第四章 生活中的能源

第四章

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(CH4)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H2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)CO2 (B)SO2 (C)NO2 (D)O3 (E)CH4。 3.下列有關煤氣的敘述中，正確的有 (A)主要成分是H2及甲烷 (B)主要成分是CO與 2 H (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 狀烴、硫及氮、氧的化合物。 2.原油：從油田開採的油稱為原油，是一種黑色黏稠油狀的混合物，原油的成分隨產 地、儲油層的不同而有所差別。 3.形成：古代動物或植物殘骸，經地熱與壓力之作用，逐漸轉化而成。 4.蘊藏量：世界各地原油量估計約有 10 兆億桶，主要產自中東。而台灣的石油分布， 則是在苗栗及新竹一帶，但產量不及全國消耗量的1 %，主要仰賴進口。 5.分餾： (1)定義：將液體依沸點高低不同的性質，藉加熱方法分成若干部分的過程 ，稱為分 餾。 (2)產物：石油必須經過煉製成各種石油製品，才有高度使用效率及經濟價值。一般石 油分餾產物的組成及用途如下表所示： 分 餾 產 物 沸點範圍 ) ( Co 組 成 日 常 用 途 石油氣 ＜20 C1 ~ C4 氣體燃料 石油醚 20~60 C5 ~ C6 乾洗用、有機溶劑 汽油 60~200 C6 ~ C9 汽車燃料、有機溶劑 煤油 175~300 C10 ~ C16 照明、噴射機、內燃機燃料 柴油 250~400 C15 ~ C20 柴油機燃料 蠟油(潤滑油) ＞300 C18 ~ C22 機械潤滑、防銹處理、蠟紙 柏油(殘留物) C18 ~ C40 鋪路、防水填料。 (3)裝置：常見的石油分餾塔如圖4 所示。2 (4)石油分餾產物，除某些用於化工原料外，有下列用途。 a.汽油是汽機車的燃料，需求量大且售價亦較高。 b.重油一般稱為燃料油，常用於工廠中鍋爐的燃料，但重油因含有硫，燃燒時產生 二氧化硫，會形成空氣汙染並導致酸雨，因此必須經過脫硫的程序，以降低其 含硫量。 c.液化石油氣：當原油分餾時，低沸點烴類從原油中分離出來，經壓縮液化，然後 裝入鋼桶儲存，當壓力減小後，再變為氣體形式使用，其主要成分為丙烷及丁 烷。 三.石油的裂解： 1.以原油直接分餾，所得石油氣與汽油的產量已不敷目前的需求，在工業上會利用高 碳數的重油或柴油，將其裂解而成低碳數的汽油，以此來增加產量。 2.一般化工原料，常用的 2～4 個碳之烯類，如聚乙烯的原料乙烯，人造橡膠的丁二烯 等，通常是經裂解方式產生，目前臺灣的輕油裂解工業，正在雲林麥寮進行第六廠 的規劃與建設，並已開始投入生產。

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 ) ) ((C2H5 4Pb 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 ) (C₂H₄Br₂ 當作鉛的清除劑，使產生具揮發性的二溴化鉛(PbBr₂)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C16 ~C23 (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。 (4)於越洋運輸時，通常需要將天然氣冷卻至_162o_{C，使其變成液態天然氣(LNG)，} 便於儲存與運送。 12.下列有關天然氣的敘述中，正確的是 (A)主要成分為甲烷 (B)具有劇毒 (C)是石油分 餾的產物 (D)完全燃燒，不產生汙染物質。 13.下各氣體燃料的主要成分為何？ (1)煤氣。 (2)水煤氣。 (3)天然氣。 (4)液化石油氣。 14.利用天然氣為原料，可製造下列那些化合物？ (A)氨 (B)氧 (C)甲醇 (D)尿素 (E)氫。 15.下列有關天然氣的敘述中，正確的是 (A)主要成分為CO及H2 (B)為製造尿素的原 始原料 (C)可熱解產生碳及氫 (D)是一種發熱量大的優良燃料 (E)主要成分為甲烷。 16.下列各種氣體燃料的敘述中，錯誤的是 (A)液化石油氣的主要成份是C H3 8與C H4 10

(B)煤氣中除了CH4、H2外，也含有CO (C)水煤氣是H O2 與CO (D)天然氣的主要

成份是CH4。

17.所謂的加氧汽油是汽油中添加下列哪些物質？ (A)四乙基鉛 (B)甲基第三丁基醚 (C) 正庚烷 (D)甲醇 (E)乙醇。

<Homework 4-1>

1.煤的組成元素有 (A)C (B) H (C)O (D)N (E)S 。(ABCDE) 2.最適合家庭使用的煤是 (A)無煙煤 (B)煙煤 (C)褐煤 (D)泥煤。(A) 3.汽油主要成分為屬於有機分類中的何種？ (A)醇 (B)烷 (C)烯 (D)酮。(B) 4.石油分餾是根據物質的何種特性，使其分離的 (A)熔點 (B)沸點 (C)對水溶解度 (D)氧 化性。(B) 5.無鉛汽油通常是在汽油中添加下列那些化合物？ (A)甲醇 (B)乙醇 (C)正庚烷 (D)甲基 第三丁基醚 (E)苯。(ABDE) 6.汽油是下列那一組烷類混合物？ (A)C3 ~ C6 (B)C6 ~ C12 (C)C10 ~ C15 (D)C16 ~ C20。 (A) 7.下列各物質中，屬於高辛烷值烴類的有 (A)正鏈狀烷烴 (B)有支鏈的烷烴 (C)芳香烴 (D)烯烴 (E)直餾汽油。(BCD) 8.下列物質中，辛烷值最大的是 (A)異辛烷 (B)苯 (C)正庚烷 (D)90%的異辛烷與 10%正 庚烷的混合物。(B) 9.石油的熱裂煉，其目的是 (A)除去芳香烴 (B)將大分子的烴斷裂成小分子烴 (C)將支鏈 烴改成直鏈烴 (D)除去熔點高化合物。(B) 10.液化石油氣的主要成分是 (A)甲烷與乙烷 (B)氫與一氧化碳 (C)丙烷與丁烷 (D)辛烷。 (C) 11.將煤隔絕空氣加熱而使物質分解的過程稱為 ，將原油按沸點不同將物質分離的 過程稱為 。(乾餾、分餾) 12.甲烷是家用天然氣的主要成分，則下列關於甲烷的敘述中，正確的有(應選兩項) (A) 在甲烷分子中，氫所佔的質量為25% (B)本身具有臭味，因此外洩時易被察覺 (C)每 一莫耳完全燃燒時，需要消耗三莫耳的氧氣 (D)燃燒時，反應物的能量比生成物的能 量高。(AD) 13.下列有關煤乾餾產物的敘述中，錯誤的是 (A)固態產物為煤焦 (B)氣態產物為水煤氣 (C)液態產物為煤溚 (D)煤焦可作金屬冶煉的還原劑。(B)

