基础化学(二)教学简报CH3化学与能量

1、高中基礎化學(二)領航講義第三章化學與能源3-1化石燃料高中基礎化學(二)領航講義化石燃料 自然界的能源大都是由太陽能直接或間接轉化而來。 化石燃料是指煤、石油和天然氣，是上古時期的生物死亡後，經掩埋、沉積，長期受細菌與地底高溫高壓作用分解變質而成的固態的煤、液態的石油及氣態的天然氣。 化石燃料主要成分都含碳、氫元素，除了用作燃料，亦是化工重要原料。高中基礎化學(二)領航講義一、石油的煉製(一)石油的開採：向地底注入氣體或水蒸氣，壓力使黑褐色黏稠的原油噴出地面。(二)石油的組成：由為數眾多的烴類（碳氫化合物）混合物，主要以烷類居多，碳鏈長度大多在C5 C18 之間，另含有氧與硫的化合物。高中基

2、礎化學(二)領航講義一、石油的煉製(三)石油的分餾1.原理：將原油中各種成分，依其沸點高低不同，藉加熱蒸發、冷卻凝結而予以分離的過程稱為分餾，又稱多次蒸餾，其分餾的產物稱為餾分，是為混合物。2.裝置、分餾塔如下圖，塔中有許多隔板，每一隔板上都有泡罩，是提供蒸氣及餾分的通道。高中基礎化學(二)領航講義分餾塔分出的餾分高中基礎化學(二)領航講義一、石油的煉製3.操作：將原油加熱至約400C形成原油氣，送入分餾塔內，則沸點高的油氣首先被冷凝並收集於底層的收集盤內，沸點低者得以繼續爬升而冷凝於較高層的冷凝盤中，如此依沸點範圍由高而低往上收集各種不同的餾分。高中基礎化學(二)領航講義一、石油的煉製4.各

3、種餾分的化學組成及用途列於下表：高中基礎化學(二)領航講義一、石油的煉製石油氣是分餾塔最上層分離出來的，主要成分為丙烷和丁烷，壓縮成液態儲存於鋼桶中，稱為液化石油氣，簡稱LPG，是一般家用燃料的液化瓦斯，為了方便察覺瓦斯外洩，常加入硫醇或硫化氫等臭劑。高中基礎化學(二)領航講義一、石油的煉製5.石油裂解：煉油是以催化程序將低經濟效益的原油餾分，經裂解轉化或重組產生高經濟效益油料、物料的工業。例：長鏈的煤油經高溫裂解後，可得經濟價值高且碳數少的飛機用例：短鏈的輕油如石油醚，經裂解可產生乙烯、丙烯、丁二烯等重要工業原料。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義下列有關於石油分餾的敘述何

4、者正確？ (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，不過大都是烷類(E)乙醚屬於石油的分餾產物。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義ACD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CnH2n+2 ）。(E)乙醚（C2H5OC2H5）是碳、氫、氧化合物，不是石油分餾的產物，石油醚（C5 C6 烷系烴）為石油分餾的產物。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學

5、(二)領航講義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。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義D解析：(A)石油氣為C1C4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（C3H8）、丁烷（C4H10）之分子量為44與58，而空氣的平均分子量約為：高中基礎化學(二)領航講義二、烴的

6、燃燒與汽油辛烷值(一)烷烴是一種極重要的能源烷烴完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，並放出大量的熱，是日常生活中重要的燃料。若燃燒不完全，則會生成一氧化碳或碳粒，造成空氣汙染。高中基礎化學(二)領航講義二、烴的燃燒與汽油辛烷值(二)莫耳燃燒熱一莫耳烷烴完全燃燒所放出的熱量稱為莫耳燃燒熱，右表列出若干烷烴的莫耳燃燒熱，由表中可知，分子中碳、氫原子數愈多，莫耳燃燒熱愈大。烷烴的莫耳燃燒熱高中基礎化學(二)領航講義二、烴的燃燒與汽油辛烷值(三)燃料燃燒熱值日常生活中常見的燃料大部分是混合物，其交易價格常用質量計算，因此燃料的放熱能力以單位質量所釋出的熱計算，稱為燃料的熱值，如千焦千克（kJ/kg）。熱值亦

7、可用其他單位來表示，如家用瓦斯以體積 1立方米（m3）為一度、桶裝瓦斯以公斤計、汽車用汽油以公升計、食物的熱值則以卡克（cal/g）或千卡克（kcal/g）來計算。高中基礎化學(二)領航講義二、烴的燃燒與汽油辛烷值下表(右)為常見燃料的熱值，由表中可歸納出如下：1.熱值愈高的燃料，經濟價值愈高，就是較佳的燃料。2.就烷烴（CnH2n+2）而言，n 愈大，莫耳燃燒熱愈大，但熱值愈小。烷烴的莫耳燃燒熱常燃的熱值高中基礎化學(二)領航講義二、烴的燃燒與汽油辛烷值3.就化石燃料而言，熱值大小：氣態燃料液態燃料固態燃料。4.就家庭燃料而言，熱值大小：天然氣液化石油氣。5.氫氣有最大熱值，且燃燒後生成水，

