國立中科實驗高中

國立中科實驗高中

National Experimental High School at Central Taiwan Science Park

基礎化學（二）講義

黃 錦 旋 編 著 2016 年 6 月

第4章 化學與能源

4-1化 石 燃 料

4-2氧 化 還 原 予 化 學 電 池 原 理 4-3能 源

姓 名：

班 級 座 號 ：

第4章 化 學 與 能 源 4-1 化 石 燃 料

化 石 燃 料 ： 泛 指 煤 、 石 油 、 天 然 氣 。

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. 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 。 3. 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 。

【 例 題1】 下 列 有 關 化 石 燃 料 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (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

4-1.1 石 油 的 煉 製

1. 石 油 的 形 成 ： 在 數 億 年 前 ， 動 、 植 物 殘 骸 沉 積 於 沼 澤 或 海 底 ， 在 缺 氧 的 條 件 下 ， 經 細 菌 分 解 脫 氧 和 地 層 的 高 溫 、 高 壓 作 用 ， 逐 漸 形 成 石 油 。

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 。

一 、 石 油 分 餾 及 其 主 要 產 物

1. 分 餾（ 物 理 方 法 ）：一 般 分 子 量 較 大 的 碳 氫 化 合 物，其 分 子 間 的 作 用 力 較 大 ， 故 沸 點 較 高 ， 而 分 子 量 較 小 者 ， 沸 點 較 低 ， 因 此 可 利 用 加 熱 蒸 餾 的 方 法 ， 將 石 油 中 的 碳 氫 化 合 物 依 沸 點 範 圍 不 同 而 分 離 ， 但 均 為 混 合 物 。

2. 石 油 分 餾 ：

(1) 意 義 ： 將 原 油 置 入 分 餾 塔（ 見 第 2頁 ）中 加 熱 ， 可 得 到 不 同 的 餾 分 ， 此 程 序 稱 為 石 油 分 餾 。

(2) 分 餾 產 物 ： 石 油 分 餾 物 的 組 成 碳 數 、 沸 點 範 圍 及 用 途 如 下 表 。 品 名 主 要 組 成 (碳 數 ) 沸 點 範 圍 (℃ ) 概 略 用 途

石 油 氣 C1～C4 ＜20 氣 態 燃 料 、 塑 膠 製 品 原 料 石 油 醚 C₅～C₆ 20～60 溶 劑 、 燃 料

汽 油 C5～C1 2 30～ 170 汽 車 燃 料 、 溶 劑 煤 油 C1 2～C1 6 170～ 250 航 空 汽 油 、 柴 油 引 擎 燃 料 柴 油 C1 6～C1 8 250～ 300 柴 油 引 擎 燃 料 、 石 油 裂 解 原 料 潤 滑 油 C1 8～C2 0 350～ 500 潤 滑 、 石 油 裂 解 原 料

石 蠟 C2 0～C4 0 ＞500 蠟 燭 、 油 蠟

柏 油 ＞C4 0 ＞500 瀝 青 、 鋪 路 、 防 水

(3) 液 化 石 油 氣 (LPG)： 俗 稱 「 液 化 瓦 斯 」、「 桶 裝 瓦 斯 」。

a. 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 。

b. 主 要 成 分 ： 丙 烷 (C3H8)、 丁 烷 (C4H1 0)。

c. 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 ：

a. 主 要 成 分 ： 己 烷 (C6H1 4) 、 庚 烷 (C7H1 6) 、 辛 烷(C8H1 8)等 烷 類 。

b. 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 ：

a. 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 ： CC₂₂HH_6(g)6(g) ¡¡¡¡¡¡! C¡¡¡¡¡¡! C^{pyrolysispyrolysis} ₂₂HH_4(g)4(g)+ H+ H_2(g)2(g) b. 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 。

自 修 講 義 （ 泰 宇 版 ） 範 例 解 析

《 範 例1》 石 油 分 餾

下 列 有 關 於 石 油 分 餾 的 敘 述 ， 哪 些 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 石 油 的 分 餾 原 理 是 利 用 沸 點 的 不 同 而 分 離 物 質 (B) 在 分 餾 塔 中 愈 高 的 地 方 所 得 的 產 物 沸 點 愈 高

(C) 分 餾 石 油 時 若 收 集 的 沸 點 範 圍 愈 小 ， 產 物 純 度 愈 高 (D) 分 餾 石 油 會 得 到 各 種 不 同 物 質 ， 大 都 是 烷 類

(E) 乙 醚 屬 於 石 油 的 分 餾 產 物 答 案 ： (A)(C)(D)

解 析 ： (B) 分 餾 塔 愈 高 的 地 方 所 得 的 產 物 沸 點 愈 低 。

(C) 純 物 質 的 沸 點 一 定 ， 故 沸 點 範 圍 愈 小 之 產 物 ， 愈 接 近 純 物 質 。 (D) 石 油 主 要 成 分 為 烷 類 （ 通 式CC_nnHH_2n+22n+2）。

(E) 乙 醚(C(C₂₂HH₅₅OCOC₂₂HH₅₅))是 碳 、 氫 、 氧 化 合 物 ， 不 是 石 油 分 餾 的 產 物 ； 石 油 醚

（ 屬 於 烷 系 烴 ） 為 石 油 分 餾 的 產 物 。

《 範 例2》 石 油 氣 性 質

石 油 氣 是 石 油 的 分 餾 產 物 ， 其 組 成 、 性 質 及 用 途 ， 下 列 何 項 正 確 ？ (A) 僅 丙 烷 、 丁 烷 兩 成 分 ， 可 用 於 家 庭 燃 料 之 能 源

(B) 為 無 色 、 有 臭 味 、 易 燃 、 易 爆 的 氣 體

(C) 家 中 常 於 天 花 板 上 裝 有 瓦 斯 警 報 器 ， 乃 因 石 油 氣 的 密 度 比 空 氣 輕 之 故 (D) 又 稱 液 化 瓦 斯

答 案 ： (D)