14.下列各種石油的分餾產物中，沸點最高的是 (A)石油醚 (B)汽油 (C)煤油 (D)柴油。(D) 15.下列有關化石燃料的敘述中，正確的是 (A)煤可用乾餾法分離，殘留物為煤焦 (B)碳 化程度最高的煤是泥煤 (C)石油的主要成分是烴類 (D)石油分餾的產物中，含碳數愈 少的烴類，則其沸點愈低 (E)天然氣的主要成分是一氧化碳，所以容易中毒。(ACD) 4 - 3 反應熱 一.化學反應中的能量變化： 1.儲存於化合物中的化學能可藉化學反應轉變為熱能、光能及電能。 2.燃燒煤、液化石油氣、天然氣等化石燃料都可得到熱能。 二.反應熱：化學反應中的能量變化，稱為反應熱。 1.放熱反應：發生化學反應時，會釋出能量，反應後溫度升高。例如，物質的燃燒、電 池的放電、酸鹼中和、濃硫酸或氫氧化鈉溶於水等。 2.吸熱反應：發生化學反應時，需從外界吸收能量，反應後溫度降低。例如光合作用、 電解、氯化銨溶於水、氫氧化鋇晶體與硝酸銨混合產生硝酸鋇、氨及水的反應等。 三.物質的熱含量(焓)：在定溫、定壓下，一物質於生成時所儲存的能量，稱為熱含量。 1.熱力學上規定₂₅oC _{、1.0atm為標準狀態。} 2.熱含量為物質內部所有能量的總和，包括動能、位能、核能。 3.熱含量與物質種類、溫度、壓力及狀態有關。 4.規定₂₅oC_{、1.0atm下，單質(元素)的熱含量為 0；在同素異形體中，以較常見，} 安定者為0。例如，磷的同素異形體中，以黃磷為 0。 5.熱含量是不可測的，但可測其相對值。 四.熱化學反應式：能同時表示反應熱及反應狀態的化學反應方程式者，稱為熱化學反 應式。 1.反應熱大小與反應物及生成物的溫度、狀態有關。 2.在寫熱化學反應式時，需註明溫度及狀態，而且化學反應通常是在1.0atm下進行 故若未註明溫度及壓力，就是指在₂₅oC_{、1.0atm下測定。} 五.反應熱的表示法：化學反應的反應熱通常以 H 表示。 1.H 生成物熱含量的總和－反應物熱含量的總和。 2.若H 0，則表示為吸熱反應；換句話說，生成物的熱含量高於反應物的熱含量。 3.若H 0，則表示為放熱反應；換句話說，生成物的熱含量低於反應物的熱含量。 4.吸熱反應的表示法。如，水蒸氣通過紅熱的煤炭，即產生水煤氣；其反應式可用下 列方式表示， C(s) H2O(g) CO(g) H2(g) H 133kJ 或C(s) H2O(g) 133kJ CO(g) H2(g)

5.放熱反應的表示法。如，水煤氣的燃燒，產生二氧化碳與水；其反應式可用下列方 式表示， ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 1 g g g O CO CO   H  284kJ 或CO_g O _g CO _g 284kJ 2 1 ) ( 2 ) ( 2 ) (    ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2 2 1 g g g O H O H   H  243kJ kJ O H O H _{g g g} 243 2 1 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2    6.化學反應中，吸、放熱反應的能量變化圖，如圖4 4 、4 5 所示。 圖4 4 放熱反應 圖4 5 吸熱反應 六.反應熱的求法：一般而言，反應方程式的求法如下： 1.H 生成物的生成熱總和－反應物的生成熱總和；舉例如下 已知，6C(s) 6H2(g)3O2(g) C6H12O6(s)之H1 a ( ) 2( ) 2( ) 2 5 () 2 1 3 2C_s  H _g  O _g C H OH _l 之H2 b C(s) O2(g) CO2(g)之H3 c 求C6H12O6(s) 2C2H5OH(l) 2CO2(g)的H a2b2c 2.H 反應物的燃燒熱總和－生成物的燃燒熱總和；舉例如下， 若已知，CH3OH(l)、CO( g)、CH3COOH(l)的莫耳生成熱分別是

a

、b、

c

。 試求CH3OH(l) CO(g) CH3COOH(l)之H abc 3.H 反應物的各鍵鍵能總和－生成物的各鍵鍵能總和 4.H 正反應之活化能－逆反應之活化能 5.H 生成物熱含量的總和－反應物熱含量的總和。 七.反應熱的性質： 1.反應熱大小與反應物的莫耳數成正比。 2.反應以相反方向進行時，反應大小不變；但吸熱變為放熱，放熱變為吸熱。 3.反應熱具有加成性。若一反應能以兩種或兩種以上其他反應的代數和表示時，則反 應熱為此數個反應熱的代數和，此定律稱之為反應熱加成定律或黑斯定律。

4.反應熱大小與溫度、壓力及反應物、生成物的種類，狀態有關，而與反應途徑無關。 八.反應熱的類型： 1.莫耳生成熱(Hf)： (1)定義：成分元素生成 1 莫耳化合物所吸收或放出的熱量。 (2)性質：於標準狀況下，各元素的生成熱均為 0。 (3)範例： 2( ) 2( ) 2 ( ) 1 2 g g g H  O H O   H 241.6 kJ_mol。 2.莫耳分解熱： (1)定義：1 莫耳化合物分解成其成份元素時的反應熱。 (2)性質：對同一個化合物而言，莫耳生成熱與莫耳分解熱是同值異號。 (3)範例： ( ) ( ) 2( ) 1 2 s l g HgO Hg  O  H 90.7 kJ_mol。 3.莫耳燃燒熱(Hc)： (1)定義：1 莫耳物質完全燃燒所放出的熱量。 (2)性質：必為放熱反應；至於無法燃燒的物質，其燃燒熱等於 0，如O2、H O2 、CO2 (3)範例：C( )s O2( )g CO2( )g   H 394 kJ_mol。 1.下列有關反應熱的敘述中，正確的是 (A)放熱反應的H 0 (B)反應熱的大小與溫度 無關 (C)吸熱的反應，其反應物的熱含量小於生成物的熱含量 (D)反應途徑不同，反 應熱也不同。 2.已知，3C(s)4H2(g) C3H8(g) H 103.8kJ C(s) O2(g) CO2(g) H 393.9kJ 2( ) 2( ) 2 () 2 1 l g g O H O H   H 285.8kJ ，則 (1)C3H8(g) 5O2(g) 3CO2(g) 4H2O(l)的H ？  (2)STP下，448L的丙烷(C3H8)完全燃燒可放出多少熱量？

3.已知有下列反應方程式：且水的沸點高於乙醇，試比較

x

、 y 、

z

、

a

的大小。 C2H5OH(l) 3O2(g) 2CO2(g)3H2O(l)，H  xkJ C2H5OH(l) 3O2(g) 2CO2(g)3H2O(g)，H ykJ C2H5OH(g)3O2(g) 2CO2(g)3H2O(l)，H zkJ C2H5OH(g) 3O2(g) 2CO2(g) 3H2O(g)，H akJ 4.已知，C2H5OH(l) 3O2(g) 2CO2(g)3H2O(l) H 1368kJ C2H4(g) 3O2(g) 2CO2(g) 2H2O(l) H 1275.8kJ C(s) O2(g) CO2(g) H 393.9kJ 2( ) 2( ) 2 () 2 1 l g g O H O H   H 285.8kJ ，則 (1)C2H4(g) H2O(l) C2H5OH(l)的H ？  (2)2C(s) 2H2(g) C2H4(g) H ？  5.下列各反應中，放熱最多的是 (A)2H2(g) O2(g) 2H2O(g) (B) ( ) ₂ 2( ) 2 ( ) 1 2H _g  O _g H O_g (C)H2(g) O(g) H2O(l) (D)2H(g) O(g) H2O(l)。