8、不會造成汙染，為最乾淨的綠色能源，但氫氣在常溫常壓下為氣體，體積大，不易儲存，又具自燃的高度危險性，故不適用作家用燃料。高中基礎化學(二)領航講義二、烴的燃燒與汽油辛烷值(四)汽油辛烷值1.震爆：當汽油和空氣混合成油氣在引擎汽缸內燃燒時，部分的油氣在火星塞點火前即因壓縮而產生自燃，使得油氣無法穩定且連續地膨脹來推動內燃機活塞，導致活塞受力不均勻，形成震爆現象。2.實驗顯示，燃料中烴類分子的結構，對引擎的震爆有極大的影響。高中基礎化學(二)領航講義二、烴的燃燒與汽油辛烷值3.辛烷值（octane number，簡稱O.N.值）(1)意義：是一種表示汽油抗震爆程度的指標。(2)標準：直鏈正庚烷震爆

9、情形嚴重，定其辛烷值為0，多支鏈異辛烷（2,2,4-三甲基戊烷）震爆情形輕微，定其辛烷值為100。高中基礎化學(二)領航講義二、烴的燃燒與汽油辛烷值(a)正己烷等直鏈烷，在活壓縮過程中，火星還沒點火，壓縮產生的熱就會引燃，搞引擎循環的時間，引起爆震的聲音(b)辛烷等支鏈烷，燃燒沒那麼快，會因壓縮而點燃，只有在點火時才能引燃而燃燒高中基礎化學(二)領航講義二、烴的燃燒與汽油辛烷值(3)測定：將某燃料放入標準引擎中燃燒，若其產生的震爆與95%體積的異辛烷和5%體積的正庚烷混合物產生的震爆相同，我們稱此燃料的辛烷值為95（即95 =10095%+ 05%）。高中基礎化學(二)領航講義二、烴的燃燒與汽

10、油辛烷值4.提高辛烷值的方法：一般由石油分餾所得的汽油辛烷值不高，常於其中添加一些物質來提高其辛烷值。(1)添加具有支鏈的烷烴、烯烴或芳香烴。(2)含鉛汽油：添加四乙基鉛（Pb(C2H5)4）。(3)加氧汽油：添加甲基三級丁基醚（MTBE，CH3OC(CH3)3）、甲醇、乙醇或三級丁醇。高中基礎化學(二)領航講義二、烴的燃燒與汽油辛烷值5.無鉛汽油：(1)在汽油中添加含苯、甲苯或甲基三級丁基醚等來取代四乙基鉛，以減少鉛所造成的空氣汙染。目前使用 92、95或 98無鉛汽油，其辛烷值分別為 92、95或 98。(2)無鉛汽油還是會造成 CO、NOx 及碳氫化合物等汙染，因此汽、機車要加裝觸媒轉化

11、器，將 CO及碳氫化合物充分氧化成二氧化碳及水，氮的氧化物還原成氮氣，下表為若干油品的辛烷值。高中基礎化學(二)領航講義二、烴的燃燒與汽油辛烷值常烷烴或汽油摻配原的辛烷值高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義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)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。高中基礎化學(二)領航

12、講義高中基礎化學(二)領航講義(1) A 。(2) A 。解析： 高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義已知丙烷（C3H8）的莫耳燃燒熱為2200kJ，丁烷（C4H10）的莫耳燃燒熱為2880kJ，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）？ (A) 37400 (B)47400 (C)57400 (D)67400。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義B。解析： 高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義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1

13、00，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有超過100及也有些低於0的化合物高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義D。解析：(A)汽油是C5C12 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

14、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。 高中基礎化學(二)領航講義三、煤與天然氣(一)煤1.成因：古代植物埋藏於地下，經地熱地壓作用，碳化形成為固態化石燃料。2.主要成分：主要為碳，尚含少量的氧、氫、氮、硫等。3.煤的種類：依含碳量由多至少的順序分為：無煙煤、褐煤、泥煤等。4.煤的乾餾：將煤隔絕空氣加熱分解的過程稱乾餾。高中基礎化學(二)領航講義三、煤與天然氣(1)煤氣：工業上重要燃料，主要成分為氫（H2）、甲烷（CH4）及少量一氧化碳（CO）。(2)煤溚：俗稱為煤焦油，為黏稠液體，成分複雜，再經分餾可得苯（C6H6）、甲苯（C7H8）、萘（C10H8）等芳香烴化合物，是染

15、料、醫藥、纖維及軍事工業原料。(3)煤焦：幾乎純碳，是主要的冶金還原劑，可用於冶鐵煉鋼及製造水煤氣的原料。高中基礎化學(二)領航講義三、煤與天然氣5.主要用途：用於火力發電的燃料，但燃煤產生硫氧化物及氮氧化物（SOx，NOx）汙染，是造成酸雨的主要原因。6.固態煤常經由氣化或液化轉變成其他能源，以提高其附加價值，並可降低汙染。高中基礎化學(二)領航講義三、煤與天然氣(1)煤的氣化：將灼熱的煤通入高溫水蒸氣，可生成一氧化碳和氫，合稱水煤氣或合成氣，此反應為吸熱反應，宜在高溫下進行，合成氣可作為工業燃料或化工原料。水煤氣在高溫（約700C）下進行反應製成甲烷，甲烷是極佳工業原料與燃料，經濟價值更高

