能源與化學

1、第2章 自然界的物質,第4章 能源與化學,第3章 物質的形成與變化,第5章 生活與化學,第1章化學的世界,,第 4章 能源與化學 目 錄,4-4其他能源●核反應(影片欣賞)●質能轉換(例題4-3)●核能的運用●核能的其他和平用途 (進階例題10)●太陽能●多元能源的開發(fā) (進階例題11、進階例題12),●煤的組成●煤的干餾●水煤氣●煤的優(yōu)缺點【補充】●天然氣(進階例題6、進階例題7)4-3化

2、學電池●氧化還原反應●鋅銅電池(例題4-2)●干電池●堿性干電池●驗電條的神奇魔力【補充】●鉛蓄電池●鉛蓄電池放電與充電●汞電池●鎳鎘電池 (進階例題8、進階例題9),4-1能源與燃料●能源的種類(影片欣賞)●反應熱●影響反應熱的因素●莫耳燃燒熱與莫耳生成熱●反應熱的性質●燃料熱值(例題4-1、進階例題1)4-2化石能源●化石能源(影片欣賞)●石油分餾的主要餾份及用途 (進階例題2、進階例題

3、3)●汽油●汽油添加劑●熱裂解●石油產品知多少?【補充】(進階例題4、進階例題5),回頁首,能源的種類,3.其他能源：地熱、波浪、潮汐,2.太陽能,●化石燃料：如煤、石油、天然氣等?！?核能：鈾-235進行核分裂產生的能源。,1.目前人類的主要能源是 及 。,化石燃料,核能,請按黃色按鈕,反應熱,△H＝(生成物能量的總和)－(反應物能量的總和),吸熱反應

4、 放熱反應 .,△H＞0,△H＜0,影響反應熱的因素,1.化學反應熱會受到反應型態(tài)、反應物的量、物質狀態(tài)、溫度及壓力等因素的影響。2.反應熱與反應過程 ，不受催化劑的影響。3.以 時的反應熱作為標準反應熱。4.以反應方程式表示反應的能量變化時， 除了寫出反應物及生成物，尚須標示 物質狀態(tài)及反應熱，此方程式稱 為

5、 。,無關,1atm、25℃,熱化學方程式,,在1atm及25℃時，1.0莫耳物質完全燃燒所引起的熱量變化，稱為該物質的　　　　　　。,H2(g) ＋½ O2(g) ─→ H2O(l) △H＝ kJ,氫的莫耳燃燒熱也是 。,－286,水的莫耳生成熱,莫耳燃燒熱,莫耳燃燒熱與莫耳生成

6、熱,反應熱的性質,2.反應物相同，生成物不同，則反應熱 。 C(s)＋O2(g) ─→CO2(g) △H＝ －394 kJC(s)＋1/2 O2(g)─→CO(g) △H＝ kJ,1.反應物愈多，反應熱愈 。 H2(g)＋1/2O2(g) ─→ H2O(l) △H＝ －286 kJ2 H2(g)＋O2(g) ─→ 2 H2O(l)

7、 △H＝ kJ,－572,－110,大,不同,3.反應物生成物均相同，狀態(tài)不同，則反應熱 。 H2(g) ＋1/2O2(g) ─→ H2O(l) △H＝－286 kJ H2(g) ＋1/2O2(g) ─→ H2O(g) △H＝－242 kJ H2O(l) → H2O(g ) △H＝ kJ,不同,44,燃料熱值,●燃料的熱值常以

8、 來表示● 熱值愈高的燃料就是 的燃料。,千焦/千克(kJ/kg),較佳,常見燃料熱值,例題4-1,,,燃燒一莫耳氫氣可放熱286 kJ，計算氫氣的熱值有多少kJ/kg？,一莫耳氫氣的質量2.0克，1000克氫氣等于500莫耳，燃燒后共放熱286 kJ×500＝143000 kJ，所以氫氣的熱值為143000 kJ/kg。,參考解答,,,進階例

9、題1,已知甲烷(CH4)的莫耳燃燒熱為－880kJ，乙烷(C2H6)的莫耳燃燒熱為－1540kJ，若以同重量計算，何者放熱量較大？,參考解答 甲烷,甲烷(CH4＝16)，乙烷(C2H6＝30)，每克的燃燒放出熱量大小為 ＞故燃燒熱值(kJ/kg)：甲烷＞乙烷,化石能源,●石油主要是 的混合物● 烴類也稱為 ?！窭没旌衔镏懈鞒煞莸姆肿恿考胺悬c的差異，將不