解 析 ： (A) 石 油 氣 為C1C1» C4» C4的 烷 類 ， 主 要 為 丙 烷 與 丁 烷 的 混 合 物 。

(B) 為 無 色 、 無 臭 的 氣 體 ， 家 用 之 石 油 氣 有 臭 味 ， 係 由 人 工 添 加 ， 使 漏 氣 易 於 察 覺 。

(C) 警 報 器 在 偵 測 溫 度 ，石 油 氣 密 度 比 空 氣 大 ，丙 烷(C(C₃₃HH₈₈))、丁 烷(C(C₄₄HH₁₀₁₀))之 分 子 量 為44與 58，而 空 氣 的 平 均 分 子 量 為：^{28£ 4}

5 + 32£ 1

5 = 28:8 28£ 4

5 + 32£ 1

5 = 28:8。（ 定 溫 定 壓 下 ， 氣 體 的 密 度 與 氣 體 的 分 子 量 成 正 比 ）

【 例 題2】石 油 是 由 烴 類 化 合 物 組 成 的 混 合 物，下 圖 是 精 煉 石 油 的 分 餾 塔 簡 圖 ， 碳 數 約 為13 ～ 19 的 餾 分 由 丙 出 口 流 出 ， 回 答(1)～ (2)題 。（ 91學 測 ）

(1) 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

(2) 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

4-1.2 烴 的 燃 燒 與 汽 油 辛 烷 值 一 、 熱 值 的 定 義 與 單 位 ：

1. 定 義 ： 混 合 物 的 燃 燒 熱 （ 如 汽 油 、 天 然 氣 等 物 質 ）， 不 適 合 以 莫 耳 燃 燒 熱 表 示 ， 故 使 用 熱 值 來 表 示 每 單 位 質 量 或 體 積 的 物 質 完 全 燃 燒 時 所 產 生 的 熱 量 ， 以kJ/kg、 kcal/kg、 kJ/L（ 氣 體 常 用 的 單 位 ） 等 為 計 量 單 位 。

2. 單 位

固 態 或 液 態 燃 料 氣 態 燃 料

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)(kJ=kg) 千 焦/立 方 公 尺 (kJ=m(kJ=m³³)) 實 例 乙 醇 的 熱 值 為 29848 kJ=kgkJ=kg 氫 的 熱 值 為12856 kJ=mkJ=m³³ 3. 常 見 燃 料 的 熱 值 ：

固 態 燃 料 (kJ=kg)(kJ=kg) 液 態 燃 料 (kJ=kg)(kJ=kg) 氣 態 燃 料 (kJ=m(kJ=m³³))

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

4. 液 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 。

自 修 講 義 （ 泰 宇 版 ） 範 例 解 析

《 範 例3》 熱 值

燃 料 的 莫 耳 燃 燒 熱 是 每 莫 耳 燃 料 完 全 燃 燒 時 所 放 出 的 熱 量 。 下 表 列 出 一 些 常 見 燃 料 的 莫 耳 燃 燒 熱 ， 試 回 答(1) » (2)(1) » (2)題 。

(1) 完 全 燃 燒 1克 的 甲 烷 會 放 出 多 少 千 卡 的 熱 量 ？

(A) 13 (B) 16 (C) 68 (D) 208

(2) 下 列 何 種 燃 料 因 其 單 位 重 量 所 放 出 的 熱 量 最 大， 所 以 最 適 合 用 來 當 作 火 箭 推 進 器 的 燃 料 ？

(A) 液 態 氫 (B) 甲 烷 (C) 丙 烷 (D) 柴 油 (E) 乙 醇 答 案 ： (1)(A)， (2)(A)

解 析 ： 熱 值^{(kcal=g) =(kcal=g) =} 莫耳燃燒熱(kcal/mol)

分子量(g/mol) ， 故 表 中 所 列 各 燃 料 熱 值 ： 氫 氣= ¡68

2 = ¡34 (kcal=g)

= ¡68

2 = ¡34 (kcal=g) 甲 烷= ¡208

16 = ¡13 (kcal=g)

= ¡208

16 = ¡13 (kcal=g) 丙 烷= ¡526

44 = ¡11:95 (kcal=g)

= ¡526

44 = ¡11:95 (kcal=g) 乙 醇= ¡328

46 = ¡7:13 (kcal=g)

= ¡328

46 = ¡7:13 (kcal=g) 柴 油= ¡2545

226 = ¡11:26 (kcal=g)

= ¡2545

226 = ¡11:26 (kcal=g)

《 範 例4》 熱 值 計 算

已 知 丙 烷(C(C₃₃HH₈₈))的 莫 耳 燃 燒 熱 為¡2200 kJ¡2200 kJ， 丁 烷(C(C₄₄HH₁₀₁₀))的 莫 耳 燃 燒 熱 為¡2800 kJ¡2800 kJ， 某 液 化 石 油 氣 試 樣 ， 其 重 量 組 成 丙 烷 占66%、 丁 烷 占 29%， 其 餘 為 氮 氣 及 二 氧 化 碳 ， 則 此 液 化 石 油 氣 燃 燒 熱 值 為 若 干(kJ=kg)(kJ=kg)？

(A) 37400 (B) 47400 (C) 57400 (D) 67400 答 案 ： (B)

解 析 ； 分 子 量 ：CC₃₃HH₈₈ = 44= 44，CC₄₄HH₁₀₁₀= 58= 58， 設 液 化 石 油 氣1 kg = 1000 g1 kg = 1000 g， 則 ： 丙 烷 之 莫 耳 數= 1000 £ 66 %

44 = 15 (mol)

= 1000 £ 66 %

44 = 15 (mol) 丁 烷 的 莫 耳 數= 1000 £ 29 %

58 = 5 (mol)

= 1000 £ 29 %

58 = 5 (mol)

所 以 共 放 熱= 2200 £ 15 + 2880 £ 5 = 47400 (kJ=Kg)= 2200 £ 15 + 2880 £ 5 = 47400 (kJ=Kg)

【 例 題3】 已 知 甲 烷 與 乙 烷 的 莫 耳 燃 燒 熱 分 別 為¡896 kJ/mol¡896 kJ/mol與¡1560 kJ/mol¡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 ？

答 案 ： 甲 烷

解 答 ： 每 公 斤 甲 烷 = 1000 16 (mol)

= 1000

16 (mol)， 換 算 熱 值 = ¡896 £ 1000

16 = ¡56000 kJ

= ¡896 £ 1000

16 = ¡56000 kJ 每 公 斤 乙 烷 = 1000

30 (mol)