16、。(2)煤的液化：煤氫 合成汽油。催化劑高中基礎化學(二)領航講義三、煤與天然氣(二)天然氣1.成因：是古代動、植物經分解作用形成的，為氣態化石燃料。常與石油或煤礦共同蘊藏於地表下。2.主要成分：為低分子量烷類的混合物，並摻有二氧化碳、氮氣、二氧化硫與鈍氣，其中甲烷（CH4）約占6090%，乙烷（C2H6）約占 618%，其組成隨產地而異。高中基礎化學(二)領航講義三、煤與天然氣3.用途：(1)天然氣熱值高，常作家用燃料。每莫耳甲烷所產生的燃燒熱，比水煤氣中的 1莫耳 CO和 1莫耳 H2 的總燃燒熱更多。高中基礎化學(二)領航講義三、煤與天然氣當氧氣不足時，天然氣燃燒會產生一氧化碳或碳粒。由

17、於一氧化碳是致命的毒氣，因此密閉或不通風的環境中燃燒天然氣，會導致一氧化碳中毒。(2)天然氣可用來製造氫、氨、尿素及甲醇等重要化工原料。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義有關煤乾餾的敘述，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。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義C。解析：(A)煤氣主要成分為甲烷與氫，為混合物。(B)煤溚是混合物。(D)煤乾餾之操作是隔絕空氣強熱分解的過程。 高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義有關於

18、煤的氣化，下列敘述何者正確？ (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。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(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：C(s) + H2O(g) + 31 kcal CO(g) + H2(g)。(E)煤氣化通常以甲烷為最終產品。高中基礎化學(二)領航講義第三章化學與能源3-2化學電池高中基礎化學(二)領航講義化學電池又稱電化電池，是一種利用自

19、發性氧化還原反應將化學能轉換成電能的裝置。化學電池高中基礎化學(二)領航講義(一)電化電池的裝置下圖為一鋅銅電池，在左邊燒杯中加入硫酸鋅溶液，插入鋅片；在右邊燒杯中加入硫酸銅溶液，並插入銅片。將具有開關裝置的導線連接鋅及銅片，並接上伏特計，最後用一盛滿硝酸鉀飽和溶液且兩端塞上玻璃棉的 U型管作鹽橋倒插入兩溶液中。按下開關時，伏特計指示電壓為1.10 伏特，電池放電提供電能。一、化學電池的原理高中基礎化學(二)領航講義一、化學電池的原理鋅銅電池的裝置高中基礎化學(二)領航講義一、化學電池的原理(二)電池供電的原理帶電粒子的移動產生電流，在電池中產生電流可以說明如下：1.鋅與銅相較，鋅活性大較易釋

20、出電子。電池放電時，鋅棒放出電子，發生氧化反應，產生的鋅離子流入溶液中。釋出的電子經外導線電路流向銅極，使伏特計指針右偏。2.銅離子與鋅離子相較，銅離子較易接受電子。銅離子趨向銅極，在銅棒上得到電子，發生還原反應，析出的銅附著於銅棒上。高中基礎化學(二)領航講義一、化學電池的原理3.在鋅片與溶液界面處發生氧化反應：4.在銅片與溶液界面處發生還原反應：5.整個全反應：，鋅是還原劑，銅離子為氧化劑。高中基礎化學(二)領航講義鋅銅電池供電的原示意圖高中基礎化學(二)領航講義一、化學電池的原理(三)電池各部分名稱及功用1.電極：電池中發生反應的導體，如鋅銅電池中，鋅片與銅片稱為電極，電極僅供做電子的導

21、體，有些電極會參與化學反應，有些則否，若不參與化學反應的電極，稱為惰性電極，如乾電池的碳棒。(1)陽極（負極）：發生氧化的電極，即電子流出的電極，化學上稱陽極，商業上稱負極（極），如鋅片。(2)陰極（正極）：發生還原的電極，即電子流入的電極，化學上稱陰極，商業上稱正極（+極），如銅片。高中基礎化學(二)領航講義一、化學電池的原理2.電路：帶電粒子流動的通路稱為電路。(1)外電路：包括電極與導線。在外電路中，電子從陽極經導線流向陰極，為電子的通路。(2)內電路：包括鹽橋與溶液。在內電路中，陰離子游向陽極，陽離子游向陰極，為離子的通路。3.鹽橋：電化電池中，連接兩半電池的裝置稱為鹽橋，其功用為讓陰

