范例1聚合物的性质6课件

1、（配合翰版課本 P.124；講義 P.132） 一、定義1. 聚合反應：許多小分子經由化學反應，重複以共價鍵相互結合，形成大分子的過程。2. 單體：構成聚合物的小分子。3. 單體單元：在聚合物結構中，重複出現的部分。4. 聚合物：又稱為高分子化合物，為分子量非常大的物質。5. 聚合度：一個高分子所含單體的數目，以 n 表示，但 n 為非固定值。（配合翰版課本 P.125；講義 P.132）二、聚合物的性質1. 聚合物通常是由不同數目的單體聚合而成的混合物，故聚合物的分子量多以平均分子量表示，其平均分子量大約在 103 以上。2. 聚合物的性質與其單體的性質差異甚大。：乙烯（有 鍵）和聚乙烯（全

2、為 鍵）化學性質 不同。3. 若聚合物的分子鏈上有官能基，其性質與單體的官能基相同，但這些官能基的活性，會受鄰近官能基的影響。： 和均具有可解離的 H。4. 聚合物的分子間有很強的分子間作用力，可利用其機械性加工成各種製品。但若聚合物的分子有側鏈，會影響分子排列的緊密性，造成比重減小及機械強度降低。：高密度聚乙烯材質偏硬；低密度聚乙烯材質較軟。下列關於聚合物的敘述，何者錯誤？(A)聚合物是由不同數目的單體分子組成之混合物(B)聚合物鏈上所接的官能基保有此官能基原有之化性(C)聚合物有側鏈時，並不影響其比重大小及機械性質(D)聚合物鏈上所接的官能基之活性會受到鄰近官能基的影響(E)聚合物很難結晶

3、成晶體，所以沒有一定的熔點。(C)(C) 聚合物有側鏈時，會影響分子排列的緊密性，而使比重減小及機械強度降低。範例 1聚合物的性質下列有關聚合物的敘述，何者正確？(A)聚合物為純物質(B)易形成晶體(C)聚合物的分子量為其平均分子量(D)組成的單體僅限一種。(C)聚合物為混合物，其分子量以平均分子量表示；由於聚合物分子大小不一，故無法形成晶體；組成聚合物的單體可一種或多種聚合。 類題 1-1聚乙烯之分子式可以 表示，若某聚乙烯之分子量約 40000，則其 n 值約為若干？(A) 2000(B) 1400(C) 1000(D) 700(E) 500。(B) 4000028 n40000解得 n1

4、4281400範例 2聚合度之計算直鏈狀飽和烴燃燒，每 1 mol CH2 原子團放熱 156 kcal。求 100 g 聚乙烯完全燃燒，約放熱若干 kcal？(A) 1500(B) 1300(C) 1200(D) 1100(E) 800。(D)類題 2-1（配合翰版課本 P.125、P.126；講義 P.133）三、加成與縮合聚合反應1. 加成聚合反應：單體間藉由化學鍵結合而成聚合物，沒有損失單體中任何原子，也沒有產生其他副產物，即聚合物的單體單元之原子種類及數目與單體相同。(1) 單體：具有不飽和 鍵的 CC 或 CC 的化合物。加成聚合反應 ：乙烯聚合反應。(2) 特性：聚合物所含元素的

5、質量百分率組成與單體相同，聚合物的分子量即為單體分子量的整數倍。動畫：加成聚合反應2. 縮合聚合反應：具有雙官能基單體相互結合時，經由脫去水、醇、氨或鹵化物等小分子而聚合成高分子的反應。(1) 單體：通常至少含有兩個官能基的化合物，在不同方位進行連續的分子間縮合反應。 ：由乙二醇和對苯二甲酸單體，縮合聚合成聚 對苯二甲酸乙二酯（PET）。 上述物質是商品名稱為達克綸的聚酯纖維， 可作為衣料纖維，亦可製成寶特瓶。(2) 特性：聚合物所含元素的質量百分率組成與單體不同。動畫：縮合聚合反應（配合翰版課本 P.127；講義 P.134）四、同元聚合物與共聚物1. 同元聚合物：由一種單體聚合而成的聚合物

6、。：聚氯乙烯是由氯乙烯聚合而成；澱粉是由 -葡萄糖聚合而成。2. 共聚物：由兩種或兩種以上的單體聚合而成的聚合 物。：耐綸-66 是由 1,6-己二胺和己二酸縮合聚合而成。下列何者是加成聚合反應的必要條件？(A)單體為多官能基化合物(B)單體為不飽和有機化合物(C)由兩種以上的單體聚合而成(D)聚合過程中釋出小分子(E)單體單元和單體含有之原子種類及數目不同。(B)(A) 縮合聚合反應的單體才需具此條件。(C) 可以由一種或多種單體進行聚合。(D) 縮合聚合反應才會釋出小分子。(E) 單體單元和單體有相同的原子種類及數目。範例 3加成反應的條件下列何種物質可作為縮合聚合反應的單體？(D)(D)