10、同的成分分開，稱為 。,烴類,碳氫化合物,分餾,請按黃色按鈕,石油分餾的主要餾份及用途,,,進階例題2,石油是由烴類化合物組成的混合物，右圖是精煉石油的分餾塔簡圖，碳數(shù)約為13-19的餾份由丙出口流出，(1)甲出口與丙出口的餾份相比，下列敘述何者正確？,參考解答(C),(A)兩者的沸點一樣(B)甲出口之餾份的平均分子量比丙的大(C)丙出口之餾份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,,,進階例題3

11、,(2)有關各出口餾份的性質與用途，下列敘述何者正確？,參考解答(D),(A)甲出口之餾份是氣體，冷凝收集后，多用作飛機燃油(B)乙出口之餾份的碳數(shù)超過30，多用作工業(yè)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余物，如瀝青

12、 【91學測】,汽油,1.引擎震爆(knocking)：汽油蒸氣在內燃機汽缸內燃燒時產生高壓氣體，推動活塞轉動，若因燃燒太快使活塞受力不均勻，會產生引擎震爆現(xiàn)象，損害引擎且減低引擎動力。2.燃料的抗震爆程度以燃料的 表示。3.辛烷值愈高，燃料燃燒時產生震爆程度愈 。4.訂定標準： 正庚烷(C7H16)震爆程度嚴重，辛烷值定為 。 異辛烷(C8H18

13、)震爆程度小，辛烷值定為 。5.市售95汽油(O.N.＝95)震爆程度 由體積95%異辛烷 和5%正庚烷混合燃料的震爆程度。,辛烷值(O.N.值),小,0,100,相當于,汽油添加劑,1.含鉛汽油：,●在汽油中添加少許 以提高其辛烷值● 并加入少量 作為鉛的清除劑，使燃燒后生成易揮發(fā)的

14、溴化鉛PbBr2● 缺點：燃燒后產生鉛化合物的污染,四乙基鉛[Pb(C2H5)4],二溴乙烷,●在汽油中添加 (簡稱MTBE)及醇類等以提高其辛烷值?！?燃燒后不會造成鉛污染的問題。,甲基第三丁基醚[CH3OC(CH3)3],2.無鉛汽油：,熱裂解,● 烷類經高溫強熱加上適當催化劑發(fā)生 ?！?丙烷裂解生成丙烯、乙烯、甲烷、氫等小分子。,熱裂解,裂解───→

15、(加熱、催化劑),(丙烯),(氫),(甲烷),(乙烯),石油產品知多少？　　　　【補充】,數(shù)據鏈路～中國石油(股)公司網站－石油教室,氣體類產品：如天然氣、液化天然氣、丙烷等。,燃料類產品：如汽油、煤油、燃料油等。,潤滑油脂：按用途分　1.車輛與機動機械用潤滑油脂　2.工業(yè)機械用潤滑油脂　3.船舶用潤滑油脂,柏油類產品,溶劑類產品：如油漆溶劑、去漬油等。,石油化學品：如乙烯、丙烯、甲苯等。,,,進階例題4,有關石油與烷類的敘述，何

16、者正確？,(A)熱裂煉是將較大的烷類分子轉變成經濟價值高的小分子(B)石油醚是由原油分餾而得的純質，是一種化合物(C)常溫常壓下丙烷與丁烷為氣體，高壓下則液化成高揮發(fā)性的液體(D)鉀丟入石油醚中，會燃燒爆炸(E)實驗室用的正己烷主要是由石油中分餾而得,,進階例題4,,參考解答 (A) (C),(B)石油醚是混合物(D)石油醚為烷類的混合物，與金屬鉀不反應，故堿金屬儲存于煤油或柴油中(E)石油分餾僅能獲得混合物,,,進