22、陽離子能夠通過，維持溶液電中性。高中基礎化學(二)領航講義一、化學電池的原理(四)利用電池中電子流動方向及電壓大小，可用以判斷金屬釋出電子能力的傾向。例如：由實驗測出下列四組電化電池之結果如下：高中基礎化學(二)領航講義一、化學電池的原理由以上實驗結果可判斷，金屬釋出電子能力的順序為：鋅鐵鎳銅銀。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義將鋅片置於硫酸鋅水溶液，銅片置於硫酸銅水溶液，並以裝有硝酸鉀溶液的U 型管做鹽橋，裝置成如右圖之鋅銅電池，下列相關的敘述，正確的有幾項？(甲)鹽橋的作用是溝通溶液中的電子；(乙)鋅片重量增加，銅片重量減少；(丙)電流由銅極經導線流向鋅極；(丁)使用一

23、段時間之後，電流強度降低。(A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 項。 【91 北區學測模擬考】 高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(B) 。解析：(甲) 鹽橋的作用是溝通溶液中的離子，為離子的道路，陽離子往正極移動，陰離子往負極移動。(乙) 反應Zn+ Cu2+Zn2+Cu，故鋅片重量減輕，銅片重量增加。(丙)電子流由鋅經導線流向銅，電流方向與電子流方向相反，故電流由Cu極經導線流向Zn極。(丁) 電池放電一段時間後，電壓下降，電流變小，所以僅(丙)(丁)2項正確。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義關於右圖之鋅銅電池的敘述，何者正確？ (A)這是使

24、電能轉變成化學能的裝置 (B)浸於乙杯的金屬片置換成Pt時，則指針不偏轉 (C)電流從乙杯金屬片經導線流入甲杯金屬片 (D)伏特計負端與浸於甲杯的金屬片連接，正端與浸於乙杯的金屬片連接 (E)鹽橋中裝有不與甲、乙兩杯溶液反應之易溶鹽，陰離子流向甲杯，陽離子流向乙杯。 高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(C)(D)(E) 。解析：(A)電化電池是把化學能變成電能的裝置。(B)圖中指針向右偏，故甲為Zn片（陽極），乙為Cu片（陰極）。Zn片為活性電極（參與反應的電極），Cu片為惰性電極，不一定要用Cu，亦可用白金（Pt）代替。(C)電子流：甲（Zn）乙（Cu），電流：乙 甲。(D

25、)甲（Zn）為負極與伏特計負端連接，乙（Cu）為正極與伏特計正端連接。(E)鹽橋中陰離子流向陽極（Zn）甲，陽離子流向陰極（Cu）乙。高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池(一)一次電池：完全放電後就不能充電再使用的稱為一次電池。1.乾電池：又稱勒克朗社電池。(1)電極(2)電解質：二氧化錳（MnO2）、氯化銨（NH4Cl）及氯化鋅（ZnCl2）濕糊狀混合物。陽極（負極）：鋅殼。陰極（正極）：碳棒。高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池乾電池高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池(3)電極反應：陽極：鋅殼進行氧化釋出電子：陰極：電子流至陰極後，將陰極的電解質NH4+還原產生氫

26、氣：總反應：(4)電壓：1.5 伏特。Zn(s) Zn2+(aq)+2e2NH4+(aq)+2e 2NH3(g)+H2(g)Zn(s)+2MnO2(s)+2NH4Cl(aq) Zn(NH3)2Cl2(s)+H2O(l)+Mn2O3(s)高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池(5)特性：石墨棒供給導電，卻不參與化學反應，稱為惰性電極。氯化銨及二氧化錳是氧化劑，發生還原反應，Zn 為還原劑，發生氧化反應。鋅殼與電解質填充物間以多孔隙紙隔開，以避免氯化銨的酸性會腐蝕鋅殼，造成溶液滲出，損害電器，故電器不使用時應取出乾電池。連續使用後，碳棒表面累積H2、NH3，會阻礙導電，使電壓降低，稱為極化現

27、象。氯化鋅能吸收氨氣，二氧化錳能將氫氣氧化成水，可作去極劑，維持放電反應持續進行。高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池2.鹼性乾電池：(1)電極(2)電解質：二氧化錳與氫氧化鉀糊狀物。(3)反應：(4)電壓：1.5 伏特。陽極（負極）：鋅粉。陰極（正極）：碳棒。4MnO2(s)+H2O(l)+2Zn(s) 2Mn2O3(s)+Zn(OH)2(s) ZnO(s)高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池市售鹼性乾電池結構示意圖高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池(5)特性：以鹼性的氫氧化鉀（KOH ）或氫氧化鈉（ NaOH ）電解質取代氯化銨，就不會產生氨與氫而發生極化現象。鋅

28、氧化的產物可溶於強鹼液中，不會阻礙離子游動，因此電壓穩定。放電量大，使用壽命較長，不易漏液，在低溫下使用放電效率亦佳。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義下列有關乾電池的敘述，何者不正確？ (A) 以碳棒為陽極 (B) 負極反應為：Zn Zn2+ + 2e (C) 電解質為MnO2、NH4Cl和ZnCl2的混合物 (D) 在電解質中加入澱粉的目的是為了增加稠密性 (E) MnO2在此之作用為去極劑，也是氧化劑。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(A)。解析： Zn殼（陽極，負極）： Zn Zn2+ + 2e 氧化反應。 C棒（陰極，正極）：2NH4+ + 2e