= 1000

30 (mol)， 換 算 熱 值 = ¡1560 £ 1000

30 = ¡52000 kJ

= ¡1560 £ 1000

30 = ¡52000 kJ

【 例 題4】 氣 態 氫 氣 與 液 態 氫 氣 的 莫 耳 燃 燒 熱 反 應 方 程 式 如 下 ： (1)式 ： H_2(g)+ 1

2 O_2(g) ! H₂O_(l)+ m (kJ) H_2(g)+ 1

2 O_2(g) ! H₂O_(l)+ m (kJ)，(2)式 ： H_2(l)+ 1

2 O_2(g) ! H₂O_(l)+ n (kJ) H_2(l)+ 1

2 O_2(g) ! H₂O_(l)+ n (kJ) 求 mm、 nn大 小 關 係 何 者 為 正 確 ？

(A) m = nm = n (B) n > mn > m (C) m > nm > n (D) 無 法 判 斷

【 例 題5】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 ？ （98指 考 ） (A) 11

5 11

5 (B) ⁷

3 7

3 (C) 2 (D) 2.5 (E) 3

二 、 烴 類 的 燃 燒

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 。

(1) 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 C_xH_y+ 4x + y

4 O_2(g)! xCO_2(g) + y

2 H₂O_(l) ¢H < 0 C_xH_y+ 4x + y

4 O_2(g)! xCO_2(g) + y

2 H₂O_(l) ¢H < 0 4. 實 例 ： 乙 烷 完 全 燃 燒 的 反 應 式 2 C2 C₂₂HH_6(g)6(g)+ 7 O+ 7 O_2(g)2(g) ! 4 CO! 4 CO_2(g)2(g)+ 6 H+ 6 H₂₂OO_(l)(l)

【 例 題6】 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 ？ （92學 測 ）（ 多 選 ）

(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 1mol的 甲 烷 完 全 燃 燒 須 消 耗 3mol的 氧 (D) 甲 烷 燃 燒 時 ， 反 應 物 的 能 量 比 產 物 的 能 量 高

三 、 汽 油 的 辛 烷 值 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.)： 用 來 表 示 燃 料 抗 震 爆 程 度 的 指 標 。

(1) 辛 烷 值 愈 高 的 燃 料 ， 其 抗 震 爆 程 度 愈 好 ； 辛 烷 值 愈 小 ， 表 示 汽 油 的 震 爆 情 形 愈 嚴 重 。

(2) 標 示 ： a. 標 準 ：

正 庚 烷 異辛烷（2,2,4-三甲基戊烷）

辛 烷 值 0 100

結 構 式

b. 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。

化 合 物 辛 烷 值 化 合 物 辛 烷 值

正 辛 烷 −10 苯 106

正 庚 烷 0 甲 醇 107

正 己 烷 25 乙 醇 108

正 戊 烷 62 甲 基 三 級 丁 基 醚 116

異 辛 烷 100 甲 苯 118

3. 增 高 辛 烷 值 ： 石 油 經 由 分 餾 塔 分 離 所 取 得 的 汽 油 ， 辛 烷 值 僅 大 約 50～ 60。

汽 油

種 類 添 加 物(提 升 辛 烷 值 ) 辛 烷 值 優 缺 點

含 鉛 汽 油

四 乙 基 鉛、二 溴 乙 烷(與四乙基鉛反應，生成

二 溴 化 鉛 排 出，避 免 鉛 的 氧 化 物 堵 塞 排 氣 管) 90 鉛 汙 染 無 鉛

汽 油 甲 基 三 級 丁 基 醚 、 甲 醇 、 乙 醇 、 甲 苯 等 92、 95、 98等 沒 有 鉛 的 汙 染 (1) 裂 解 重 組 ： 經 反 應 處 理 後 ， 提 高 汽 油 中 具 支 鏈 的 烴 或 芳 香 烴 的 成 分 ， 可

增 加 汽 油 的 辛 烷 值 。

(2) 添 加 抗 震 爆 劑 （ 或 稱 辛 烷 值 提 升 劑 ） 於 汽 油 中 也 可 以 提 高 辛 烷 值 。 a. 早 期 添 加 四 乙 基 鉛 ((C((C₂₂HH₅₅))₄₄Pb)Pb)於 汽 油 中，可 以 有 效 減 少 震 爆，稱 為 含 鉛

汽 油 ， 但 燃 燒 時 會 排 放 含 鉛 的 廢 氣 ， 造 成 環 境 汙 染 ， 我 國 已 於 民 國89 年 停 止 出 售 。

b. 目 前 普 遍 使 用 的 抗 震 爆 劑 是 甲 苯 或 含 氧 的 碳 氫 化 合 物 來 取 代 四 乙 基 鉛 ， 稱 為 無 鉛 汽 油 。

自 修 講 義 （ 泰 宇 版 ） 範 例 解 析

《 範 例5》 辛 烷 值

為 了 標 定 燃 油 抗 震 爆 程 度 ，規 定 以 異 辛 烷（2,2,4-三 甲 基 戊 烷 ）的 辛 烷 值 為 100，

正 庚 烷 的 辛 烷 值 為0。 一 般 原 油 分 餾 而 得 的 汽 油 ， 辛 烷 值 均 不 高 。 為 了 要 能 改 善 其 抗 震 爆 程 度 ， 市 售 的 汽 油 常 加 入 不 同 量 的 添 加 劑 。 遂 有98無 鉛 汽 油 、 95無 鉛 汽 油 與92無 鉛 汽 油 的 分 別 。 下 列 有 關 原 油 、 汽 油 與 辛 烷 值 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ (A) 原 油 是 黑 而 黏 稠 的 混 合 物 ， 汽 油 是 化 合 物

(B) 95無 鉛 汽 油 中 ， 體 積 的 百 分 之 95為 異 辛 烷 (C) 無 鉛 汽 油 指 的 是 沒 有 添 加 二 氧 化 鉛 的 汽 油

(D) 有 些 化 合 物 的 辛 烷 值 超 過 100， 也 有 些 化 合 物 的 辛 烷 值 低 於 0 答 案 ： (D)