6.下列各變化中，H 0的有 (A)濃硫酸加水稀釋 (B)氫氧化鈉溶於水 (C)水結冰 (D)氯 化銨溶於水 (E)235U _核分裂。 7.熱化學反應方程式如下，C( )s O2( )g CO2( )g 393.9kJ ，則下列各項敘述中，正確的 是 (A)屬於吸熱反應 (B)屬於放熱反應 (C) H 0 (D) H 0 (E)反應物的位能高於 生物成的位能。 8.已知，1mol的甲烷(CH4)完全燃燒生成二氧化碳與水，可放出896kJ ，則1 公克的甲 烷燃燒可放出多少熱量？ 九.常見燃料的熱值： 1.熱值的定義：燃燒單位質量的燃料所獲得的熱量。 2.熱值單位：一般而言，因為物質的狀態而有不同單位；如固體燃料燃燒時所放出的 熱量常以kJ_kg表示、液體燃料則以

kJ

_L

，而氣體燃料則以

kJ

_m

3 表示。 3.常用燃料的熱值如下所示： 燃料 燃燒熱值 煤當量(32115kJ_kg) 固體燃料(kJ_kg) 泥煤 7022 0.2187 褐煤 14580 0.4540 次煙煤 19997 0.6227 煙煤 31103 0.9684 無煙煤 32115 1.0000

液體燃料

(

kJ

_L

)

汽油 28006 0.8721 煤油 35530 1.1063 柴油 36784 1.1454 柏油 41800 1.3016 氣體燃料

(

kJ

_m

3

)

天然氣 37202 1.15841 丙烷混合氣 53295 1.6595 煤氣 20900 0.6508 4.同質量的熱值以氣體較大，固體最小；液態氫的熱值為12700kJ_kg，是所有常用燃 料中熱值最大的，故常用為火箭的燃料，但因易爆炸非常危險，所以不是家庭中使 用的燃料。 9.下列有關放熱反應的敘述中，正確的是 (A) H 0 (B)週遭溫度降低 (C)必為燃燒反 應 (D)生成物的熱含量比反應物高。 10.已知，甲烷(CH4)、乙烷(C H2 6)的燃燒熱 (kcal_{mol 分別是-212、-372，利用上述資料}) 求出正丁烷(C H4 10)的燃燒熱最接近下列何值？ (A)-850 (B)-750 (C)-1000 (D)-690 。 11.已知，甲烷(CH4)、乙烷(C H2 6)、丙烷(C H3 8)的燃燒熱(kJmol) 分別是-896、-1506、-2200，則等重的上述物質完全燃燒後，所釋放熱量的大小順序是如何？

12.下列有關煤乾餾產物的敘述中，錯誤的是 (A)固態產物是煤焦 (B)氣態產物是水煤氣 (C)液態產物是煤溚 (D)煤焦可當成冶鍊金屬時的還原劑。 <Homework 4-2> 1.下列何項因素會影響反應熱的大小？ (A)溫度 (B)壓力 (C)物質種類 (D)反應物的狀態 (E)反應的途徑。(ABCD) 2.下列各種變化中，屬於吸熱反應的是 (A)木材燃燒 (B)水蒸氣凝結 (C)硫酸與氫氧化鈉 中和 (D)氯化銨溶於水。(D) 3.H 0表示 (A)此反應為放熱 (B)反應時必要隨時供給能量，反應才可繼續進行 (C) 反應時，物系的溫度會一直升高 (D)反應物的熱含量較生成物為高。(B) 4.寫熱化學反應式時，若未註明溫度，就表示反應熱的測定在下列何種溫度下進行？ (A)₀oC _(B)25o_{C (C)27}o_{C (D)100}o_C。(B) 5.於常溫、常壓下，測得1.0g的氫氣燃燒生成液態水會放出142.9kJ 的熱量，則其正 確的熱化學反應式為 (A)2H₂O₂ 2H₂O571.6kJ (B)H _g O _g H O 142.9kJ 2 1 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 2     (C) 2( ) ₂ 2( ) 2 ( ) 1  O H O H _g  _g  H 285.8kJ (D) 2( ) ₂ 2( ) 2 ( ) 1  O H O H _g  _g  H 285.8kJ (E)2H2(g) O2(g) 2H2O() H 571.6kJ 。(CE) 6.已知，C(s) O2(g) CO2(g) H 393.9kJ 2( ) ₂ 2( ) 2 () 1 l g g O H O H   H 285.8kJ

CH4(g) 2O2(g) CO2(g) 2H2O(l) H 890.4kJ ( ) 2( ) 2( ) 2 1 g g g O CO CO   H 283kJ ，則 (1)C(s) 2H2(g) CH4(g) H ？ (75.1kJ) (2)C(s) H2O(g) H2(g) CO(g) H ？ (174.9kJ) (3)比較燃燒 1 莫耳的C( s)產生的熱量與由1 莫耳C( s)生成的水煤氣完全燃燒所產生 的熱量，以何者較多？多了多少？為什麼？(水煤氣放熱較多、多了174.9kJ 、此 熱量恰為生成水煤氣時所吸收的熱量) 7.已知，N2H4(g) O2(g) N2(g) 2H2O(l) H  630kJ，求 N2H4的熱值(kJkg)。 ) 10 97 . 1 ( _ 4 8. 已 知 ，CH4 g( )、CH3OH(l)、 H2 g( )、 N2H4(g)的 莫 耳 燃 燒 熱 分 別 是960kJ 、 kJ 640  、286kJ 、608kJ ，則熱值(kJ_kg)的大小順序是如何？ ) (H2(g) CH4(g) CH3OH(g) N2H4(g) 9.使用無鉛汽油的好處有(甲)降低空氣污染(乙)成本較便宜(丙)使汽車更適合裝置觸媒轉 化器。 (A)只有乙 (B)只有甲、乙 (C)只有甲、丙 (D)只有乙、丙。(C) 10.已知， 2( ) 2( ) 2 ( ) 1 57.8 2 g g g H  O H O  kcal、 _{2( )} 1 _{2( ) 2 ( )} 68.3 2 g g l H  O H O  kcal，則 2 ( )l 2 ( )g H O H O 之 H ？( 10.5 kcal)