29、 2NH3 + H2 還原反應 2MnO2+ + H2 Mn2O3 + H2O 全反應：Zn + 2NH4Cl + 2MnO2 Zn(NH3)2Cl2 +Mn2O3 + H2O (A) 碳棒為陰極。(B) 電池內部發生氧化還原反應，將化學能轉變成電能，發生氧化的電極稱為陽極，即為Zn極，發生還原反應的電極稱為陰極，如碳棒。(C)(D)乾電池的電解質不可絕對乾燥，故須加入澱粉使水、電解質混合成糊狀來增加稠密性，以利導電，電壓為1.5 V。(E)MnO2可將H2氧化成H2O，使極化現象消失，故MnO2 是氧化劑也是去極劑。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(甲)鹼性乾電池與(乙)

30、勒克朗社電池的比較，何者正確？ (A)正極：(甲)為石墨，(乙)為鋅棒 (B)電壓：(甲)(乙) (C)電壓穩定性：(乙)(甲) (D)負極反應：(甲)(乙)均為鋅放出電子。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(D)。解析：兩者最大差異在於電解質，鹼性乾電池的電解質為二氧化錳與氫氧化鉀的糊狀物，勒克朗社電池的電解質為二氧化錳、氯化銨及氯化鋅的糊狀物。(A)正極均為石墨棒。(B)電壓均為1.5 伏特。(C)電壓穩定性：(甲)(乙)。高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池(二)二次電池：使用後，可以再充電，重覆使用的電池，稱為二次電池。1.鉛蓄電池：又稱鉛酸電池。(1)電極(

31、2)電解質：3040%之稀硫酸。陽極（負極）：鉛（Fb）。陰極（正極）：二氧化鉛（FbO2）。高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池鉛蓄電池高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池(3)電極反應：陽極：Pb 失去電子氧化成Pb2+，再與硫酸根結合成硫酸鉛，附著在鉛極表面。陰極：流向陰極的電子把二氧化鉛還原成硫酸鉛，附著於二氧化鉛極表面。全反應：高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池(4)電壓：2 伏特，汽機車的電瓶是36 組的電池串聯而成，因此電壓為612 伏特。(5)特性：放電時，正負兩極都形成 PbSO4，兩極重量都增加，硫酸濃度降低，電池電壓逐漸減小。充電時，鉛極接直流電

32、源的負極，二氧化鉛極接直流電源的正極，迫使反應逆向進行，正極的 PbSO4變成 PbO2，負極的 PbSO4變成 Pb，兩極重量都減輕，硫酸濃度增加。新型鉛蓄電池是一體成形的密閉裝置，陽極用鉛與鈣的合金，可以避免電池充電時產生氫氧，也不需加水，壽命可達數年。高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池鉛蓄電池的放電與充電過程高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池2.鋰離子電池：(1)電極(2)電解質：有機溶劑。(3)電極反應（參考）：(4)電壓：3.6 伏特。陽極（負極）：石墨與鋰屬的複合材。陰極（正極）：鋰子的過渡屬氧化物。手機及鋰子電池高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池(5

33、)特性：體積小，質量輕，能量密度高且環保。充電時電子由外部電路流入負極，鋰離子則從正極材料被拉出，再經過電解液嵌入負極的碳材，放電時則循上述之相反路徑。充電時，鋰離子負責電荷的流通，在層狀結構的陰、陽兩極材料間進出移動，電極表面結構不會有明顯的變化及鋰金屬沉積的顧慮，大幅提高了電池的安全性及壽命。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義以下有關鉛蓄電池的說明，何者正確？ (A) 其放電反應為Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O (B) 一組電池放電時電壓約為2伏特 (C) 此電池的負極為二氧化鉛，正極為鉛板 (D) 當充電時，鉛棒接電源的負極，二氧化鉛棒則接電源

34、 的正極 (E) 充電時可使用直流電或交流電。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(A)(B)(D) 。解析：(C)正極為二氧化鉛，負極為鉛板。 (E)充電時應使用直流電源。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義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】高中基礎化學

35、(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(B)(D)(E) 。解析：鉛蓄電池放電反應為：Pb+ PbO2+2H2SO4 2PbSO4 +2H2O。(1)反應時因硫酸為反應物，且產物為H2O，故硫酸溶液的濃度變小，密度亦減小，故(B)(D)正確。(2)正極原為PbO2，負極原為Pb，放電後均生成PbSO4，故正、負極重量都增加，所以(E)正確。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義鋰離子電池已經成為新一代實用化的蓄電池，該電池具有能量密度大、電壓高的特性。鋰離子電池放電時的電極反應式如下：負極反應：C6LiC6Li1-x+xLi+Xe （C6Li 表示鋰原子嵌入石墨形成複合材）。正