解 析 ： (A) 汽 油 是 C數5 » 125 » 12烷 系 烴 的 混 合 物 。

(B) 95無 鉛 汽 油 是 由 異 辛 烷 及 正 庚 烷 標 定 出 來 的，其 內 是 否 含 體 積 百 分 之 95的 異 辛 烷 不 得 而 知 。

(C) 無 鉛 汽 油 指 的 是 沒 有 添 加 四 乙 基 鉛 的 汽 油 。 (D) 例 如 正 辛 烷 的 辛 烷 值 為¡10¡10， 苯 的 辛 烷 值 為106。

【 例 題7】 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

【 例 題8】 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 ？ （95學 測 ）（ 應 選 二 項 ）

(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

【 例 題9】 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 ？

（ 多 選 ）

(A) 甲 醇 (B) 正 庚 烷 (C) 甲 基 三 級 丁 基 醚

(D) 異 辛 烷 (E) 苯

4-1.3 煤 與 天 然 氣

一 、 煤 ： 主 要 為 碳 元 素 ， 並 含 有 氫 、 氧 、 氮 、 硫 … 等 其 他 元 素 。

1. 形 成 過 程 ： 是 遠 古 植 物 被 埋 於 地 殼 下 ， 經 長 期 細 菌 分 解 與 地 層 高 壓 、 高 溫 作 用 ， 逐 漸 分 解 而 成 。

2. 蘊 藏 量 ： 占 化 石 燃 料 總 蘊 藏 量 的 90%。

3. 分 類 ： 依 含 碳 量 的 不 同 ， 可 分 為 無 煙 煤 、 煙 煤 、 褐 煤 以 及 泥 煤 。 (1) 無 煙 煤 ： 含 碳 量 最 高 ， 熱 值 最 大 。

(2) 煙 煤 ： 蘊 藏 量 最 大 。 4. 煤 的 乾 餾 ： 為 化 學 變 化 。

(1) 意 義 ： 將 煤 隔 絕 空 氣 ， 並 強 熱 使 之 分 解 的 過 程 。 (2) 乾 餾 的 產 物

(3) 用 途 ：

a. 煤 焦 （ 俗 稱 焦 碳 ）： 可 以 當 作 冶 煉 金 屬 之 還 原 劑 。

b. 煤 溚 ： 為 黏 稠 的 液 體 ， 再 經 分 餾 可 得 芳 香 烴 等 多 種 有 機 物 。 c. 煤 氣 ： 主 要 氣 體 有 氫 氣 和 甲 烷 等 ， 可 做 為 燃 料 或 塑 化 原 料 。 5. 水 煤 氣 ： 等 莫 耳 數 的 一 氧 化 碳 與 氫 氣 。

(1) 製 備 ： 將 高 溫 的 水 蒸 氣 通 過 紅 熱 的 煤 焦 。 C_(s)+ H₂O_(g)! CO_(g)+ H_2(g) ¢H = 133 kJ C_(s)+ H₂O_(g)! CO_(g)+ H_2(g) ¢H = 133 kJ

(2) 用 途 ： 加 壓 灌 裝 於 鋼 瓶 內 ， 作 為 工 業 燃 料 。

6. 煤 的 轉 化 ： 在 高 溫 高 壓 下 ， 固 態 的 煤 可 轉 變 為 類 似 石 油 的 液 態 燃 料 。 二 、 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 。

3. 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) 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 。 (4) 家 用 天 然 氣 ： 由於無色、無味，且具易燃的特性，故基於安全考量，通常會

添 加 少 量 具 臭 味 的 硫 醇 ， 以 便 察 覺 天 然 氣 是 否 經 由 管 線 洩 漏 、 造 成 危 險 。

自 修 講 義 （ 泰 宇 版 ） 範 例 解 析

《 範 例6》 煤 的 乾 餾

下 列 有 關 煤 乾 餾 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ (A) 氣 體 生 成 物 為 煤 氣 ， 屬 於 單 一 種 氣 體 (B) 液 體 生 成 物 為 煤 溚 ， 屬 於 純 物 質 (C) 固 體 生 成 物 為 煤 焦 ， 可 當 作 還 原 劑 (D) 煤 乾 餾 之 操 作 是 在 空 氣 中 強 熱 答 案 ： (C)

解 析 ： (A) 煤 氣 主 要 成 分 為 甲 烷 與 氫 ， 為 混 合 物 。 (B) 煤 是 混 合 物 。

(D) 煤 乾 餾 之 操 作 是 隔 絕 空 氣 強 熱 分 解 的 過 程 。

《 範 例7》 煤 的 氣 化

有 關 煤 的 氣 化 ， 下 列 敘 述 哪 些 正 確 ？

(A) 煤 在 高 溫 中 通 入 水 蒸 氣 ， 可 生 成 水 煤 氣 (B) 煤 在 氣 化 過 程 中 可 將 硫 去 除

(C) 煤 的 氣 化 過 程 為 吸 熱 反 應

(D) 煤 氣 化 後 的 產 物 是 高 品 質 的 燃 料

(E) 煤 氣 化 通 常 以 氫 氣 和 一 氧 化 碳 為 最 終 產 品 答 案 ： (A)(B)(C)(D)

解 析 ： (B) 煤 的 氣 化 過 程 中 可 將 硫 或 固 態 雜 物 除 去 。

(C) 煤 的 氣 化 反 應 為 吸 熱 反 應 ：CC(s)(s)+ H+ H₂₂OO(g)(g)+ 31 kcal ! CO+ 31 kcal ! CO(g)(g)+ H+ H_2(g)2(g) (E) 煤 氣 化 通 常 以 甲 烷 為 最 終 產 品 。

【 例 題10】 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 = 12C = 12，H = 1H = 1，O = 16O = 16）， 下 列 敘 述 何 者 錯 誤 ？ （90學 測 ）（ 多 選 ）

(A) 甲 烷 燃 燒 屬 於 氧 化 還 原 反 應

(B) 完 全 燃 燒 1g的 甲 烷 ， 需 要 2g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 1mol的 甲 烷 與 2mol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

【 例 題11】 下 列 有 關 煤 的 乾 餾 之 敘 述 ， 何 者 正 確 ﹖ （ 多 選 ） (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