7、 單體至少有兩種官能基可進行縮合反應。類題 3-1有關聚乙烯的敘述，哪些正確？(A)以乙烯為單體(B)是一種縮合聚合物(C)是一種加成聚合物(D)為同元聚合物(E)為共聚物。(A)(C)(D)聚乙烯（PE）為加成聚合物，單體為乙烯的同元聚合物。範例 4聚乙烯的性質下列各種有機分子，哪些可作為加成聚合物之單體？(B)(D)(E)單體必須具有不飽和的 鍵，方可進行加成聚合。類題 4-1（配合翰版課本 P.128 P.131；講義 P.135）五、塑膠1. 定義：以高分子量的合成樹脂為主要成分，加入適當的添加劑，如塑化劑、穩定劑、著色劑等，經過加工成型的材料。 塑化劑：為削弱聚合物分子間的凡得瓦力，

8、從而增加聚合物分子鏈的移動性，降低分子的結晶度，增加它的可塑性。常用的是鄰苯二甲酸酯類。：鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）。非凡電視-臺灣發明王 9-1（抗靜電的玉米塑膠）2. 分類：根據熱性能和加工特性。(1) 熱塑性塑膠： 結構：聚合鏈都是線形或帶支鏈的結構，分子鏈間只有分子間作用力。 特性：具有加熱軟化、冷卻硬化的特性，可回收重新塑造再利用的塑膠。 回收標誌：由美國 塑膠製品協會訂定常用的塑膠編碼，由三個箭頭所形成的三角形、底部標示縮寫的塑膠名稱，中間數字代表塑膠的材質。： 代表編號 1 PET 塑膠的回收標誌。 常見的熱塑性塑膠回收標誌、結構、單體與實例：回收標誌名稱與結構單

9、體實例PET聚對苯二甲酸乙二酯乙二醇HOCH2CH2OH對苯二甲酸寶特瓶、聚酯纖維、產品包裝紙回收標誌名稱與結構單體實例HDPE高密度聚乙烯乙烯塑膠瓶、檔案夾、水桶、塑膠箱PVC聚氯乙烯氯乙烯電線外皮、防水用品、人造皮革1.2.回收標誌名稱與結構單體實例LDPE低密度聚乙烯乙烯塑膠袋、保鮮膜PP聚丙烯丙烯容器、奶瓶、醫療器具、毛毯3.環保杯回收號碼 非耐熱標示！回收標誌名稱與結構單體實例PS聚苯乙烯苯乙烯保麗龍、藥品容器、絕緣材料OTHER 其他類材質，如玻璃纖 維、耐綸、聚碳酸酯及 聚乳酸等衣服纖維、光碟片、樹脂鏡片4. HDPE 分子鏈中含支鏈少，密度較大，材質強度較硬。 PVC 材質含有

10、氯元素，而且製造 PVC 一定有添加劑或塑化劑，所以，一般禁止在食品或飲料的包裝膜及容器上使用。 LDPE 分子鏈中含有較多的長短支鏈，密度較小，材質強度較軟。 發泡聚苯乙烯俗稱保麗龍，目前較多使用的發泡劑為二氧化碳。1.2.3.4.(2) 熱固性塑膠： 結構：為網狀的聚合物。 特性：質地堅硬，固化成型後再受熱也不易熔化變形。雖然耐高溫，卻無法回收再利用，因此容易造成環保問題。 常見熱固性塑膠的結構、單體及其用途：名稱與結構單體用途酚甲醛樹脂，俗稱電木 插座、開關、電路板等苯酚甲醛名稱與結構單體用途尿素甲醛樹脂 電器外殼，建築的保溫材料尿素甲醛名稱與結構單體用途美耐皿樹脂，又名聚脲樹脂 廚具、

11、餐具等三聚氰胺甲醛分析甲、乙、丙三種塑膠的組成，其結構如下圖所示：回答下列問題：(1) 何者屬於熱塑性塑膠？(2) 何者屬於熱固性塑膠？(1)甲、乙(2)丙範例 5聚合物的結構以下列物質的代號：(a)葡萄糖、(b)澱粉、(c)耐綸、(d)寶特瓶、(e)纖維素、(f)胺基酸、(g)蛋白質、(h)電木、(i)聚氯乙烯，回答下列問題：(1) 何者不是聚合物？(2) 何者為天然聚合物？(3) 何者為合成聚合物？(4) 合成聚合物中，哪些為熱塑性聚合物？(5) 合成聚合物中，哪些為熱固性聚合物？(1)(a)、(f)(2)(b)、(e)、(g)(3)(c)、(d)、(h)、(i)(4)(c)、(d)、(i