36、極反應：Li1-xMO2+xLi+ +Xe LiMO2 （LiMO2表示含鋰的過渡屬氧化物）。則下列何者正確？ (A)鋰離子電池充電時電池反應為C6Li +Li1-xMO2 LiMO2+C6Li1-x (B)在一般化學電池反應中，當鋰、鋅、銀、鉛各失去1 莫耳電子 時，金屬鋰所消耗的質量最小 (C)鋰離子電池放電時電池內部Li+ 向正極移動 (D)鋰離子電池充電時陰極反應為C6Li1-x+xLi+Xe C6Li (E)充電時C6Li端應接電源的正極。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(B)(C)(D) 。解析：(A) 充電反應為放電反應的逆反應，故鋰離子電池充電時應為：LiM

37、O2+C6Li1-xC6Li+Li1xMO2，所以(A)錯誤。(B) 金屬失去1莫耳電子的質量= ，因鋰、鋅、銀、鉛四種金屬中，鋰原子量最小，故若失去1莫耳電子時，金屬鋰所消耗的質量最小，所以(B)正確。(C) 依電極反應式知，鋰離子電池放電時電池內部Li+向正極移動，所以(C)正確。(D) 充電反應為放電反應的逆反應，且陰極進行還原反應，故陰極反應為：C6Li1-x+XLi+Xe C6Li，所以(D)正確。(E) 充電時C6Li端應接電源的負極（充電時，電池的負極接電源的負極，電池的正極接電源的正極），所以(E)錯誤。原子量原子價高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池(三)燃料電池：是

38、將貯存於燃料的化學能直接轉變為電能的裝置。常用的燃料有氫、甲烷或醇類。1.氫氧燃料電池：(1)裝置：目前常用的燃料電池有三個核心組件，包括兩個覆有含鉑金屬催化劑薄膜的碳電極作為陰、陽極，以及電極間具有特殊滲透功能的質子交換隔膜，三者經過熱壓構成電極模組，兩外側再分別加上一層導氣裝置。阿波太空船使用的燃電池高中基礎化學(二)領航講義氫氧燃電池的化學原示意圖高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池(2)電極反應：在酸性條件下：陽極：氫氣從陽極進入電池，被陽極表面的觸媒分解為質子與電子。陰極：電子沿外電路流動，供電後流向陰極，同時質子透過隔膜抵達陰極，陰極表面的觸媒則將質子及回流電子與氧結合成水

39、。全反應：高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池(3)電壓：約 1伏特。(4)特性：燃料電池是利用觸媒將燃料的化學能轉變成電能，它不像一次電池，用完就丟，也不屬二次電池，放完電後須充電；而燃料電池可不斷添加燃料，即可維持電力。氫氧燃料電池使用氣態燃料，而質子交換膜（PEM）為一種固態聚合物。高中基礎化學(二)領航講義二、常見的化學電池2.直接甲醇燃料電池（簡稱DMFC）：以液態甲醇為燃料，比使用氫氣方便，裝置與氫氧燃料電池大致相同，其電極反應為：陽極：陰極：全反應：高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義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，

40、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 值會逐漸下降。 【91 學測】高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(D) 。解析：(A)全反應為：2H2 + O2 2H2O，H2 被O2氧化，O2被H2 還原。(B) 氧氣在陰極被還原，氫氣在陽極被氧化。(C)電子在外電路的導線中，從鎳極向氧化

41、鎳極移動。(D)放電時，KOH莫耳數不變，產生H2O，水的莫耳數增加，KOH 被稀釋，pH 值降低。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義甲醇燃料電池是以甲醇與氧反應，得到電能，並產生二氧化碳與水。陽極端是以甲醇為反應物，而陰極端的反應物是氧氣。試問陽極反應所產生的二氧化碳與陰極反應所產生的水兩者的莫耳數比（CO2：H2O）為何？ (A) 1：1 (B) 1：2 (C) 1：3 (D) 2：3 (E) 3：1。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(B)。解析：甲醇燃料電池是以甲醇與氧反應，得到電能，並產生二氧化碳和水，其反應式為：高中基礎化學(二)領航講義二、常見

42、的化學電池(四)電池的廢棄汙染問題1.化學電池多含有重金屬材料和化學藥劑，使用後應加以回收。2.任意丟棄不僅會造成環境汙染，流入環境的重金屬可能經由土壤、空氣、水源、農畜轉而危害到人體健康。3.電池的製造及販售廠商與使用者，確實擔負電池分類、回收、再處理，是責任也是義務。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(甲)勒克朗社電池；(乙)鹼性乾電池；(丙)燃料電池；(丁)鋰離子電池；(戊)鉛蓄電池，五種電池中，試回答下列問題：1. 下列敘述何者正確？ (A)可充電再用者有3 種 (B)放電時之電壓以(丁)最大（以1個為單位） (C)放電時兩極重量皆增加者有1 種 (D)電極材料為Zn

