的敘述，何者正確？ (A)肥皂是由油脂與鹼反應生成的脂肪酸鹼金 屬鹽，主要成分的化學式通式為 R－COO－Na＋，R＝C nH2n+1 (B)合成清潔劑多以天然油 脂為原料，主要成分為烷苯磺酸鹽 (C)肥皂及合成清潔劑均含有可接近油垢的親油性部分 及可接近水的親水性部分 (D)肥皂與合成清潔劑之去汙原理相似，但只有合成清潔劑在硬 水中會降低去汙作用 (E)合成清潔劑中的支鏈烷苯磺酸鹽(ABS)不易被細菌分解，易造成 泡沫汙染，現已禁用。 ：(A)(C)(E) 答
綜合實力評量
( B ) 1. 為達到環境保護及永續經營的目的，化學反應中反應物的原子，應儘可能 全部轉化為產物中的原子。若要使下列反應： xH2C＝CH2＋yO2→ （式中的係數 x，y，z 均為整數）符合環 境保護及永續經營的要求，則(x＋y＋z)的最小數值為何？ (A)4 (B)5 (C)6 (D)7 (E)8。 【96 指考】 ( D ) 2. 矽元素是半導體材料的主要成分，將矽晶添加微量的其他元素，可製成半 導體材料，若欲製造 N 型半導體，則可於矽晶中摻入何種元素？ (A)鎵(Ga) (B)銦(In) (C)鍺(Ge) (D)砷(As)。 【93 指考預試】 ( C ) 3. 下列哪一選項的廣告語最不科學？ (A)本牙膏含有氟，可預防蛀牙 (B) 本飲料含有鹽，適合運動後飲用 (C)本飲料由純天然物質配製，不含化學 物質 (D)本食鹽是特製品，含有碘，食用可預防甲狀腺腫大 (E)本礦泉 水經衛生當局檢驗合格，含有少量礦物質，有益健康。 【93 學測】 ( D ) 4. 科學家計畫製造一座「太空電梯」，以探測外太空與火星。支撐這座「太空電 梯」的纜繩是一束由十億條、長達十萬公里的奈米碳管所製成，每條奈米碳 管含有 7.2×1017個碳原子。試估計這束纜繩至少需要多少公斤的碳來製備？ (A)0.12 (B)2.40 (C)7.20 (D)14.4 (E)28.8。 【93 學測】 ◎在奈米時代，溫度計也可奈米化。科學家發現：若將氧化鎵與石墨粉共熱，便可製得直徑 75 奈米、長達 6 微米的「奈米碳管」，管柱內並填有金屬鎵。鎵（Ga，熔點 29.8℃，沸點 2403℃）與許多元素例如汞相似，在液態時體積會隨溫度變化而冷縮熱脹。奈米碳管內 鎵的長度會隨溫度增高而呈線性成長。在 310 K 時，高約 1.3 微米，溫度若升高到 710 K 時，高度則成長至 5.3 微米。根據本段敘述，回答問題 5～6 題。 ( B ) 5. 當水在一大氣壓下沸騰時，上述「奈米溫度計」內鎵的高度會較接近下列哪一 個數值（微米）？ (A)0.63 (B)1.9 (C)2.6 (D)3.7 (E)5.3。【93 學測】 ( D ) 6. 若欲利用上述奈米溫度計測量使玻璃軟化的溫度(400～600℃)時，下列哪一元素 最適合作為鎵的代替物？ (A)Al（熔點 660℃，沸點 2467℃） (B)Ca（熔點 839℃，沸點 1484℃） (C)Hg（熔點－38.8℃，沸點 356.6℃） (D)In（熔點 156℃，沸點 2080℃） (E)W（熔點 3410℃，沸點 5560℃）。 【93 學測】 ( D ) 7. 太空梭在重返地球時，會與大氣層的空氣劇烈摩擦，產生超過攝氏千度的高 溫，因此太空梭外殼必須使用最佳的耐熱材料。下列何種材料，最適合作為 此用途？ (A)金屬材料 (B)玻璃材料 (C)塑膠材料 (D)陶磁材料 (E)有 機高分子材料。 【92 學測】 ＊( BC ) 8. 下列有關材料的敘述，何者正確？ (A)尼龍是由苯乙烯聚合而成 (B)銅的 氧化物可以作為製備超導體的原料 (C)金剛石與石墨是碳的同素異形體， 金剛石具網狀結構而石墨具層狀結構 (D)玻璃為含二氧化矽的結晶性固體(E)奈米材料是指像米粒一般大小的顆粒所構成的材料。 【91 指考】 ＊( BCFH ) 9. 下列哪些現象沒有化學反應的進行？ (A)鐵的生鏽 (B)霧的生成 (C)太 陽能熱水器的作用 (D)螢火蟲的發光 (E)水煤氣的製造 (F)冰箱中冷媒 的作用 (G)植物的呼吸作用 (H)霓虹燈的發光。 【學測】 ( D ) 10. 西元 1991 年日本飯島澄男 (S. Iijima, 1935～)製造出奈米碳管，有關奈米碳 管的敘述，何者正確？ (A)由碳與氫原子構成 (B)與碳六十是同分異構 物 (C)管長僅在 1～1000 nm 之間，超過 1000 nm 以上，碳管不穩定，易 崩解 (D)能導電導熱，極低溫時具超導特性。 【97 建中】 ＊( AD ) 11. 報載「某積體電路工廠製造出 65 奈米的 CPU（中央處理器）」，所謂「65 奈 米」是指何種長度？ (A)6.5×10－8 m (B)6.5×10－9 cm (C)6.5 Å（埃） (D)650 Å（埃） (E)6.5 nm。 【97 建中】 ( B ) 12. 奈米材料可說是當今科學最熱門的研究主題之一。以下有關奈米材料的敘述， 哪項是正確的？ (A)奈米是長度單位，1 奈米(nm)＝1000 微米 (B)奈米材 料往往擁有高的表面積／體積比 (C)其長、寬、高三個向度皆必須落在 1 nm ～100 nm 之間 (D)物質奈米化後物理性質不可能發生改變，僅改變化學性 質 (E)奈米材料絕不會破壞環境。 【96 雄中】 ＊( DE ) 13. 下列關於液晶彩色電視及電漿彩色電視比較的敘述，哪些是錯誤的？ (A)兩者皆可接收來自空中電磁波的影像訊號 (B)兩者顯像過程皆需要外 加電壓以建立電場 (C)兩者皆可顯示各種不同的色彩 (D)兩者皆是利用不 同電場改變物質分子排列，造成各像素明暗差異 (E)兩者皆是利用電子撞 擊螢光幕上紅、藍、綠三色的小點構成像素，來顯現色彩。 【101 學測】 實驗題 ( D ) 14. 在硬水中，合成的清潔劑比肥皂更具有洗滌能力，其主要原因為何？ (A) 合成清潔劑的鈉鹽溶於水，而肥皂的鈉鹽不溶於水 (B)合成清潔劑會與酸 作用，而肥皂不與酸作用 (C)肥皂會在硬水中分解，而合成清潔劑不會分 解 (D)合成清潔劑的鈣鹽溶於水，而肥皂的鈣鹽不溶於水。【92 學測】 ＊( AC ) 15. 肥皂與清潔劑是日常生活不可缺少的清潔用品，下列有關肥皂與清潔劑的 敘述，何者正確？ (A)動物油脂用強鹼水解可得肥皂 (B)肥皂分子較不 易與硬水作用產生沉澱 (C)肥皂與清潔劑的分子皆具有親水性及親油性 (D)軟性清潔劑分子之長碳鏈有較多支鏈，易被微生物分解 (E)清潔劑常添 加磷酸鹽，磷酸鹽流入河川會抑制藻類生長。 【92 學測補試】 ( C ) 16. 下列甲至丁四種基團中，哪兩種的組合適合作為清潔劑？ 甲、CH3CH2CO2－ 乙、CH3(CH2)11CO2－ 丙、Na＋ 丁、Cl－ (A)甲、丙 (B)甲、丁 (C)乙、丙 (D)乙、丁。 【91 學測補考】