17、階例題5,有關汽油抗震爆能力和辛烷值的下列敘述，何者正確？,(A)抗震爆能力：95無鉛汽油＞92無鉛汽油 (B)含鉛汽油是指汽油中含有PbO2添加劑 (C)辛烷值愈高的汽油，其抗震爆能力愈低 (D) 98無鉛汽油中異辛烷的體積占98﹪,,進階例題5,,參考解答 (A),(B)含鉛汽油是指汽油中含有四乙基鉛添加劑(C)辛烷值愈高的汽油，其抗震能力愈高(D) 98無鉛汽油是指汽油抗震程度相當于體積比異辛烷：正庚烷＝98：2

18、混合物的抗震程度，并非一定含有98%的異辛烷,煤的組成,1.煤(coal)是埋在地下的 ，受到長期地熱與高壓逐漸碳化而形成的黑色固體物質。2.煤主要成分是 及少量硫、氮、氫和氧，燃燒時會產生硫及氮的氧化物，造成酸雨。,植物,碳,,煤的干餾,將煤隔絕空氣強熱至高溫分解,● 煤氣與水煤氣都沒有特殊氣味，但均含劇毒的 ，故須添加微量

19、 氣體，因其臭味在氣體外泄時易生警覺。,●煤焦在高溫下與水蒸氣反應產生一氧化碳和氫氣為主的混合氣體，俗稱 ，是工業(yè)上的重要燃料。,水煤氣,,水煤氣,C(s)＋H2O(g) ─→ CO(g)＋H2(g),一氧化碳,二乙基硫(C2H5)2S,煤的優(yōu)缺點　　　　　　　　【補充】,1.天然氣主要由 、 組成，是低碳數(shù)的烷類混合物。,天然氣,3.天然氣

20、也可用來制造氫氣、氨、尿素及甲醇等重要的化學工業(yè)原料。,甲烷,乙烷,2.天然氣無臭無毒且熱值高，是理想的燃料。,,,進階例題6,下列有關煤之敘述，下列何者正確？,(A)依含碳量比而言：泥煤＞褐煤＞煙煤＞無煙煤(B)煤經干餾后其氣相產物稱為水煤氣(C)苯、萘可自煤 中分餾而得(D)干餾煙煤所得之產物，幾全為無機化合物(E)焦煤可用作冶鐵與煉鋼,,進階例題6,,參考解答 (C) (E),(A)依含碳量比而言：泥煤＜褐煤

21、＜煙煤＜無煙煤(B)煤經干餾后其氣相產物為煤氣(D)干餾煙煤所得之產物，除焦炭外大部分為有機化合物,,,進階例題7,關于化石燃料的成分，下列那些正確？,(A)天然氣的主要成份為CH4、C2H6(B)水煤氣的主要成份為CO、H2O(C)煤氣的主要成份為CH4、H2、CO(D)液化石油氣的主要成份為含碳數(shù)C4 ~ C6的烷類(E)煤氣與水煤氣均有臭味，是因為含有具有臭味的苯及甲苯,,進階例題7,,參考解答 (A) (C)

22、,(B)水煤氣的主要成份為CO、H2 (D)液化石油氣的主要成份為丙烷與丁烷(E)煤氣與水煤氣的臭味是有機硫化物添加劑,氧化還原反應,1.氧化：失去電子稱為 反應，為 。2.還原：獲得電子稱為 反應，為 。3.氧化還原必同時發(fā)生,氧化,還原劑,還原,氧化劑,Zn(s)＋Cu2+(aq)─→ Zn2+(aq)＋Cu(s),電子 電

23、子 . . 劑 劑,還原,氧化,失去,獲得,還原,氧化,鋅銅電池,,陰極(正極) 電子流(導線) 陽極(負極),←─,←─,Zn(s)＋Cu2+(aq) ─→ Zn2+(aq)＋Cu(s),銅棒質量 。 鋅棒質量 。溶液藍色變 。 溶液顏色 。,不變,減輕,增加,淡,例題4-2

24、,,,已知銅金屬放出電子的能力大于銀。將銅棒置于裝有1.0M硝酸銅水溶液的燒杯中，將銀棒置于裝有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，請指出：,(1)電池的凈反應式(2)陽極與陰極(3)電子流動方向,例題4-2,,參考解答,(1)銅金屬放出電子的能力大于銀，所以電池的凈反應為： Cu(s)＋ 2Ag＋ ─→ Cu2＋ ＋ 2Ag(s)(2)銅棒上發(fā)生氧化反應，所以銅