43、者只有(甲)電池的極 (E)一次電池共有2 種。2. 此五種電池哪些用完一定要回收，否則會造成嚴重汙染問題？ (A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)丁 (E)戊。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義1.(B)(C)(E)。2.(A)(B)(D)(E)。解析：1.(A)可充電電池為二次電池為(丁)(戊)。 (B)(甲)電壓為1.5V；(乙)電壓為1.5V；(丙)電壓為1.0 V；(丁)電壓為3.6V；(戊)電壓為2.0 V。 (C)放電時兩種重量皆增加者為(戊)。 (D)(甲)(乙)。 (E)一次電池有(甲)(乙)。2.(甲)(乙)電池中的錳會造成環境汙染。(丁)電池內含重金屬的M

44、n或Co，亦會造成環境汙染。(戊)會造成鉛汙染。高中基礎化學(二)領航講義第三章化學與能源3-3能源高中基礎化學(二)領航講義一、化學能的轉換(一)能量的形式：能有不同的形式：1.光能（又稱輻射能）：各種不同波長的電磁波傳遞能量的過程稱為輻射，各種電磁波的能量，稱為輻射能。2.熱能：來自物質內部粒子運動的動能。3.電磁能：電能與磁能的總稱。高中基礎化學(二)領航講義一、化學能的轉換4.化學能：某些物質由於本身特有的化學組成而擁有潛在的能量，在發生化學反應時化學能可以釋放出來而作功，通常以熱的形式出現，但有時以光能或電能釋出。5.機械能（又稱力學能）：動能與位能合稱為力學能。運動的物體具有動能，

45、重力可造成位能。6.核能：原子核內所潛在的能量。高中基礎化學(二)領航講義一、化學能的轉換(二)各種形式能源的轉換1.各種形式的能源可以互相轉換，但總量一定，這就是能量守恆定律。(1)物質與生命的變化可視為化學能多樣化的呈現，例如人類攝取食物，食物在體內消化分解產生能量，食物中貯存的化學能藉由生化反應轉而貯存於新的生物物質中，使我們能夠進行新陳代謝與生長，其中也有能量釋出維持我們的活動。(2)化學反應進行時，必伴隨能量的變化。例如：乙醇會燃燒生成二氧化碳和水，並以光和熱的形式釋出能量：高中基礎化學(二)領航講義一、化學能的轉換(3)水蒸氣和二氧化碳是地球兩種主要的溫室氣體。當陽光照射地表，被地

46、表吸收，使地表溫度升高，而釋放出熱輻射（紅外線），此熱線被水蒸氣和二氧化碳分子吸收，提升分子振動的動能，而使氣溫上升，此稱為溫室效應，其間能量形式的轉換為：陽光輻射能 地表組成粒子的動能 熱輻射 溫室氣體的振動能。高中基礎化學(二)領航講義一、化學能的轉換2.不同形式的能量可以相互轉換，為維持能量守恆，總能量雖然不變，但每次能量的轉換都會有一部分無法利用的熱能散失於環境中，故可利用的能源會愈來愈少，能源危機是不可避免的。高中基礎化學(二)領航講義一、化學能的轉換(三)碳足跡概念1.工業革命後，人類活動產生的二氧化碳驟增，是造成全球暖化，甚至全球氣候變遷的主因。2.二氧化碳排放的主要來源是化石燃

47、料的燃燒。3.人類活動過程中，直接或間接產生的二氧化碳的總和就是碳足跡概念，以太陽能車或電動車為例說明如下：高中基礎化學(二)領航講義一、化學能的轉換(1)太陽能車或電動車在行駛中，雖然不會釋放二氧化碳，但在生產太陽能矽晶板所需的能量以及電動車驅動的電力，都需要由電廠提供，也就是需要化石燃料。(2)乍看之下，電動車利用插座充電即可，相當環保，不過這只是將二氧化碳釋放的位置轉移至發電廠，而且還要考慮二次能源轉換效率的消耗。(3)由上可知，正確認識能源、有效利用能源已是現代公民不可缺少的基本素養。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義下列何種物質是古代太陽能所保存下來的物質？ (A)

48、煤 (B)石油 (C)天然氣 (D)水力 (E)地熱。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(A)(B)(C)。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義下列現象涉及的能量轉換，何者正確？ (A)光合作用：光能 化學能 (B)太陽能電池：化學能 電能 (C)水力發電：位能 電能 (D)風力發電：位能 電能 (E)螢火蟲發光：化學能 光能。高中基礎化學(二)領航講義高中基礎化學(二)領航講義(A)(C)(E)。解析：(B)太陽能電池：光能 電能。(D)風力發電：風力（動能） 電能。高中基礎化學(二)領航講義二、常用能源與替代能源(一)生活中的能源1.能源：可以產生能量的物