【 例 題12】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 ？

（ 多 選 ）

(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 24g的 煤 焦 製 備 水 煤 氣 時 ， 至 多 可 得 到 60g的 水 煤 氣 (E) 水 煤 氣 完 全 燃 燒 的 產 物 為 二 氧 化 碳 和 水

練 習 題 ：

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 2. 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

3. 將 180g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 4. 取 48g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

5. 取 1mol 的 丙 烷 完 全 燃 燒 時 ， 可 放 熱 2200kJ ， 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

6. 在 1大 氣 壓 、 25℃ 時 ， 下 列 1升 的 氣 體 完 全 燃 燒 ， 何 者 放 出 之 熱 量 最 大 ？ (A) 甲 烷 CH4 (B) 乙 炔C2H2

(C) 丙 烯 C3H6 (D) 三 種 氣 體 燃 燒 產 生 之 熱 量 相 同 題 組 題

燃 料 的 克 燃 燒 熱 是 每 克 燃 料 完 全 燃 燒 時 所 放 出 的 熱 量 。 下 表 為 一 些 常 見 物 質 的 克 燃 燒 熱 ， 試 依 表 中 的 資 料 回 答7～ 8題 。

氫 氣 −142 2

甲 烷 −54 16

丙 烷 −50 44

乙 醇 −30 46

7. 完 全 燃 燒 1莫 耳 的 甲 烷 會 放 出 多 少 千 焦 的 熱 量 ？

(A) 216 (B) 432

(C) 864 (D) 1728

8. 下 列 何 種 燃 料 的 莫 耳 燃 燒 熱 最 大 ？

(A) 液 態 氫 (B) 甲 烷

(C) 丙 烷 (D) 乙 醇

9. 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

10. 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 11. 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

12. 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

13. 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

14. 下 列 關 於 石 油 及 汽 油 相 關 性 質 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ (A) 汽 油 的 主 要 成 分 為 烴 類 化 合 物

(B) 石 油 醚 為 醚 類 的 混 合 物

(C) 一 般 同 碳 數 的 烷 類 ， 直 鏈 結 構 比 具 支 鏈 結 構 的 辛 烷 值 高

(D) 汽 油 中 添 加 甲 醇 (CH3OH)或 甲 基 三 級 丁 基 醚 可 提 高 辛 烷 值，又 稱 加 氧 汽 油 15. 乙 醇 (C2H5OH)的 熱 值 約 為 30000kJ/kg， 則 1mol 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

16. 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

17. 下 列 有 關 煤 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 煤 主 要 是 由 古 代 的 植 物 經 高 溫 高 壓 形 成 (B) 煤 含 碳 量 最 高 的 無 煙 煤 熱 值 也 最 大 (C) 煙 煤 經 乾 餾 後 ， 其 液 相 產 物 為 純 物 質

(D) 乾 餾 煙 煤 所 得 之 產 物 ， 幾 乎 全 為 無 機 化 合 物 (E) 煤 焦 主 要 可 用 於 鋪 路 瀝 青

18. 下 列 關 於 化 石 燃 料 的 各 項 敘 述 ， 哪 些 正 確 ？ （ 多 選 ）

(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

19. 下 列 有 關 常 見 燃 料 及 其 主 要 成 分 的 配 對 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (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

20. 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 ？（ 多 選 ）

(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) 1mol的 甲 烷 完 全 燃 燒 ， 會 產 生 2mol的 水

(E) 甲 烷 的 燃 燒 反 應 ， 反 應 物 的 能 量 低 於 產 物 的 能 量 21. 下 列 有 關 石 油 分 餾 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ）

(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

22. 下 列 有 關 石 油 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (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

23. 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 ？ （ 多 選 ）

(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

24. 下 列 各 種 燃 料 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ）

(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 25. 下 列 有 關 液 態 氫 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ）

(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

26. 下 列 有 關 石 油 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ）

(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

Ans： 1.B 2.D 3.C 4.D 5.D 6.C 7.C 8.C 9.B 10.B 11.C 12.E 13.E 14. D 15.C 16.A

17.AB 18.BC E 19.ABCE 20.AC D 21.AC 22.ABE 23.AC D 24.BD 25.BC D 26.AE

4-2 氧 化 還 原 與 化 學 電 池 原 理 4-1.1 氧 化 還 原 的 定 義

4-2.2 化 學 電 池 原 理

一 、 是 一 種 藉 由 自 發 性 的 氧 化 還 原 反 應 將 化 學 能 直 接 轉 變 成 電 能 的 裝 置 。

1. 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 。 a. 電 解 質 溶 液 ： 提 供 導 電 物 質 ， 常 選 用 與

電 極 金 屬 相 同 的 離 子 。

b. 如 ： 鋅 半 電 池 － ZnSO4； 銅 半 電 池 － CuSO4； 銀 半 電 池 －AgNO3… 。

c. 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(Ag⁺)時 ， 不 可 使 用 含 氯 離 子 (Cl⁻)的 電 解 質 ，以 免 產 生 氯 化 銀(AgCl)的 沉 澱 。

(2) 鹽 橋 ： 在 化 學 電 池 內 部 ， 連 接 兩 電 極 的 裝 置 。

a. 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 。

b. 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 。

c. 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 。 d. 替 代 物 ： 可 用 多 孔 性 素 磁 杯 或 多 孔 隔 板 代 替 。

(3) 外 電 路 ： 連 接 兩 電 極 的 導 體 （ 如 導 線 ）。

a. 電 池 放 電 時 ， 電 子 於 外 電 路 移 動 ， 由 負 極 移 向 正 極 。 b. 離 子 在 內 電 路 移 動 ， 陽 離 子 移 向 陰 極 ， 陰 離 子 移 向 陽 極 。 2. 電 極 ： 可 分 為 陽 極 （ 負 極 ） 與 陰 極 （ 正 極 ）。

(1) 連 接 半 電 池 與 外 電 路 的 導 體 。

a. 陽 極 （ 負 極 ）： 對 外 提 供 電 子 ， 進 行 氧 化 （ 失 去 電 子 ） 半 反 應 。 b. 陰 極 （ 正 極 ）： 從 外 接 受 電 子 ， 進 行 還 原 （ 得 到 電 子 ） 半 反 應 。 (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 。 電 池 內 電 解 質 溶 液 的 陽 、 陰 離 子 ， 可 以 通 過 隔 離 層 （ 例 如 鹽 橋 ）， 在 兩 極 間 移 動 ， 形 成 電 流 的 迴 路 。