12、)(5)(h)類題 5-1資源回收是配合永續發展的必要工作，標示有回收標誌 之廢容器，皆應回收。常見的七大塑膠標示如下表所示。下列敘述哪些正確？【100 指考】範例 6回收標誌的認識(A)標示有之塑膠容器可作為碳酸飲料瓶(B)標示與標示的塑膠材料是用不同的單體聚合而成(C)標示之塑膠容器，燃燒時可能會產生具有毒性的戴奧辛(D)標示之塑膠容器屬於熱塑性塑膠(E)標示之塑膠容器，主要是由苯與乙烯兩種單體聚合而成。【100 指考】範例 6回收標誌的認識(A) PET 可作為寶特瓶材料，故可裝碳酸飲料。(B) 均為乙烯單體，但製法不同。(C) PVC 燃燒會產生多氯聯苯、戴奧辛等有毒物質。(D) 可回

13、收塑膠皆為熱塑性塑膠。(E) 聚苯乙烯的單體為苯乙烯，而苯乙烯的製法是將乙苯催化脫氫製得。(A)(C)(D)【100 指考】範例 6回收標誌的認識(D) 結構為(A)(B)(C)類題 6-1關於聚酯纖維（達克綸）的敘述，哪些正確？(A)原料為對苯二甲酸與乙二醇(B)對苯二甲酸可由對二甲苯氧化而得(C)該纖維簡稱 PET，可作為寶特瓶的材料(D)結構式為(E)由於相鄰聚合物鏈間產生氫鍵，該纖維具有彈性。 (E) 聚酯纖維鏈間沒有氫鍵 。寫出下列聚合物單體的結構式：(2)(3)、(1)、範例 7聚合物單體的判斷下列各聚合物的化學結構，何者錯誤？類題 7-1(C)（配合翰版課本 P.132 P.13

14、4；講義 P.139）六、天然橡膠與常見的合成橡膠1. 天然橡膠：(1) 來源：取自橡膠樹所採集的天然乳膠，經凝固、乾燥等加工方式，製成的彈性固體原料。(2) 單體：異戊二烯（中文系統 命名為 2-甲基-1,3-丁二烯）。(3) 聚合物：天然橡膠的主要成分是順-1,4-聚異戊二烯，結構中仍有雙鍵。(4) 加硫橡膠：美國人固特異將天然橡膠進行硫化處理，使橡膠的分子鏈互相連結，因而具有彈性。2. 合成橡膠：(1) 原由：因天然橡膠的成本太高，且產量不足，故改以人工合成具有彈性的高分子材料取代天然橡膠。(2) 來源：以石油、煤或穀物等原料，生產出具有二烯類的單體。(3) 聚丁二烯橡膠： 以 1,3-

15、丁二烯為單體，在催化劑存在下，製成順式聚丁二烯。 加硫處理後的聚丁二烯橡膠，具有彈性高、耐磨性好、抗老化佳，但抗拉強度及可塑性較天然橡膠差。 一般用於耐熱膠管及鞋底。(4) 氯丁二烯橡膠： 以乙炔為原料，合成 2-氯-1,3-丁二烯，再聚合生成氯丁二烯橡膠。 俗稱新平橡膠，耐熱性及耐燃性高，具優異的耐油性和耐化學侵蝕性。 可用於製造耐油膠管、潛水布料、救生艇等。(5) 苯乙烯-丁二烯橡膠： 由苯乙烯和丁二烯為單體所形成的共聚物。 具有耐磨和抗拉性，且絕緣性佳，但不耐油及有機溶劑。 廣泛用於輪胎、膠帶、膠管、電線電纜、醫療器具及各種橡膠製品。(6) 矽橡膠： 又稱矽膠，俗名矽利康，是一種介於有機

16、與無機的聚合物。 R 為甲基、乙基或苯基，經由改變鏈長、R 的種類與鏈間的交聯，可得到不同組成與性質的材料。 具有耐高溫、耐嚴寒，無臭、無味、無毒、耐水性和抗氧化能力。 應用於醫療器材、汽車零件及建築用的密封 膠。下列關於天然橡膠的敘述，何者錯誤？(A)單體為 CH2C(CH3)CHCH2(B)化學式可寫成 (C)化學式可寫成(D)長期曝露在空氣中，會氧化而變得硬且脆(E)在生膠中加適量硫粉，會使分子間產生硫橋，使橡膠更有彈性。(C) 為天然橡膠的化學式。範例 8天然橡膠結構下列有關異戊二烯的敘述，哪些正確？(A)加熱天然橡膠分解產生(B)分子中有 鍵(C)有幾何異構物存在(D)可發生加成聚合

17、反應(E)在催化劑存在下，可發生加氫反應，產生異戊烷。(A)(B)(D)(E)類題 8-1新平橡膠是一用途廣泛的橡膠，其結構如 所示。在適當條件下，試問新平橡膠可由下列哪一選項所建議的化合物聚合而得？(A) CH3CHCClCH3(B) HOCH2CHCClCH2OH(C) CH2CH2 與 CH2CHCl(D) CH2CHCClCH2(E) HCHO 與 CHCCl。(D)【97 指考】範例 9新平橡膠的單體合成新平橡膠需要下列哪些原料？(A)電石(B)水(C)氯化氫(D)催化劑(E)氫氣。類題 9-1(A)(B)(C)(D)82生物體中的大分子（配合翰版課本 P.137 P.141；講義