4 - 4 化學電池 一.電化電池：利用化學反應將化學能轉換成電能的裝置，稱為電化電池，又稱伏打電 池。 二.電化電池的應用： 1.電池是科學家為克服電能無法直接儲存的問題，而精心設計出的裝置，是一種使用 相當普遍的能源，現代社會的生活與電池有密不可分關係。 (1)太空科學使用的燃料電池、汽機車、隨身聽、電話，甚至於心律調整器的動力，無 一不是使用化學電池為能源。 (2)電池具可攜帶性，且有許多種類，可以應付各種不同的需求。 2.電池固然有其優點，但在使用中或使用後，若處理不當，就會造成公害，故應謹慎 善後的處理。 三.化學電池的原理： 1.化學電池是利用氧化還原反應來產生電流。 (1)單燒杯的氧化還原反應： (a)將鋅片置於稀硫酸溶液中，則鋅片會溶解，同時在鋅片上會產生氫氣。 氧化_ZnZn2 _2e 還原2H 2e H₂ 全反應_Zn2H _Zn2 _H2 (b)在稀硫酸中分開放置鋅片與銅片，並以導線連接，則鋅溶解，而銅片上產生氫氣。 氧化_ZnZn2 _2e 還原2H 2e H₂ 全反應_Zn2H _Zn2 _H2 (2) 兩 燒 杯 中 的 氧 化 還 原 反 應 ： 如 鋅 銅 電 池 。 若 在 分 別 在 裝 有1.0M 硫 酸 鋅 ) (ZnSO4 aq( ) 和硫酸銅(CuSO4 aq( ))的燒杯中，依序放入鋅棒和銅棒，利用導線， 將燒杯內的金屬棒與伏特計相連接，並在兩溶液間以裝有硝酸銨溶液的U 形管 連接，則在伏特計上顯示有電流通過，而且鋅棒重量減輕，銅棒重量增加。其簡 單裝置圖如圖4 6 所示。

氧化Zn_s Zn2_aq 2e ) ( ) ( 還原 () 2 ) (aq 2e Cu s Cu      全反應 ( ) 2 ) ( 2 ) ( ) (s Cu aq Znaq Cus Zn       圖4 6 鋅銅電池 四.電極：電子出入之處。 1.按氧化或還原作用分陽極與陰極。 (1)陽極：發生氧化反應的電極。 (2)陰極：發生還原反應的電極。 2.按帶電性分正極與負極。 (1)正極：電流流出的電極或是電子流入的電極。 (2)負極：電流流入的電極或是電子流出的電極。 3.按電極材料分活性電極與惰性電極。 (1)活性電極：參與反應的電極，如鋅銅電池中的鋅棒。 (2)惰性電極：只供電子出入，本身不參與反應的電極，如石墨、鉑。 五.鹽橋：連接兩溶液管的U 形管，內含有易溶的強電解質鹽類。 1.內容物：含鹼金屬或銨根的硝酸鹽。 2.功能： (1)連接兩溶液，構通電路。 (2)維持溶液電中性。 3.通電時，鹽橋中的陽離子游向陰極(正極)，陰離子游向陽極(負極)。 六.電子與電流的移動方向： 1.電子：由負極(陽極)經由導線流向正極(陰極)。 2.電流：由正極(陰極)經由鹽橋流向負極(陽極)。

1.鹽橋在電化電池中的功用是 (A)傳導電子，使電路流通 (B)傳導電流，使電路流通 (C) 增加電池的電壓 (D)當作電路的開關。 2.下列有關電池正極的敘述中，錯誤的是 (A)又稱陰極 (B)電流流出的電極 (C)發生還原 反應的電極 (D)電子流出的電極。 3.市售電池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中，錯誤的是 (A)電池一定包括正極與負極 (B)電池內發生的反應是氧化還原反應 (C)電子由負極 經外電路至正極 (D)鹽橋內的陽離子游向負極 (E)由兩個含電極及電解質溶液的半電 池組成。 4.在一杯稀硫酸中，同時插入銅片與鋅片，並以導線連接之，則下列各項敘述中，正確 的有 (A)鋅片重量減少 (B)銅片的重量增加 (C)在鋅片上產生氫氣 (D)在銅片上產生 氫氣。 5.下列有關鋅銅電池的敘述中，正確的有 (A)陽極為鋅極 (B)負極為銅極 (C)電子由鋅極 經外電路至銅極 (D)電流是由陽極經外電路至陰極 (E)鹽橋中的陽離子游向正極。 6.下列有關以KNO3 aq( )為鹽橋的鋅銅電池之敘述中，正確的有 (A)電子由鋅極經伏特計 至銅極，再經鹽橋回到鋅極 (B)測量電池的電壓時，伏特計的正極接鋅極 (C)在鹽橋 中，_{K 游向銅極 (D)電流由正極經伏特計至負極 (E)反應後銅極重量增加，鋅極重} 量減小。

七.電池的分類：電池種類繁多，且造型五花八門，依使用方式來分，可分為原電池和 蓄電池。 1.原電池：原電池是指使用後不能充電，而必須丟棄的電池，又稱一次電池。如酸性 乾電池、鹼性乾電池、水銀電池，及不可充電的鋰電池。 2.蓄電池：蓄電池是指使用後可經充電再使用的電池，又稱二次電池。如鉛蓄電池、鎳 鎘電池及可充電的鋰電池。 八常用的電池： 1.乾電池：又名錳乾電池或稱勒克朗舍電池。 (1)構造：如圖4 7 。 (2)電極：鋅殼為負極(陽極)，碳棒為正極(陰極)。 (3)電解質：石墨粉、氯化銨、氯化鋅、二氧化錳、 澱粉與少量的水所調製的糊狀混合物。 (4)反應：反應複雜，基本上的反應為 正極2NH4(aq) 2e 2NH3(g) H2(g)   圖4 7 乾電池 負極_ZnZn2 _2e 2MnO₂ H₂ Mn₂O₃ H₂O       2 3 3 2 _{2NH 2Cl Zn(NH )Cl} Zn 全反應：2MnO22NH4ClZnZn(NH3)Cl2 Mn2O3H2O (5)性質與用途： a.攜帶方便，價格便宜，是應用最廣、產量最大的電池。 b.最大輸出電壓為 1.5 伏特。 c.二氧化錳是氧化劑也是去極劑。 2.鹼性乾電池： (1)構造：結構與酸性乾電池相似，如圖4 8 。 (2)電極：鋅粉為負極(陽極)，集電棒(黃銅)為正極(陰極)。 (3)電解質：鹼性的NaOH(aq)或KOH(aq)、二氧化錳糊狀物。

(4)放電時主要的反應為 負極_Zn2OH _{ZnOH O2e} 2 正極_{2MnO H O2e} _{Mn O 2OH} 3 2 2 2 全反應2MnO2ZnMn2O3ZnO (5)性質與用途： 圖4 8 鹼性電池 a.與酸性乾電池比較，將陽極改成鋅粉，提高了反應面積，因此電流增加，且電壓 穩定，使用壽命較一般乾電池長，且在低溫仍有良好性能。