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

【 例 題13】 依 能 量 觀 點 ， 電 池 的 應 用 ， 涉 及 下 列 哪 種 能 量 的 轉 換 ？

(A) 電 能→化 學 能 (B) 化 學 能→電 能

(C) 熱 能→化 學 能 (D) 生 質 能→電 能

【 例 題14】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

二 、 鋅 銅 電 池 （ 又 稱 為 丹 尼 耳 電 池 ）

1. 裝 置 （ 如 圖 ）： 將 鋅 片 與 銅 片 分 別 置 於 硫 酸 鋅 、 硫 酸 銅 溶 液 中 ， 以 填 充 氯 化 鉀 溶 液 的U型 管 當 做 鹽 橋 。

2. 電 極 半 反 應 ：

(1) 陽 極 ： 鋅片進行氧化半反應，並且對外放出電子，形成鋅離子溶入溶液中。

陽 極 （ 負 極 ） 為 氧 化 半 反 應 ： ZnZn_(s)(s) ! Zn! Zn²⁺_(aq)²⁺_(aq)+ 2 e+ 2 e^¡¡

(2) 陰 極 ： 硫 酸 銅 溶 液 中 的 銅 離 子 則 在 銅 片 上 接 受 電 子 ， 進 行 還 原 半 反 應 。 陰 極 （ 正 極 ） 為 還 原 半 反 應 ： CuCu²⁺_(aq)²⁺_(aq)+ 2 e+ 2 e^¡¡! Cu! Cu_(s)(s)

3. 反 應 過 程 中 鋅 片 放 出 的 電 子 ， 經 由 電 池 外 線 路 流 向 銅 片 ， 而 鹽 橋 內 的 氯 離 子 和 鉀 離 子 ， 分 別 流 入 硫 酸 鋅 和 硫 酸 銅 溶 液 ， 以 保 持 溶 液 的 電 中 性 。 (1) 全 反 應 ： CuCu²⁺_(aq)²⁺_(aq)+ Zn+ Zn_(s)(s) ! Zn! Zn²⁺_(aq)²⁺_(aq)+ Cu+ Cu_(s)(s)

(2) 經 過 一 段 時 間 ， 電 流 漸 小 直 至 指 針 為 0。

【 例 題15】 下 列 關 於 鋅 銅 電 池 放 電 過 程 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (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

【 例 題16】 下 列 有 關 銅 銀 電 池 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (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

【 例 題17】當 銅 銀 電 池 放 電 一 段 時 間 後 ，溶 液 中 的 銅 離 子 增 加 了 0.1mol。 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 = 108Ag = 108、Cu = 63:5Cu = 63:5）

(A) 增 加 6.35g (B) 減 少6.35g (C) 增 加15.25g (D) 減 少 15.25g (E) 增 加21.6g

解 答 ： 陽 極(¡)(¡)反 應 ： CuCu_(s)(s)! Cu! Cu²⁺_(aq)²⁺_(aq)+ 2 e+ 2 e^¡¡ 陰 極 (+)(+)反 應 ：AgAg⁺_(aq)⁺_(aq)+ e+ e^¡¡ ! Ag! Ag_(s)(s)

電 池 全 反 應 式 ： CuCu_(s)(s)+ 2 Ag+ 2 Ag⁺_(aq)⁺_(aq) ! 2 Ag! 2 Ag_(s)(s)+ Cu+ Cu²⁺_(aq)²⁺_(aq)

當 銅 離 子 增 加 0.1mol 時 ， 表 示 銅 電 極 減 少 0.1mol、 銀 電 極 增 加 0.2mol。

電 極 總 質 量 變 化 量 ¢w = (¡0:1 £ 63:5) + (0:2 £ 108) = 15:25 (g)¢w = (¡0:1 £ 63:5) + (0:2 £ 108) = 15:25 (g)

4-2.3 常 見 的 化 學 電 池

一 、 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 。 1. 一 次 電 池 ： 不 能 充 電 ， 使 用 後 須 回 收 的 電 池 。

種 類 電 池 名 稱 正 極 負 極 電 解 液 電 壓

錳 乾 電 池 碳 棒 鋅 氯 化 銨 、 氯 化 鋅 、 二 氧 化 錳 1.5V 一 次

電 池 鹼 性 乾 電 池 碳 棒 鋅 氫 氧 化 鉀 1.5V

2. 二 次 電 池 ： 可 反 覆 充 電 使 用 的 電 池 。

種 類 電 池 名 稱 正 極 負 極 電 解 液 電 壓

鉛 蓄 電 池 二 氧 化 鉛 鉛 稀 硫 酸 2.0V

二 次

電 池 鋰 電 池 鋰 金 屬 氧 化 物 碳 有 機 電 解 液 3.6V

3. 燃 料 電 池 ： 不 屬 於 一 次 電 池 或 二 次 電 池 。 二 、 碳 鋅 電 池 (勒 克 朗 社 電 池 )

1. 結 構 ：

(1) 正 極 （ 或 稱 陰 極 ）： 電 池 的 中 心 部 分 是 一 支 石 墨 棒 ， 其 外 部 緊 裹 著 一 層 石 墨 粉 。

a. 碳 棒 為 惰 性 電 極，僅 為 傳 遞 電 子 的 導 體，而 不 參 與 反 應 。

(2) 負 極 （ 或 稱 陽 極 ）： 電 池 外 殼 則 是 由 鋅 製 成 。

(3) 電 解 液：氯 化 銨 (NH4Cl)、氯 化 鋅 (ZnCl2)、二 氧 化 錳 (MnO2)與 澱 粉 所 調 製 的 ， 電 解 液 為 酸 性。

(4) 鋅 碳 電 池 的 最 大 輸 出 電 壓 值 約 為 1.5V。

2. 全 反 應 ：2 MnO2 MnO_2(s)2(s)+ 2 NH+ 2 NH₄₄ClCl_(aq)(aq)+ Zn+ Zn_(s)(s) ! Zn(NH! Zn(NH₃₃))₂₂ClCl_2(aq)2(aq)+ H+ H₂₂OO_(l)(l)+ Mn+ Mn₂₂OO_3(s)3(s) 二 氧 化 錳 將 鋅 氧 化 ， 即 二 氧 化 錳 為 氧 化 劑 ， 鋅 為 還 原 劑 。