18、P.144）一、多醣1. 由單醣聚合而成的天然聚合物，結構屬於聚醚類。自然界的多醣有澱粉、肝醣及纖維素。(1) 單醣：常見有葡萄糖、果糖和半乳糖，結構含有 羥基、醛基或酮基，均為還原醣。(2) 雙醣：由兩個單醣脫去一分子水而成，常見有蔗 糖、乳糖和麥芽糖，其中蔗糖為非還原醣。2. 澱粉：(1) 組成：由成百上千個 -葡萄糖縮合聚合而成的螺旋狀高分子，化學式為 (C6H10O5)n，不具還原性，是植物儲存能量的一種方式。澱粉的分子結構(2) 種類：澱粉依其鏈狀結構，可分為直鏈澱粉和分枝澱粉。 直鏈澱粉：無分枝的螺旋結構，澱粉中大約有 20 25的存量。直鏈澱粉（如右圖）遇碘呈藍色，主因是澱粉螺旋

19、中央空穴恰能容下碘分子，經由凡得瓦力作用，形成一種藍黑色錯合物。 分枝澱粉：自直鏈分出支鏈的澱粉結構，一般澱粉中分枝澱粉的含量約在 75 80。分枝澱粉遇碘呈紫紅色。(3) 澱粉是綠色植物行光合作用的產物，大多存在植物的種子或塊根中。3. 肝醣：(1) 組成：結構與分枝澱粉相似，化學式為 (C6H10O5)n，又稱為動物澱粉，分枝較短且較多。(2) 主要存在於肝臟與肌肉中，當劇烈運動或肌肉收縮時，肝醣會很快分解成葡萄糖，並可迅速提供能 量。4. 纖維素：(1) 組成：由數千個 -葡萄糖縮合聚合而成的聚合物。纖維素的分子結構(2) 是植物細胞壁的主要成分，無甜味及還原性，是自然界含量最多、分布最

20、廣的一種多醣。(3) 食物中的纖維素稱為膳食纖維，雖然不被人體消化吸收，但可促進腸道蠕動，利於糞便排出。草食動物與白蟻則依賴其消化道中的共生微生物，將纖維素分解，從而得以吸收利用葡萄糖。(4) 纖維素可用於紡織和造紙，也可合成賽璐珞，賽璐珞可作為乒乓球與吉他撥片的材料，纖維素和醋酸酯化可製成醋酸纖維素，用於製造電影膠片、膠黏劑等。下列有關澱粉和纖維素之敘述，何者錯誤？(A)澱粉在人體中可水解成葡萄糖(B)纖維素與澱粉是同分異構物(C)澱粉與纖維素之結構式不同，但實驗式相同(D)澱粉及纖維素同屬於聚醚類(E)澱粉和纖維素均無還原性。(B)(B) 澱粉與纖維素的化學式為 ， n 值不同，因此不是同

21、分異構物。範例 1澱粉與纖維素的性質(C)類題 1-1（配合翰版課本 P.141 P.146；講義 P.145）二、蛋白質與酵素1. 存在與組成：(1) 蛋白質是生物體的重要組成物質，人體的肌肉、毛髮、指甲和皮膚，大部分的成分是蛋白質。(2) 組成單體：-胺基酸，常見者約有 20 種。(3) 蛋白質是由許多 -胺基酸藉醯胺鍵（肽鍵）連接而成的聚醯胺，屬高分子量的天然聚合物。2. 胺基酸：(1) -胺基酸是分子結構中胺基（NH2）與羧基（COOH）都連接在同一個 C 上的有機化合物（如右圖）。(2) 胺基酸既能與酸，也能與鹼結合成鹽，故為兩性物質，在中性溶液中，大多為離子結構。(3) 胺基酸的結

22、構： 20 種胺基酸中，若人體內無法自行合成，必須從膳食補充者，稱為必需胺基酸。如苯丙胺酸、色胺酸、離胺酸等共 10 種。 胺基酸結構中，側鏈 R 不同導致胺基酸具有不同性質。：最簡單的胺基酸：甘胺酸的 R 為 H；丙胺 酸的 R 為 CH3；麩胺酸的 R 為 CH2CH2COOH。 甘胺酸（學名為 -胺基乙酸）是一種無色晶 體，有甘甜味，在膠原蛋白中存在有 的含 量。麩胺酸的鹽類麩胺酸一鈉可作為味精， 是食物甘鮮味的由來，為一種烹飪的調味品。 3. 胺基酸之間的反應：(1) 醯胺鍵：蛋白質是由胺基酸縮合而成的聚合物，利用不同分子間的羧基和胺基脫水縮合形成醯胺鍵，亦稱為肽鍵，結構為 。(2)