b.為防止鋅表面產生氫氣而腐蝕，通常以汞鋅合金為負極，為防止公害，使用後須 回收。

3.水銀電池：

(1)構造：如圖4 9 。

(2)電極：正極(陰極)為氧化汞(HgO)，負極(陽極)為鋅粉與汞製成的鋅汞齊。 (3)電解質：NaOH(aq)或KOH(aq)。

(4)反應：放電時主要的反應為 負極_Zn2OH _{ZnOH O2e} 2 正極_{HgOH O2e} _Hg2OH 2 全反應HgOZnHgZnO (5)性質與用途： 圖4 9 水銀電池 a.電壓穩定，一般常見鈕釦型水銀電池的電壓約為 1.35 伏特，常用於較精密的科 學儀器上，如照相機、電子錶、助聽器等。 b.此類電池因會造成水銀汙染，其生產數量有減少趨勢。 4.鋰電池(鋰碘電池)： (1)構造：如圖4 10 。 (2)電極：正極(陰極)為二氧化錳、四氟化碳(CF₄) 、亞硫醯氯(SOCl₂)等，負極(陽極)則是金屬鋰。 圖4 10 鋰電池 (3)電解質：以對金屬鋰安定，且溶解鹽性質的特殊非水溶液，來溶解過氯酸鋰等鹽 類作為電解液。 (4)反應：放電時主要的反應為 正極2SOCl₂4e 4Cl SSO₂ 負極_4Li4Li _4e 全反應4Li2SOCl₂ 4Li 4Cl SSO₂ (5)性質： a.鋰電池的電壓為 3 伏特，貯藏壽命可長達 10 年；故常用於心律調節器。 b.在低溫仍有良好的工作特性，但價格高。 c.能量密度為一般電池的兩倍。 5.鉛蓄電池(俗稱電瓶)： (1)構造：如圖4 11 。 (2)電極：塗以二氧化鉛的鉛板為正極，鉛為負極。 (3)電解質：稀硫酸。 (4)反應： 放電時的反應： 圖4 11 鉛蓄電池 正極 PbO H SO2 e PbSO₄ H₂O 4 24  2  2     負極_PbSO  _{PbSO 2e} 4 2 4 :

全反應PbPbO₂ 2H₂SO₄ 2PbSO₄2H₂O 充電時的反應則為上述反應的逆反應。 (5)性質： a.放電時電壓為 2.03 伏特，兩極都變成硫酸鉛，硫酸濃度變低(pH 值會上升)。 b.充電時，鉛棒接電源的負極，二氧化鉛接電源的正極，通以直流電，則進行逆反 應，可反覆使用。 6.鎳鎘電池： (1)構造：如圖4 12 。 (2)電極：正極(陰極)為鹼式氧化鎳(NiO(OH)) ，負極為金屬鎘。 (3)電解質：氫氧化鉀溶液。 (4)反應： 圖4 12 鎳鎘電池 正極_{2NiO(OH)2H O2e} _{2Ni(OH) 2OH} 2 2 負極_Cd2OH _{Cd(OH) 2e} 2 全反應Cd2NiO(OH)2H2O2Ni(OH)2 Cd(OH)2 (5)性質： a.電壓 1.2 伏特，體積小，使用壽命長，電壓穩定，但價格高。 b.常用於充電式的電鬍刀及手電筒等。 7.鋰離子電池：(補充) (1)構造：如圖4 13 。 (2)電極：正極(陰極)為鋰鈷氧化物，負極(陽極)為活性碳。 (3)電解質：有機電解液。 (4)反應：LixCoO2 C6 Li1xCoO2 LixC6 圖4 13 鋰離子電池 (5)性質：電壓可達 3.6 伏特，輕薄短小，記憶效應小；用於行動電話。 8.氫燃料電池(補充)：燃料電池可直接將燃料之能量轉變為電能，而不需經燃燒、熱能 機械能等形式，只要不斷供給燃料即可持續運作，不需充電。 (1)構造：如圖4 14 。 (2)電極：正極與負極均為多孔性碳板， 表面覆蓋鉑粉為催化劑。 (3)電解液為濃的KOH 溶液。 (4)反應： 正極_{O 2H O4e} _4OH 2 2 負極_{2H 4OH} _{4H O4e} 2 2 全反應2H₂ O₂ 2H₂O (5)性質： 圖4 14 氫燃料電池 a.反應溫度在_70~140oC_{之間，可產生的電壓為0.7 伏特。}

b.化學能直接轉換成電能，轉換效率高，理論上可達 100%。 c.困難在於三相接觸。 d.電極(催化劑)鉑很貴。 e.鹼性電解液，具有腐蝕性。 7.下列各種電池中，屬於二次電池的有 (A)勒克朗舍電池 (B)水銀電池 (C)鉛酸電池 (D) 鎳鎘電池 (E)鋰電池。 8.下列有關鎳鎘電池的敘述中，正確的是 (A)是一種一次電池 (B)是一種蓄電池 (C)以鎘 為負極，以鹼式氧化鎳正極 (D)優點是體積小，使用壽命長，電壓穩定 (E)沒有記憶 效應。 9.下列有關鉛蓄電池的敘述中，正確的是 (A)是一種二次電池 (Ｂ)陽極為PbO2 (C)電解 液為濃H2SO4 (D)放電後兩極的重量均增加 (E)放電後，硫酸的濃度減小。 10.下列有關水銀電池的敘述中，正確的是 (A)正極為氧化汞，負極為固體鋅 (B)電解液 為硫酸 (C)放電後正極產生汞，負極產物為鋅離子 (D)由於電壓穩定，產量有日益增 加的趨勢。 11.下列有關鋰電池的敘述中，錯誤的是 (A)陽極為二氧化錳等混合物，陰極為金屬鋰 (B)電解液是一過氯酸鋰的非水溶液 (C)可在低溫使用 (D)電壓為 3 伏特。 12.下列有關勒克朗舍電池的敘述中，正確的有 (A)以碳棒為陽極 (B)陽極的反應為  _ Zn e Zn 2 2 _{(C)電解質是} 2 MnO 、NH₄Cl、ZnCl2的混合物 (D)在電解質中加入

澱粉來增加稠密性 (E)二氧化錳作為去極劑。 九.電池的使用與回收： 1.電池的使用： (1)必須在乾燥與常溫的環境下使用；因為高溫與潮溼會加速電池的變質與老化。 (2)長時間不使用時，要將電池取出；因為電池會自動放電，有可能漏出電解液，損 壞電器用品。 (3)於低溫乾燥的環境下，電池可保存的比較久；但在低溫使用電池時，電池放電時 間會縮短。 (4)二次電池可以再充電，但必須依各型電池的安全需求操作；宜避免充飽電後，長 時間擱置不用。 2.廢棄電池的汙染：電池是便利的電力來源，隨著生活品質的提高，電池也隨之大量 進入我們的生活；但電池的不當使用及任意棄置，卻造成環境污染，因此許多國家 都有回收廢棄電池的規定。廢棄的電池造成的汙染，列舉如下： (1)鹼性電池或乾電池，內含鋅與錳等危害環境的重金屬元素。 (2)水銀電池體積小，常被幼兒誤食，電池中的水銀，也會造成汞汙染，水俁症就是 汞中毒的實例。 (3)鎳鎘電池內含鎘元素，鎘中毒會引起骨骼病變，造成骨骼疏鬆，俗稱痛痛症就是 鎘中毒的結果。 (4)鉛蓄電池中的鉛及硫酸都是危害環境的物質。 3.廢棄電池的處理： (1)回收固化與深埋。 (2)回收利用：廢棄電池中的物質均可以回收再用，如重金屬。 (3)減少水銀電池、鎳鎘電池的使用。 13.鋅與錳都是汙染環境的物質，下列何種電池同時含有鋅與錳？ (A)錳乾電池 (B)鹼性 電池 (C)鉛酸電池 (D)水銀電池 (E)鎳鎘電池。 14.鎳鎘電池中的鎘，可能引起 (A)痛痛症 (B)水俁症 (C)腎臟衰竭 (D)骨骼疏鬆症。 15.下列各電池中，何者可能造成汞汙染？ (A)錳乾電池 (B)鹼性乾電池 (C)水銀電池 (D)