3. 特 性 ：

(1) 優 點 ： 價 格 便 宜 ， 攜 帶 方 便 。

(2) 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 。

三 、 鹼 性 乾 電 池 1. 結 構 ：

(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 ： 氫 氧 化 鉀 溶 液 ， 為 鹼 性 。

(4) 電 壓 ： 1.54 伏 特 。

2. 特 性：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 。

【 例 題18】 右 圖 是 碳 鋅 乾 電 池 的 剖 面 圖 。 當 這 種 乾 電 池 放 電 時 ， 下 列 哪 一 種 物 質 獲 得 電 子 ？ （95學 測 ）

(A) 鋅 (B) 碳 棒

(C) 氯 化 銨 (D) 氯 化 鋅

(E) 二 氧 化 錳

【 例 題19】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 ？（92 學 測 ）

(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

四 、 鉛 蓄 電 池 （ 又 稱 鉛 酸 電 池 ） 1. 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～ 1.30g/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. 放 電 過 程 之 電 極 反 應 ：

(1) 電 解 液 ：HH₂₂SOSO_4(aq)4(aq)

(2) 陽 極 （ 負 極 ）： 鉛 ，PbPb_(s)(s)+ SO+ SO²_4(aq)²_4(aq)^¡¡ ! PbSO! PbSO_4(s)4(s)+ 2 e+ 2 e^¡¡

(3) 陰 極（ 正 極 ）：二 氧 化 鉛，PbOPbO_2(s)2(s)+ SO+ SO²_4(aq)²_4(aq)^¡¡ + 4 H+ 4 H⁺_(aq)⁺_(aq)+ 2 e+ 2 e^¡¡! PbSO! PbSO_4(s)4(s)+ 2 H+ 2 H₂₂OO_(l)(l) (4) 全 反 應 ：PbPb_(s)(s)+ PbO+ PbO_2(s)2(s)+ 2 H+ 2 H₂₂SOSO_4(aq)4(aq)! 2 PbSO! 2 PbSO_4(s)4(s)+ 2 H+ 2 H₂₂OO_(l)(l)

(5) 電 壓 ： 2.0伏 特 。 汽 機 車 的 電 瓶 是 3～ 6組 的 電 池 串 連 而 成 ， 因 此 電 壓 為 6

～12伏 特 。

(6) 反 應 ： 鉛 蓄 電 池 放 電 時 ， 鉛 和 二 氧 化 鉛 電 極 都 會 與 硫 酸 反 應 ， 在 電 極 表 面 產 生 白 色 的 硫 酸 鉛 固 體 ， 並 且 使 硫 酸 溶 液 的 濃 度 降 低 。

3. 充 電 過 程 之 電 極 反 應 ：

(1) 陰 極 （ 負 極 ）：PbSOPbSO_4(s)4(s)+ 2 e+ 2 e^¡¡! Pb! Pb_(s)(s)+ SO+ SO²_4(aq)²_4(aq)^¡¡

(2) 陽 極 （ 正 極 ）：PbSOPbSO_4(s)4(s)+ 2 H+ 2 H₂₂OO_(l)(l) ! PbO! PbO_2(s)2(s)+ SO+ SO²_4(aq)²_4(aq)^¡¡ + 4 H+ 4 H⁺_(aq)⁺_(aq)+ 2 e+ 2 e^¡¡ (3) 全 反 應 ：2 PbSO2 PbSO_4(s)4(s)+ 2 H+ 2 H₂₂OO_(l)(l) ! Pb! Pb_(s)(s)+ PbO+ PbO_2(s)2(s)+ 2 H+ 2 H₂₂SOSO_4(aq)4(aq)

(4) 反 應 ： 鉛 蓄 電 池 可 以 外 加 電 壓 ， 使 反 應 逆 向 進 行 ， 將 電 能 轉 換 成 化 學 能 儲 存 。 充 電 時 ， 電 極 表 面 白 色 的 硫 酸 鉛 固 體 會 反 應 產 生 鉛 和 二 氧 化 鉛 ， 並 且 使 硫 酸 溶 液 的 濃 度 升 高 。

【 例 題20】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 ？ （96學 測 ）（ 多 選 ）

(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

【 例 題21】 下 列 有 關 化 學 電 池 的 敘 述 ， 哪 些 正 確 ？ （ 100學 測 ）（ 多 選 ） (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

【 例 題22】 鉛 蓄 電 池 放 電 時 的 反 應 式 為 Pb( s )＋PbO2 ( s )＋2H2SO4 ( a q )→2PbSO4 ( s )＋

2H2O( l )， 放 電 一 段 時 間 後 ， 陽 極 增 重48g， 同 一 時 間 內 ， 電 解 液 的 質 量 變 化 為 若

干 ？ （ 原 子 量 ：S = 32S = 32、Pb = 207Pb = 207）

(A) 增 加 48g (B) 減 少48g (C) 增 加80g (D) 減 少 80g (E) 質 量 不 變

五 、 鋰 離 子 電 池 1. 結 構 ：

(1) 陽極（負 極 ）： 含 鋰 金 屬 的 石 墨 。 (2) 陰 極 （ 正 極 ）： 鋰 鈷 氧 化 物 (LiCoO2)。

(3) 電解質：過氯酸鋰的有機溶液。

(4) 電 壓 約 3.7伏 特 。 (5) 反 應 式 ：

Li_1¡xCoO_2(s)+ Li_xC_6(s) ÐLiCoO_2(s)+ C_6(s) Li_1¡xCoO_2(s)+ Li_xC_6(s) ÐLiCoO_2(s)+ C_6(s) 2. 特 性 ：

(1) 優 點 ： 電 壓 高 且 穩 定， 能 量 密 度 高 。（ 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 ）

(2) 幾 乎 沒 有 記 憶 效 應，充 電 前 無 須 先 放 電。（ 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 ）

【 例 題25】 下 列 有 關 鋰 離 子 電 池 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (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