23、二肽：由兩個胺基酸分子脫去一個水分子，形成含有一個肽鍵的分子。(3) 三肽：三個胺基酸分子脫去兩個水分子，形成含有兩個肽鍵的分子。(4) 多肽：多個胺基酸分子以肽鍵連結而成的分子。(5) 蛋白質與多肽的區別：通常以分子量作為界定標準，分子量大於 5000 者為蛋白質，小於 5000 者為多肽。人體的胰島素是由 51 個胺基酸所組成，其分子量為 5808，常視為蛋白質。4. 蛋白質的構造：(1) 多肽或蛋白質分子中，胺基酸殘基排列的順序稱為胺基酸序列，用以表示多肽或蛋白質的特性。蛋白質的一級構造僅表示出胺基酸的順序。(2) 多肽或蛋白質中，利用不同胺基酸殘基間的 CO 和 NH 基團間的氫鍵，形

24、成安定性較高的二級構造，主要有 -螺旋和 -褶板結構。 -螺旋結構中，蛋白質骨架捲曲成螺旋狀，藉由其分子內氫鍵穩定其構形。：羽毛、毛髮、肌肉及動物的角質。 -褶板結構中，藉由分子間氫鍵來穩定其構 形，由於以平板狀呈現，所以光滑柔軟。：蠶絲、蜘蛛絲。5. 酵素（酶）：(1) 定義：為生物體內的催化劑，促進生物體內生化反應的物質。組成：大多數的酶是蛋白質，具有蛋白質的性質；少數的酶並非蛋白質，如具有 RNA 結構的核糖 酶，並非是蛋白質。(3) 性質： 酵素催化反應的對象稱為受質，受質只能在酵素表面的活性部位發生反應。 酶具有特異性，每一種酶只對某種或某類受質起反應。：麥芽糖酶只能使 -葡萄糖 的

25、醣苷鍵斷裂。 酶的特異性就如同拼圖的特性一樣 酶的催化效果強，只要極微量 便能使大量受質起反應。 酶的催化效果易受溫度影響，在 35 55 最適宜。 酶的催化效果易受 pH 值影響。：胃蛋白酶適合在 pH 值 3 以下的環境中催 化。(1) 應用： 在日常生活和工業上的應用： 木瓜蛋白酶俗稱鬆肉粉或嫩精，可將肉嫩化，以利於烹煮。 隱形眼鏡洗滌液中的蛋白酶，有助於清洗隱形眼鏡上的蛋白質，避免細菌滋生。 加酶洗衣粉，可分解蛋白質和脂肪，使衣物上的汙漬或油漬易被去除。 在分子生物學上的應用：在聚合酶鏈鎖反應（PCR）中，使用 DNA 聚合酶複製增加特定的 DNA 片段，以分析 DNA 做親子鑑定、偵

26、測遺傳疾病及研究 DNA 的遺傳演化。下圖為某分子之結構：下列有關該分子之敘述，哪些正確？(A)此分子含有 4 個胺基酸(B)此分子完全水解後，可得 4 種胺基酸(C)此分子有 10 個碳原子具 sp2 混成軌域(D)此分子有 3 種官能基，可以和三級胺形成氫鍵(E)此圖所示為 1 個三肽分子。【91 指考】範例 2多肽分子結構(A) 水解時，從肽鍵間分開，可得 4 個胺基酸。(B) 胺基酸有 4 個，但只有 3 種。(C) 碳結構上只有 1 個 鍵者，其混成軌域必為 sp2，故有 10 個碳原子具 sp2 混成軌域。【91 指考】範例 2多肽分子結構(D) 此分子只有 1 種官能基，即醯胺鍵

27、中的 H 可以 和三級胺的 N 形成氫鍵。(E) 題圖所示為 1 個四肽分子。(A)(C)【91 指考】範例 2多肽分子結構(C)類題 2-1某多肽的結構如下：則該肽鏈是由幾種胺基酸結合而成？(A) 3(B) 4(C) 5(D) 6。下列關於酶催化反應的敘述，何者錯誤？(A)酶在生物體內具有催化反應的效果(B)反應中，酶與受質結合成複合體(C)通常皆有其專一的催化對象(D)催化之速率隨溫度之升高而增加(E)酶催化可應用在日常生活或工業上。(D)(D) 酶的催化反應受溫度的影響，35 55 最適 宜，溫度過高或過低都會使酵素失去活性。範例 3酶催化特性(A) 酵素具有特異性。(B) 酵素表面的活