鉛酸電池 (E)鋰電池。 16.下列敘述何項不正確？ (A)電化電池中發生氧化反應的電極為負極 (B)鹽橋的作用是 提供電流的通路 (C)電化電池的正極是不參與氧化還原反應，只做導體 (D)電化電池 中，電子是由陽極經鹽橋至陰極。 17.下列市售電池中，不使用鹼性氫氧化物作為電解液的有 (A)乾電池 (B)鹼性乾電池 (C)水銀電池 (D)鎳鎘電池 (E)鉛蓄電池。(95 學測) 18.氫氧燃料電池是太空飛行的重要能量來源，右圖中 的燃料電池是以氫與氧為反應物，氫氣在鎳極( )Ni 與OH反應，氧氣在氧化鎳極(NiO)與水反應，整 個反應的淨產物為水，電解液是氫氧化鉀水溶液。 則下列關於此電池的敘述中，正確的是 (A)氧氣是被 水還原，氫氣是被OH氧化 (B)氧氣在陽極被氧化， 氫氣在陰極被還原 (C)電子在外電路的導線中，從氧化 鎳極向鎳極移動 (D)電池放電時，氫氧化鉀水溶液的pH 值會逐漸下降。(91 學測) <Homework 4-3> 1.勒克朗舍電池與鹼性錳乾電池的比較，何者正確？(AB) A B C D E 種類 正極 負極 電解液 電壓的穩定性 使用性能 勒克朗舍電池 石墨 鋅殼 硫酸 穩定 優良

鹼性錳乾電池 石墨 鋅殼 氫氧化鉀 較穩定 較優良 2.在甲、乙、丙、丁四個燒杯中，分別加入1.0M 的溶液及電極，經任意組合，可得幾種 電化電池？(甲乙、甲丙、甲丁、乙丁) 燒杯 甲 乙 丙 丁 電解質 _Zn2 _Cu2 _Ni2 _Ag 電極 鋅片 銅片 石墨 石墨 3.下列有關鉛酸電池的敘述中，正確的是 (A)放電時，硫酸的濃度變小 (B)放電後兩極 都生成PbSO4 (C)充電時，鉛極接電源的負極 (D)充電時電解液的質量增加 (E)若發 現電解液的液面過低，應加濃硫酸補充。(ABCD) 4.下列那些電池使用後可再充電？ (A)酸性乾電池 (B)水銀電池 (C)鋰離子電池 (D)鉛酸 電池 (E)鎳鎘電池。(CDE) 5.下列各電池的陽極材料配對中，正確的是 (A)鹼性乾電池石墨 (B)汞電池鋅 (C) 鎳鎘電池鎘 (D)鉛酸電池二氧化鉛 (E)勒克朗舍電池鋅罐。(BCE) 6.下列各種電池中，屬於原電池的是 (A)鋰離子電池 (B)鉛酸電池 (C)鎳鎘電池 (D)勒克 朗舍電池。(D) 7.在下列表中填入適當的物質或性質： 種類 電壓 ) (V 正極 負極 電解液 用途 可否充電 錳乾電池 (1) (2) 鋅罐 NH₄Cl、ZnCl2、 2 MnO 照明 否 鹼性乾電池 1.5 石墨 (3) (4) 照明 (5) 水銀電池 1.35 (6) 鋅粉 KOH 經密儀器 (7) 鎳鎘電池 (8) 鎳氧化物 (9) KOH 行動電話 可 鉛酸電池 6~24 (10) 鉛 (11) 汽機車 (12) (1)1.5(2)石墨(3)鋅罐(4)KOH(5)否(6)氧化汞(7)否(8)1.3(9)鎘(10)二氧化鉛(11)H2SO4 (12)可。 8.下列各種電池中，屬於二次電池的有 (A)勒克朗舍電池 (B)鹼性乾電池 (C)水銀電池 (D)鎳鎘電池。(D) 9.下列關於氫氧燃料電池的敘述中，正確的是 (A)發電效率高於火力發電 (B)氫氣被氧 化 (C)氧氣被還原 (D)產物不會造成環境污染 (E)以氫氧化鉀水溶液當作電解質。 (ABCDE) 10.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水溶液所構成 的一種電池。可利用比重計測定溶液的比重，來決定是否需要充電。則下列關於鉛蓄 電池在放電過程中的敘述，正確的有 (A)稀硫酸濃度變大 (B)稀硫酸濃度變小 (C)溶 液的密度變大 (D)溶液的密度變小 (E)正極重量減少，負極重量增加。(96 學測)(BDE) 11.下列各種電池，於放電過程中，陰陽兩極的重量均不變的是 (A)鋅銅電池 (B)鉛蓄電 池 (C)乾電池 (D)氫燃料電池。(D)

12.下列關於酸性乾電池的敘述中，正確的是 (A)鋅殼為負極 (B)二氧化錳為催化劑 (C) 石墨棒為還原劑 (D)石墨棒為氧化劑。(92 學測)(A) 4 - 5 其他能源 目前使用最廣的化石燃料煤、石油、天然氣，除造成環境污染外，也面臨短缺的問 題，未雨綢繆，開發新的替代能源，是一件刻不容緩的工作，核能與太陽能將是明日 之星。 一.核能： 1.核反應與化學反應： (1)普通的化學反應，是原子間的重行排列，只是涉及原子的最外圍電子 ，而原子核 並不參與反應；核反應則是涉及原子核的分裂與融合。 (2)核反應所放出的能量遠較化學變化為大。如，天然氣中 1 莫耳甲烷(16.0g)燃燒時 所放出的熱量為882.8kJ；而1 莫耳的鋰與 1 莫耳的氫原子經核反應所放出的 能量為_9.62108kJ_{。後者所放出的能量為前者的10}6_倍 2.核反應的方式： (1)核分裂：以中子撞擊重原子核(235U 92 或 Pu 239 94 )，當中子進入重核時，會使重核發 生分裂，重核分裂時，會產生兩個較小的核和兩個或兩個以上的中子，並放出

大量的能量。其反應方程式如下所示， U n Ba Kr 1n 0 92 36 141 56 1 0 235 92    3 U n Mo Sn 1n 0 131 50 103 42 1 0 235 92    2 所以，由以上的核反應方程式來看，同一種核可能產生不只一種的分裂方式。 (2)核融合：將較輕的原子核融合為較重的原子核，並放出大量的能量。如下 H H He 1n 12kJ 0 4 2 3 1 2 1    1.710 核融合現雖仍無法商業化，但有許多優點，或許將來可取代核分裂。 3.鏈反應：由235U 92 核分裂時，所放出的中子，會再促使其他核分裂而產生較多中子， 又使較多的核分裂產生更多的中子及能量，此種連續之反應稱為鏈反應(連鎖反應)。 可以圖4 15 所示。 圖4 15 連鎖反應 4.核分裂的過程可分為數個階段： (1)中子撞擊重的原子核。 (2)原子核吸收中子成複合核。 (3)複合核不穩定，分裂為較輕的數個原子核，並放出兩個以上的中子。 (4)中子又被吸收，發展成鏈反應，此鏈反應即構成核子反應器運轉的原理。 5.質能互換： (1)當重原子核分裂成較輕原子核時，較輕原子核的質量總和會比重原子核的質量少 ， 此損失的質量會轉換成能量。 (2)愛因斯坦在他的相對論中，提出一個極基本的關係，即物質的質量與能量的關係 是密切的，質與能可依_{E mc}2_{互換。其中， E 為產生的能量、}

m

_{是反應過程中} 減少的質量、

c



3

.