六 、 燃 料 電 池 ： 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 。

氫 氧 燃 料 電 池 ： 1. 結 構 ：

(1) 陽 極 （ 負 極 ）： 氫 氣 。

a. 半 反 應 式 ：HH_2(g)2(g)+ 2 OH+ 2 OH^¡_(aq)^¡_(aq) ! 2 H! 2 H₂₂OO_(l)(l)+ 2 e+ 2 e^¡¡

b. 電 極 板 ： 覆 蓋 催 化 劑 （ 如 ： 鉑 或 鎳 ） 的 多 孔 性 碳 板 。 (2)陰 極 （ 正 極 ）： 氧 氣 。

a. 半 反 應 式 ：OO_2(g)2(g)+ 2 H+ 2 H₂₂OO_(l)(l)+ 4 e+ 4 e^¡¡ ! 4 OH! 4 OH^¡_(aq)^¡_(aq)

b. 電 極 板 ： 覆 蓋 催 化 劑 （ 如 ： 鉑 或 鎳 ） 的 多 孔 性 碳 板 。 (3)電 解 液 的 組 成 ： 高 濃 度 的 氫 氧 化 鉀 溶 液 ， 電 解 液 為 鹼 性 。 (4)全 反 應 ：2 H2 H_2(g)2(g)+ O+ O_2(g)2(g)! 2 H! 2 H₂₂OO_(l)(l)

(5)電 壓 ： 約 1.0伏 特 。 可 串 聯 使 用 以 提 高 電 壓 。 2. 特 性 ：

(1) 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%）。

(2)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 ）

【 例 題26】 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 氧 化 鎳 極 向 鎳 極 移 動 (D) 電 池 放 電 時 ， 氫 氧 化 鉀 水 溶 液 中 的 pH值 會 漸 減 小

【 例 題27】 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 ？ （ 多 選 ）

(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

練 習 題 ：

1. 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 -○¹ ， 陽 離 子-○³ (B) 電 子 -○¹ ，陽 離 子-○⁴ (C) 電 子 -○² ， 陽 離 子-○³ (D) 電 子-○⁴ ，陽 離 子-○¹ (E) 電 子 -○² ， 陽 離 子-○⁴

2. 有 一 電 化 電 池 ， 一 個 電 極 為 鋅 棒 ， 浸 在 200mL的

1M硫 酸 鋅 中；另 一 電 極 為 銀 棒，浸 在 200mL的 1M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 = 108Ag = 108、Zn = 65:4Zn = 65:4）

(A) 1.08 (B) 2.16 (C) 3.24

(D) 4.32 (E) 5.40

3. 於Cu ¡ AgCu ¡ Ag⁺_(aq)⁺_(aq)電 池 中 ， 下 列 何 者 不 適 合 作 鹽 橋 材 料 ？

(A) NaNO_3(aq) (B) KNO_3(aq) (C) NH NO_{4 3(aq)} (D) KCl_(aq)

4. 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

5. 下 列 有 關 鉛 酸 電 池 放 電 過 程 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？

(A) 陰 極 的 總 質 量 減 少 (B) 陽 極 的 總 質 量 減 少 (C) SO₄²⁻同 時 向 陰 極 及 陽 極 移 動 (D) 硫 酸 的 濃 度 增 高

6. 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 串 聯 而 成 ？

(A) 27 (B) 12 (C) 8

(D) 6 (E) 4

7. 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 ？

8. 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

9. 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

10. 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 11. 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

12. 銅 銀 電 池 的 全 反 應 式 為 Cu( s )＋2Ag^＋( a q )→Cu^2＋( a q )＋2Ag( s )，陰 極 質 量 增 加1.08g 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

13. 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 ( a q ) (B) KCl( a q ) (C) KNO3 ( a q )

(D) NaNO3 ( a q ) (E) Na2SO4 ( a q ) 14. 下 列 何 者 屬 於 二 次 電 池 ？ （ 多 選 ）

(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

15. 有 關 化 學 電 池 的 下 列 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (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

16. 已 知 銅 金 屬 的 還 原 力 比 銀 金 屬 強 。 將 銅 棒 置 於 裝 有 1.0M硝 酸 銅 水 溶 液 的 燒 杯 中 ， 將 銀 棒 置 於 裝 有1.0M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 ？ （ 多 選 ） (A) 電 池 的 淨 反 應 式 Cu( s )＋2Ag⁺( a q )→Cu²⁺( a q )＋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

17. 在 一 杯 硝 酸 銀 水 溶 液 內，放 入 稱 好 重 量 的 銅 絲，隔 夜 後 發 現 發 生 了 化 學 變 化 ， 下 列 有 關 這 實 驗 的 敘 述 ， 何 者 為 正 確 ？(原 子 量 ： Ag = 108、 Cu = 64)（ 多 選 ） (A) 本 實 驗 1莫 耳 的 銀 離 子 和 2莫 耳 的 銅 原 子 作 用

(B) 本 反 應 為 一 種 氧 化 還 原 反 應

(C) 可 利 用 本 反 應 的 原 理 來 組 成 化 學 電 池 (D) 反 應 後 金 屬 的 總 重 量 比 反 應 前 增 加 (E) 水 溶 液 由 原 先 的 無 色 變 成 淡 藍 色

18. 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 ？ （ 多 選 ）

(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 19. 下 列 有 關 鉛 蓄 電 池 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ）

(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

20. 下 列 有 關 鉛 蓄 電 池 放 電 時 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (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

21. 下 列 有 關 氫 氧 燃 料 電 池 的 敘 述 ， 哪 些 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 全 反 應 式 為 2H2 ( g )＋O2 ( g )→2H2O( 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

22. 下 列 關 於 電 池 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (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 23. 下 列 有 關 電 池 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ）

(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

24. 氫 氣 為 燃 料 電 池 的 重 要 原 料 ， 下 列 有 關 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (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

25. 下 列 有 關 化 學 電 池 的 敘 述 ， 哪 些 正 確 ？ （ 100學 測 ） (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

Ans： 1.E 2.B 3.D 4.A 5.C 6.D 7.A 8.B 9.A 10.A 11.D 12.B 13.B 14.AD 15.AC E 16.ABCDF 17.BC DE 18.AD 19.BC 20.BD 21.ABD 22.BC 23.BD 24.AC D 25.ABE