28、性部位不只一個。(D) 酵素大多為蛋白質。生物體的化學反應全靠酵素的催化反應。下列哪些敘述正確？(A)酵素通常對其催化反應之反應物沒有選擇性(B)酵素只能有一個活性部位(C)酵素可降低其催化反應的活化能(D)酵素是一種核酸(E)酵素是由生物體所製造的催化劑，脫離生物體仍可具有活性。(C)(E)類題 3-1（配合翰版課本 P.147 P.151；講義 P.149）三、核苷酸與核酸1. 核酸是以核苷酸為結構單元的縮合聚合物。2. 組成核苷酸的三部分：磷酸、戊醣、含氮鹼。RNA的核苷酸結構DNA的核苷酸結構3. DNA 與 RNA 在核苷酸上的差別：戊醣五員環的 2 號碳原子上連接羥基者，稱為核 糖

29、；但此羥基被氫原子取代者，則稱為去氧核糖。(2) RNA 的四種含氮鹼：(3) DNA 的四種含氮鹼： 腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）間形成兩個氫鍵配對（）。 胞嘧啶（C）與鳥糞嘌呤（G）間形成三個氫鍵配對（）。4. DNA 的雙螺旋結構：(1) DNA 的骨架是由磷酸與去氧核糖所組成。(2) 每一股的含氮鹼以氫鍵與另一股互補的含氮鹼配對結合，形成雙螺旋狀，如下頁圖所示。人類體細胞有 23 對染色體，由 DNA 和組織蛋白緊密包裹在一起。細胞複製時，DNA 的雙螺旋間之氫鍵會解開，複製成兩個 DNA 分子給兩個細 胞，使得遺傳訊息得以傳遞。如下頁圖所示。(4) DNA 是傳遞遺傳訊息的分子，可建

30、構蛋白質與 RNA 等重要化合物，以引導生物發育及生命機能的運作。5. RNA 的單股結構：(1) RNA 的骨架是由磷酸與核糖所組成。(2) 需要藉含氮鹼的配對（氫鍵）形成二級以上結構，方能發揮功能。 腺嘌呤（A）與尿嘧啶（U）間形成兩個氫鍵配對（）。 胞嘧啶（C）與鳥糞嘌呤（G）間形成三個氫鍵配對（）。(3) RNA 一般為單股分子，但在水溶液中有些也會形成分子內雙螺旋結構。(4) RNA 是具有生物遺傳訊息之中間載體，除參與蛋白質合成，亦參與基因表達的調控。對部分病毒而言，RNA 是其唯一的遺傳物質。下列有關核酸的敘述，何者錯誤？(A)核酸是以核苷酸為單體之縮合聚合物(B)核苷酸的成分有

31、磷酸、戊醣、含氮鹼(C) DNA 的雙螺旋結構中，腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）形成兩個氫鍵配對(D)核苷酸結構中，戊醣的 2 號碳原子所接的原子團為羥基者，可構成 DNA(E) RNA 的含氮鹼有 A、G、C 和 U 四種。(D) 戊醣的 2 號碳原子上連接羥基者，稱為核糖； 此羥基被氫原子取代者，稱為去氧核糖。(D)範例 4核酸的結構下列哪一個含氮鹼不是 DNA 的含氮鹼？(A)鳥糞嘌呤(B)胞嘧啶(C)尿嘧啶(D)腺嘌呤。(C) 應為胸腺嘧啶。(C)類題 4-1下列有關核酸和核苷酸的敘述，哪些正確？(A)核苷酸由戊醣、含氮鹼和磷酸組成(B) DNA 含有核糖，而 RNA 則含有去氧核糖(C

32、) ATP 是一種核酸(D)構成 DNA 與 RNA 的含氮鹼有 A、T、C、G、U 等 5 種(E)構成 DNA 與 RNA 的核苷酸有 5 種。(B) DNA 含去氧核糖，而 RNA 含核糖。(C) ATP 是一種核苷酸。(E) 構成 DNA 與 RNA 的核苷酸有 8 種。(A)(D)範例 5DNA 和 RNA 的差異DNA 與 RNA 的差異處，不包括下列何者？(A)戊醣種類(B)核苷酸種類(C)分子量大小(D)嘌呤種類。DNA 和 RNA 的核苷酸中，只有相同的嘌呤，但嘧啶種類不同。(D)類題 5-183先進材料（配合翰版課本 P.152 P.154；講義 P.154）一、半導體1.

33、 定義：導電度介於絕緣體和導體之間，且導電性可受控制的材料。常見的半導體材料有矽（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）等。2. 導電原理（能帶理論）：(1) 能量帶：半導體之分子軌域能階彼此相近而且密集，因而形成能量帶，可分成下列兩種： 價帶：價電子所占有的能量帶，價帶電子被束縛在原子周圍。 傳導帶：未被價電子所占滿的較高能量帶，在傳導帶的電子可經由外在的電場加速而形成電流。 能隙（Eg）：價帶與傳導帶間之能量差，電子只能存在價帶或傳導帶，不能分布在能隙範圍內。(2) 金屬導體：由於能隙非常小，價帶電子很容易獲得能量而躍遷到傳導帶，因而易導電。但金屬的導電性隨溫度升高而下降。(3) 半導體：