0



10

8

m

_s

，是光速。 6.核能的和平用途： (1)核能發電：核能發電簡圖如圖4 16 。是利用原子分裂時，所釋放出的巨大能量來 發電，目前核能電廠是利用核分裂原理，而利用核融合來發電仍在研發中。

圖4 16 壓水式核能發電廠流程圖 (2)太空探測研究：核能常用作為太空船穩定長期動力來源。 (3)核子醫學：利用某些放射性同位素經過特殊處理後，作成各種試劑，注射到人體 內或口服，以進行檢查、追蹤或治療的醫學。 7.放射線： (1)來源：來自於核反應或核衰變的過過中。 (2)用途：醫療診斷、分析建築物的構造、食物儲存、古生物年代的判斷。 8.核反應方程式的平衡： (1)原理：質量數不變、質子數(原子序)不變。 (2)範例：235 1 141 92 1 92U0n 56Ba36Kr30n 質量數235 1 141 92 3 1     。 質子數92 0 56 36 3 0     1.下列有關核能發電的敘述中，正確的是 (A)核燃料為235U 92 (B)利用核反應時損失的質 量轉化為能量來發電 (C)收集原子核放射之電荷來發電 (D)收集原子核之中子的動能 來發電 (E)使原子核完全燃燒，所產生的熱量來發電。 2.核電廠以235U 92 為燃料，並利用慢中子促使其分裂，利用這種核分裂反應所釋出原子 之電子組態之大幅改變的能量來發電。下列有關上述反應的敘述中，錯誤的是 (A)原 子經過核分裂反應，反應前後的原子種類改變了 (B)有的反應生成物帶有很強的輻 射性 (C)比起煤或石油來，核燃料只以很少的質量就可產生很大的能量 (D)反應生成 物的輻射性，經過低溫冷凍處理即可清除。 3.以



粒子撞擊鈹而產生中子，其反應式為 He Be C 1n 0 12 6 9 4 4 2    ；其中 He 4 2 、 He 9 4 、 C 12 6 、 n 1 0 的質量依次為4.0026、9.0122、12.0000、1.0087 克，若反應產生 1 莫耳的中

子時，則 (1)此反應發生後質量減少若干克？ (2)產生的能量為若干kJ ？ 4.下列有關原子能的敘述中，正確的是 (A)可利用核分裂產生 (B)常溫下，核分裂不可 由慢中子引發 (C)核分裂產生的能比核融合為少 (D)符合_Emc2_{的關係 (E)現代先} 進的核電廠是利用核融合。 5.當 1 個235U 92 受到1 個慢中子(01n)撞擊後分裂產生 1 個3692Kr，3 個中子及另一產物 X ，則 X 的原子序與質量數分別是多少？ 6.若某核反應中，質量消失了0.5g_{，則可產生多少能量？ .} 7.下列有關核分裂的敘述中，正確的是 (A)利用238U 92 作為燃料 (B)核能電廠與原子彈都 是這類反應 (C)核分裂產生的能量大於化石燃料的燃燒 (D)核能可能造成熱公害 (E) 核能發電的能量變化過程是核能熱能動能電能。 二.光能： 1.光合作用是地球上利用光能轉換成化學能最重要的一種吸熱反應。 2.光合作用是綠色植物利用CO2和H2O並吸收光能，合成醣類而放出氧。可以把光 能轉換成化學能儲存起來。 3.在生物體內，經過一連串複雜的化學反應，把化學能轉換成所需的熱能或其它形式

的能，而食物是能量轉換的一種媒介物。 4.食物是一種媒介物的重要意義是生物體對食物的使用不受時間和地點的限制，食物 可以攜帶，儲存，生物體隨時可取得能量，這與直接使用太陽能的情形大不相同。 5.光合作用所製造的醣類，有些沒有立即使用，它的能量仍可被保存下來，石油、煤、 天然氣等是遠古時候儲存的太陽能。 6.紫外光具有高能量，可使人的皮膚變黑，若長期曝曬還會產生黑色素沉澱，甚至皮 膚癌。 7.可見光則可激發分子中的電子、紅外光則可使分子發生振動，至於微波則可以使極 性分子(H O2 )轉動而變熱。 三.太陽能： 1.太陽能是指太陽的輻射能，地球與大氣 層自太陽所獲得的輻射能每小時約為 17 10 1.7 焦耳，只要將抵達地表太陽能的百分之一轉換為可用的能量，就可滿足 全球能源的需求。 2.太陽能的形成： (1)太陽是由氣體物質所構成，約有 80%的氫和 19%的氦，其餘為少量的重金屬。 (2)一般相信太陽能是來自氫核的融合反應。 (3)太陽能穿越大氣層，受到吸收、散射及反射等作用，大約只有三分之一直接抵達地 面。 3.太陽能的研究方向： (1)光電法：把光能直接變成電能的方法，預期理想效率是 25%，現在可達10~15% 之間。 (2)光化法：自然界的光合作用即是，科學家研究如何利用太陽光來觸發化學作用， 以生產糧食或燃料的方法。 (3)太陽能所造成的自然現象的利用，如海洋能與風能。 (4)太陽能的直接應用，如建物的保溫、農業上之曬穀等。 4.太陽能的應用：太陽能以應用於溫室。目前我國則大力推廣太陽能熱水器，吸收太 陽的熱量來將水加熱。 5.太陽能發電：可分成 (1)太陽光能發電： a.是使用會將陽光轉換成電流的太陽電池，稱之為光電池。如圖4 17 。 b.常用於太陽能計算機、人造衛星或者太空工作站。 (2)太陽熱能發電(太陽熱發電)： a.是利用拋物面的碟或槽會聚光於一點產生高熱，再經由發電設備發電。如圖4 18 。 b.最常見的莫過於太陽能熱水器。

圖4 17 光電池 圖4 18 太陽熱能發電裝置 8.下列各種能量的轉換中，可能發生的是 (A)光能化學能 (B)化學能光能 (C)光能 熱能 (D)熱能光能 (E)光能電能。 9.下列各種反應中，是光所引起的化學反應有 (A)臭氧吸收紫外線變成氧 (B)植物的光 合作用 (C)電燈通電後發光 (D)照相底片曝光 (E)螢火蟲發光。 10.下列物質中，是植物行光合作用的直接或間接產物的有 (A)煤 (B)達克綸 (C)鋼鐵 (D) 棉布 (E)葡萄糖。 11.下列有關太陽能的敘述中，正確的有 (A)太陽能發電主要利用矽太陽能電池為材料 (B)太陽能可廣泛使用於住宅區，溫水游泳池 (C)太陽能是不虞有汙染的能源 (D)太 陽能目前已大量使用 (E)太陽能是取之不竭，用之不盡的能源。 四.地熱能： 1.火山、間歇泉、噴氣孔、溫泉和沸泥地等自然現象所產生的地熱，是人類最早使用的 能源，但除直接用作熱水及溫泉浴外，幾乎沒有進一步開發使用。 2.陸地上的地熱，有一半是來自地殼中的鈾、釷、鉀等的放射性同位素衰變釋放出的熱 能。海洋中的地熱的約有85%是來自海洋板塊冷卻而釋放出的熱，其餘主要來自地 函。 3.臺灣地處歐亞非板塊之間，本有優良發展地熱的條件；但因酸性大、腐蝕性強，如 無法克服，則不易用以發電。 4.地熱使用的缺點：