49、質或裝置。(1)太陽能：太陽的光和熱可以直接轉換成電能。綠色植物進行光合作用，把太陽能轉換成植物的化學能而儲存起來，成為食物鏈中大部分動物的糧食來源，提供動物活動代謝所需能量。高中基礎化學(二)領航講義二、常用能源與替代能源(2)化石燃料 煤、石油、天然氣。煤：為火力發電的燃料。石油：可分餾出許多石油製品，其中汽油、煤油與柴油可作為內燃機燃料。天然氣：是都會區的主要家庭燃料。高中基礎化學(二)領航講義2.地球上能量的來源：太陽能、核能、地熱。3.已開發國家的能量主要依靠化石燃料、核能及再生能源，其中化石燃料與核能都是消耗性能源，用完後短期無法再生。二、常用能源與替代能源高中基礎化學(二)領航講

50、義二、常用能源與替代能源(二)替代能源1.核能：通常指核分裂或核熔合所產生的能量。(1)核反應：放射性元素：放射性是指不穩定的原子核蛻變成他種原子核時，會釋放出高能量的次粒子或輻射，一般放射性元素可分為天然與人工合成兩種：原子序大於92 者皆為人工合成放射性元素。高中基礎化學(二)領航講義二、常用能源與替代能源核反應所釋放出的核能約為化學反應放出能量的百萬倍。A.化學反應僅涉及原子的最外層電子的轉移或共用，原子核不參與反應，故化學反應前後遵守原子不滅，例如甲烷燃燒。B.核反應涉及原子核分裂或融合，核反應前後原子種類改變了，物質總質量變小，核反應遵守質子數守恆及質量數守恆，但不遵守質量守恆定律，

51、例如：高中基礎化學(二)領航講義二、常用能源與替代能源(2)核能產生方式：核能是蘊藏於原子核內部的強大能量，產生核能的方式有 2種：核分裂：用慢中子撞擊重原子核使重核分裂成兩個較輕的原子核，同時產生新的中子，這些中子又繼續撞擊其他原子核，引發連續核分裂的鏈鎖反應，產生巨大的能量，這是核能發電的主要能源。高中基礎化學(二)領航講義鈾-235 原子核以中子撞擊產生核分高中基礎化學(二)領航講義二、常用能源與替代能源核熔合：較輕的原子核在極高溫、高壓條件下，熔合成較重原子核的反應。太陽的能量多來自氫原子熔合成氦原子的反應，目前核熔合尚無法運用於民生發電。核熔合涉及個小原子核的結合高中基礎化學(二)領

52、航講義二、常用能源與替代能源核能的由來：在核反應中，生成物的質量比反應物小，而發生質量虧損，根據愛因斯坦的質能互換公式，此種減少的質量可以轉變成極大的能量，此即為核能的由來。質能互換公式 E=mc2E：能量（焦耳），m：質量虧損（公斤），C：光速（3.0108 m/s）例：1 克的質量轉換成的能量EE = (1103)(3108)2 = 91013（J）高中基礎化學(二)領航講義二、常用能源與替代能源2.太陽能：現今對太陽能的利用是利用太陽的光能和太陽的熱能。太陽能是一種乾淨且無汙染的能源。(1)太陽的光能：太陽光能經由植物光合作用轉換成化學能。植物的光合作用是將二氧化碳和水轉變成葡萄糖及氧氣

53、，產生的醣類可以滋養植物本身。太陽光能經由太陽電池的矽晶光電板直接轉換成電能。高中基礎化學(二)領航講義二、常用能源與替代能源(2)太陽的熱能：利用太陽能熱水器，可直接使用在熱水供應系統（如右圖）。可應用於溫室栽培蔬果及花卉。太陽能熱水器表面覆蓋玻璃，以提供溫室效應穿透而入的日光，被轉化成紅外線而加熱水高雄世界運動會主場外部以太陽能板覆蓋太陽能的應用高中基礎化學(二)領航講義二、常用能源與替代能源3.水力：(1)利用河川、湖泊或水庫中水的位能差來發電。(2)水力為再生能源，不易耗竭、不易造成環境汙染，但興建水庫會破壞環境生態。(3)臺灣受地形限制、河川短促、雨量分配不均、水力發電量很低。(4)

54、臺電明潭抽蓄水力發電廠是臺灣最大的水力發電廠，主要是調節尖、離峰時間的供電量。明潭抽蓄水發電廠高中基礎化學(二)領航講義二、常用能源與替代能源水發電的示意圖高中基礎化學(二)領航講義二、常用能源與替代能源4.地熱：(1)地熱主要是利用地底岩漿的熱能，將流經岩漿附近地層的水引出作為溫泉使用或直接將高溫的水蒸氣導出進行發電，如宜蘭的清水地熱發電廠。(2)地熱亦可結合溫泉、遊憩觀光資源發展。高中基礎化學(二)領航講義二、常用能源與替代能源5.風力：(1)風力發電不需要任何燃料，也不排放汙水、廢氣，代替化石能源可以有效降低對環境的汙染。(2)風力發電為現階段再生能源中技術最成熟的一種，也是目前規模最大的替代能源。(3)風力發電每發一度電約可減少0.25 公升燃油或0.37 公升燃煤的消耗。(4)臺灣也具有風力資源，將自然與地方景觀結合，可帶動觀光業。澎湖中屯的風發電機群高中基礎化學(二)領航講義二、