34、能隙介於金屬與絕緣體之間，導電性隨溫度升高而增大，可以藉摻雜改變其能隙的間距而使之較易導電。(4) 絕緣體：由於能隙非常大，電子很難躍遷至傳導帶，所以很難導電。半導體奇 e 館3. 矽半導體：(1) 結構：矽以 sp3 混成軌域和另外 4 個矽原子形成共價鍵，進而堆積成三度空間的立體網狀固體。矽半導體的能隙約為 1.12 eV，在室溫下的導電性較差，溫度愈高則導電性愈佳。(2) 摻雜： n 型半導體：在純矽中摻雜少許第 15 (5A) 族的磷（P）或砷（As），因其有 5 個價電子，會多出一個電子填入傳導帶中而增加導電性。 p 型半導體：在純矽中摻雜少許第 13（3A）族的硼 (B) 或鎵 (

35、Ga) ，因其只有 3 個價電子，造成在價帶上出現帶正電的電洞，因而增加導電性。4. 其他應用：(1) 發光二極體（LED）：利用半導體的電子，從傳導帶降至價帶時，以光的形式釋放能量。(2) 半導體雷射：利用半導體的 p-n 接合，發出高強度的光。(3) 光探測器：藉由半導體吸收光線，激發價帶的電子轉換成電能。下列有關物質導電性的敘述，何者不正確？(A)半導體的導電性隨溫度的升高而增大(B)金屬的價帶和傳導帶緊臨在一起，而能導電(C)離子晶體熔融後，因價帶和傳導帶能量差異甚小，而能導電(D)絕緣體的價帶和傳導帶之能量差異甚大，而不導電(E)金屬的導電性隨溫度的升高而下降。(C) 離子晶體熔融後

36、能導電是因為正、負離子能自 由移動。(C)【日大】範例 1半導體的導電性下列物質的能隙大小順序，何者正確？(A)半導體絕緣體金屬導體(B)金屬導體半導體絕緣體(C)絕緣體金屬導體半導體(D)金屬導體絕緣體半導體。金屬導體之能隙0，半導體之能隙小，絕緣體之能隙大。(B)類題 1-1在高純矽中，摻雜少量下列何種元素，可以形成 p 型半導體？(A) 5B(B) 16S(C) 29Cu(D) 32Ge(E) 33As。矽中摻雜少量第 13 族元素可形成 p 型半導體。(A)範例 2p、n 型半導體矽（Si）、鋁（Al）、硼（B）是在製造矽積體元件中常用到的元素，鋁是作為金屬導線，摻有硼的矽 Si(B)

37、，則是作為基材，試問下列材料中的導電性由高（左）至低（右）的順序，何者正確？(A) AlSiSi(B)(B) AlSi(B)Si(C) Si(B)AlSi(D) Si(B)SiAl。能隙大小：金屬導體半導體絕緣體導電性：n、p 型半導體純矽半導體 (B)類題 2-1（配合翰版課本 P.154、P.155；講義 P.155）二、液晶1. 定義：具有液態的流動性，又有結晶固體的物理、化學以及光學特性，是一種具特殊相態的材料。2. 組成：液晶分子的形狀大多為長條形，且具有極性的有機分子，在特定的光、熱、電場或磁場下，會出現晶體才有的分子規則排列的現象。3. 特性：(1) 液晶分子有兩個熔點，在兩熔點

38、間會形成具彩色的混濁物，此狀態稱為液晶態，當溫度高於較高的熔點時，則呈現透明的液態，溫度低於較低熔點時，則呈現具結晶的固態。苯甲酸膽固醇酯結構4. 應用：由於採用液晶作為顯示器具有體積小、耗電量微、操作電壓低等優點，並可設計成多色面板，所以產量持續增長中。(2) 上述因溫度變化，在一定的溫度範圍內呈現出不同液晶相的物質，稱為熱致液晶，可用來製成溫度計。(3) 因為液晶分子具有極性，可利用電場或磁場控制液晶分子的方向，使光源發生穿透、遮蔽或折射，我們便可看到光線的明暗或彩色的變化。（配合翰版課本 P.155 P.157；講義 P.156）三、導電聚乙炔定義：一種具導電性的高分子聚合物，又稱導電塑

39、 膠。2. 組成：(1) 日本科學家白川英樹合成出具有順式與反式結構的聚乙炔。(2) 聚乙炔的摻雜： p-摻雜：以碘氧化聚乙炔。C2H2n I2 C2H2nxxI3 n-摻雜：以鈉還原聚乙炔。C2H2nxNa C2H2nxxNa3. 導電原理：(1) 利用聚乙炔結構中所擁有的共軛雙鍵，使 電子不受原子束縛，能自由移動。(2) 由於聚乙炔的導電性相當於半導體，經過摻雜後生成的電洞或增加電子，提升在分子鏈上的導電性，可和一些金屬導體的導電性相當。4. 應用：由於製程簡單且價格較便宜，目前已製造出塑膠的電子零件、觸控面板、積體電路等。已知苯甲酸膽固醇酯（C34H49O2）是液晶的材料，實驗發現其有兩