(1)地熱的範圍不夠大，且地點集中，離需要地區遙遠。 (2)地熱產生的熱蒸氣及熱水常具有高濃度的鹽分、礦物質和其他汙染物，特別是硫化 物的汙染最為嚴重。 12.地熱能的來源與下列何者無關？ (A)鈾釷鉀等放射性同位素衰變所釋出的能量 (B)海 洋板塊冷卻所釋出的能量 (C)煤及石油的燃燒 (D)地函。 五.生質能： 1.生質能是指含一切可以培植、利用的動植物能源。 2.人類自懂得利用火以來，生質能即在人類生活中扮演非常重要的角色，人類最早使 用的能源。 3.在原始社會，生質能幾乎是唯一的能源；但隨著文明的進步，化石燃料的開採，生 質能的重要性才逐漸減低，但在民國六十二年能源危機後，生質能又再度受到重視。 4.巴西擁有雄厚的農業基礎，遂以甘蔗等農作物為原料生產乙醇，摻入汽油中或直接 作為汽車燃料，以減低對汽油的依賴。 5.臺灣的人口過密，耕地有限，生質能的品質不佳，且大量利用的幾個重要技術問題。 如收割、運輸、轉化及使用均尚待克服，生質能的發展並不樂觀甚至被排除於能源結 構之外。 6.為掌握能源的自主性，及建立緊急時期能源的供應系統，以備能源短缺時使用，宜 早積極推動生質能的發展策略，以發展農工相互支援的基本經濟政策。 7.台灣生質能的使用現況，利用燃燒垃圾所產生的熱能來發電。 8.台灣發展生質能的有利條件是地處亞熱帶，具有各種能源植物生長的優越條件。 13.下列那些物質是生質能？ (A)石油 (B)木材 (C)煤 (D)甘蔗 (E)稻草。 14.生質能是間接使用下列那一種能源？ (A)地熱 (B)太陽能 (C)風力 (D)核能。 六.水力能： 1.利用水的位能轉變為機械的動力或電力。

2.水位能是目前唯一已被大量開發的能源，全世界的電力來自水力發電，而臺灣在民 國82 年統計，水力發電約占總發電量的 6.6 %。 3.水力能的來源：太陽能使大量水分蒸發，蒸發後的水蒸氣進入大氣層變成雲層，雲 層遇冷後變成雨水掉落至較高地面，因此具有了位能。 七.海洋能：海洋中蘊藏相當豐富的海洋資源及能源，且多數未開發，例如潮汐、海浪、 海水溫差、洋流等能源，這些不需燃料，無汙染的能源。若加以開發利用，極有希望 代替傳統的化石燃料。 1.潮汐發電：利用潮汐週期中，高低潮的變化來發電。 (1)建潮汐發電站須要有狹窄的潮水入口，以利水閘的建立，控制潮水流量，並能維 持漲潮落潮的平均落差在4.5 公尺以上。 (2)潮汐發電的設施必須設置在深海中，而且水壩必須堅固耐用，並可忍受海水長期 沖刷腐蝕，短期內恐無法達到一定的經濟效益。 (3)臺灣沿海的潮差過低，又缺乏良好的天然海灣配合，目前尚難以開發。 (4)圖4 19 是潮汐發電的簡圖。 2.海浪發電：利用波浪上下運動產生的壓力，來壓縮空氣並吸引空氣，以推動空氣渦 輪發電。臺灣四面環海，沿海波浪洶湧，利用波浪發電是值得開發的能源之一。圖 4 20 是海浪發電的簡圖。 圖4 19 潮汐發電 圖4 21 海洋溫差發電 海浪上升時空氣推動渦輪機 海浪下降時空氣進入空氣室 圖4 20 海浪發電 3.海洋溫差發電：利用海洋溫差產生電力的方法。 (1)原理：利用海水表層吸收太陽能而使溫度升高，經由抽水機抽至蒸發器內，使沸 點極低之工作流體蒸發變成蒸汽推動渦輪發電機而發電。

(2)工作流體通過發電機後，經冷凝器受到由抽水機抽取深海冷水冷卻凝結成液體， 再由抽水機抽至蒸發器循環使用，而經過蒸發器及冷凝器之海水混合後由排水 管排入海中。 (3)海水溫差發電可供無盡的、清潔無汙染的、品質良好的電力。 (4)臺灣四面環海，地處亞熱帶，具優越的海洋溫差發電的發電條件，在自產能源不 足，外購不易下，開發溫差發電值得探討的。 (5)圖4 21 是海洋溫差發電的簡圖。 八.風力發電： 1.自古以來，人類便知道如何利用風力來航行或代替獸力來研磨穀物或汲水灌溉。 2.近年來，科學家不斷嘗試，試圖利用風力來發電。 3.風力發電的優點： (1)建造風力發電廠費用低，不需使用燃料。 (2)保養容易，除保養檢查外，無其他花費。 (3)無環境汙染及噪音之顧慮。 4.風力發電的限制：風力發電必須在風力充沛與風速穩定的地區。 5.風力發電的設備昂貴，且發電效率也有待改進。 15.對已開發的能源中，屬於利用水的位能差所產生的是 (A)風力發電 (B)地熱發電 (C) 水力發電 (D)潮汐發電 (E)海浪發電。 16.下列各種能源的利用中與太陽能有關的是 (A)風力 (B)潮汐 (C)海洋溫差 (D)海浪 (E) 水力。 17.對一個放熱反應而言，下列敘述中正確的是 (A)H 0 (B)反應時，物系的溫度升高 (C)反應物的熱含量大於生成物的熱含量 (D)H 0 (E)反應時，物系的溫度降低。 18.美國核化學家曾利用高能86 36Kr離子轟擊 208 82Kr靶，氪核與鉛核融合後，放出一個中子

與一個新元素A；120 微秒後，該A元素的原子核分裂出1 個 粒子，並衰變成B 元素；600 微秒後，又釋放出 1 個 粒子，並衰變成C元素。則 (1)新發現的A元素的原子序是多少？ (2)新元素C的中子數是多少？ 19.風力發電的原理是將何種形式的能量轉換成電能？ (A)空氣的熱能 (B)空氣的重力位 能 (C)空氣的動能 (D)空氣的化學能。 20 已知，核反應方程式235 1 141 92 92 0 56 y w z U  n Ba Kr x n ，則w與x分別是多少？ (A)34、5 (B)35、4 (C)35、5 (D)36、2 (E)36、3。(93 學測) 21.若238 92U 可衰變成 206 82U ，該衰變總共經過a次 衰變與b次  衰變，則  ？