40、個熔點：145.5 和 178.5 ，請問液晶態出現在哪一個溫度範圍內？(A)低於 145.5 (B)高於 178.5 (C)介於 145.5 和 178.5 之間(D)以上皆是(E)以上皆非。液晶態為介於液態（高於 178.5 ）的流動性和結晶固體（低於 145.5 ）之間的相態。(C)範例 3液晶的特性下列何種物質可作為液晶的材料？(A)離子化合物(B)非極性分子(C)共價網狀晶體(D)長條狀的極性分子。(D)類題 3-1在催化劑的存在下，將乙炔分子聚合可得到聚乙炔高分子，經摻雜後，其導電度可媲美金屬。回答下列問題：(1) 聚乙炔為加成聚合物或縮合聚合物？(2) 寫出由電石（碳化鈣）製造乙

41、炔的反應式。(3) 畫出聚乙炔的結構式。（需將 C 與 H 標出）(4) 在乙炔與聚乙炔中，碳原子各具有何種混成軌域？(5) 乙炔的衍生物苯乙炔亦可形成具有導電性之聚苯乙 炔，寫出苯乙炔的結構式。(6) 聚乙炔高分子為何能導電，請說明。【日大】範例 4導電塑膠聚乙炔(1) 加成聚合物(2) CaC2(s)2H2O() Ca(OH)2(aq)C2H2(g)(3)(4) 或【日大】範例 4導電塑膠聚乙炔(5) (6) 在聚乙炔高分子中，共軛雙鍵會因共振而形成 非定域的 電子，此非定域 電子可在高分子 內自由移動而導電。【日大】範例 4導電塑膠聚乙炔(B) 以鈉還原聚乙炔而形成 n-摻雜。類題 4-

42、1聚乙炔具有類似半導體的導電性，而半導體可藉由摻雜以提升其導電性，聚乙炔亦具有此特性。請問將聚乙炔摻雜下列何種物質後，會具有類似 n 型半導體的特性？(A) NaCl(B) Na(C) I2(D) Cl2(E) Si。 (B)（配合翰版課本 P.158 P.162；講義 P.157）四、奈米尺度與奈米技術1. 定義：(1) 奈米（nm）是一種長度單位1 nm109 m107 cm10 （埃）(2) 物質在長、寬、高三個方向中，至少有一個尺度在 1 100 nm 間的材料稱為奈米材料；傳統尺寸較大的材料，稱為塊材。(3) 常見物質尺度關係：尺寸（nm）物質尺度例子0.1 1.0原子與分子He、H

43、2O、C6H12O61.0 100奈米DNA、奈米碳管、C60100 10000微米紅血球、毛髮、塵蟎10000塊材螞蟻、碳粉、鑽石2. 奈米材料的特性：(1) 比表面積大：當物質的顆粒變小，單位體積的表面積（稱為比表面積）就會變大，到奈米尺度時，比表面積就變得更大。此時，奈米材料表面的原子數目占材料總原子數的比例較塊材大很多。(2) 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，均與塊材差異很大。：鋁由穩定材料變成極易燃燒的奈米鋁；金的正常熔點為 1063 ，2 nm 的奈米金熔點低於 400 ；矽由半導體變成導體的奈米矽；奈米結晶的陶瓷材料比一般陶瓷具有較大的延性及展

44、性。3. 奈米金：(1) 製法：將金溶解於王水中，生成四氯金酸（HAuCl4），再以不同濃度的檸檬酸鈉（C6H5O7Na3）還原，即可製得不同尺度的奈米金膠體溶液。AuHNO34HCl HAuCl4NO2H2O(2) 性質與應用： 具有良好的生物相容性，易與蛋白質結合，可作為藥物的載體，治療類風溼性關節炎。自然期刊專訪 林政鞍臺灣第一人 能作為催化劑，加速一氧化碳氧化成二氧化 碳，可製成防毒面具，防止一氧化碳中毒。4. 奈米銀： (1) 特性：由於奈米銀表面的銀原子在溶液或空氣中易失去電子，因此在奈米銀表面含有高比例的銀離子，而釋出的銀離子可穿透細菌的細胞膜，進入細菌體內與酶蛋白上硫醇基（SH）的硫鍵結，進而抑制細菌 DNA 和 RNA 的複製。(2) 用途：運用銀離子殺菌不會造成細菌的抗藥性，因此，奈米銀普遍用來作為抗菌製品。：奈米銀口罩、奈米銀繃帶、奈米銀襪子、奈 米銀內衣等。5. 奈米材料的危害：(1) 奈米粒子能進出細胞膜，可能對細胞造成影響。(2) 奈米材料若長時間、廣泛地被使用，對於環境與生物體的衝擊，將無法預料。下列有關奈米材料的敘述，哪些正確？(A)奈米材料為在長、寬、高三個方向的長度都在 1 100 nm 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