25、棒是陽極，銀棒上發(fā)生還原反應，所以銀棒是陰極。(3)電子由銅棒(陽極)經外電路流向銀棒(陰極)。,干電池（勒克朗舍電池）,●電極： 為陽極， (石墨棒)為陰極，屬于惰性電極?！?電解質： 、氯化鋅(ZnCl2)及二氧化錳(MnO2)的糊狀混合物?！?電壓為 伏特● 電池,鋅罐,碳棒,氯

26、化銨(NH4Cl),1.5,一次,,堿性干電池（勒克朗舍電池的改良）,●干電池缺點：碳棒上最初生成 及 ，會阻礙碳棒界面上的反應，稱為 。 (1)電解質中氯化鋅吸收 。 (2)二氧化錳作為氧化劑與 反應生成Mn2O3及水● 堿性干電池以 取代氯化銨，使電解質呈堿性，放電時不產生氣體，電

27、壓變動小，放電容量大，不易產生漏液現(xiàn)象，耐寒性也較佳。,氨氣,氫氣,極化,氨氣,氫氣,氫氧化鉀,【補充】,市面上有些電池，只要按住正負極的兩點就可測出剩余的電力，這是為什么呢？,驗電條的神奇魔力,鉛蓄電池,●電極：陽極為金屬 ，陰極為 (PbO2)●電解質： ， ● 電壓：每一個單位為 伏特，汽車用電池是由6個單位串聯(lián)成12伏特●

28、 電池,鉛,二氧化鉛,硫酸,2,二次,鉛蓄電池放電與充電,●放電時：鉛金屬釋出電子產生 ，二氧化鉛得到電子亦反應成 ，兩電極重量均 ，電池電壓會逐漸減小。,●充電時：外接直流電源的負極接在 電極(陰極)，正極接在 電極(陽極)上。,硫酸鉛(PbSO4),硫酸鉛,增加,鉛,二氧化鉛,汞

29、電池,●電極：陽極為 粉陰極為 ?！?電解質： ?！?電壓：約為 伏特● 含有汞金屬，須嚴格回收● 以 取代氧化汞，可避免嚴重污染,鋅,氧化汞(HgO),氫氧化鉀,1.35,氧化銀,鎳鎘電池,1.電極：陽極為 金屬，陰極為 。2.電解質：

30、 。3.電壓約為 伏特4. 電池，多用于預備電源、安全照明、攝影機等。,鎘,氧化鎳,氫氧化鉀,1.3,二次,,,,進階例題8,關于勒克朗舍電池(干電池)，下列敘述何者正確？,(A)以碳棒為陽極(B)陽極反應為Zn2＋＋2e－─→Zn(C)電解質為MnO2、NH4Cl和ZnCl2的混合物(D) MnO2是還原劑,參考解答 (C),(A)以碳棒為陰極(B)陽極反應為Zn─→

31、Zn2＋＋2e－(D)MnO2是氧化劑,,,進階例題9,下列關于常用電池的敘述，何者正確？,(A)堿性干電池以鋅為正極，二氧化錳為負極，以氫氧化鉀的糊狀物為電解液(B)鎳鎘電池可重復充電，為二次電池的一種(C)鉛蓄電池以二氧化鉛為正極，以稀硫酸為電解液(D)鉛蓄電池必須回收，以防止鉛的污染(E)干電池放電后，電池內水分減少，故稱為干電池,,進階例題9,,參考解答 (B) (C) (D),(A)堿性干電池以鋅為負極，碳棒

32、為正極，以氫氧化鉀的糊狀物為電解液。(E)干電池放電后，電池內水份增加。,核反應,1.放射性：自然界中不穩(wěn)定的原子核會釋放出射線或能量，本身蛻變成不同原子核。2.射線：原子核蛻變放出的射線主要有三種： α-射線(即 )，β-射線(即 )，γ射線(高能 )。,. .,α-射線,β-射線,

33、電磁波,氦核,電子,請按黃色按鈕,1.愛因斯坦在相對論中提出：E＝ 。2.單位：能量(E)? ，物質質量(m)? ，c為光速? 。3.每克物質可轉換成 焦耳的能量 E＝mc2＝(1×10－3kg)×(3×108m/s)2＝

34、 。4.鈾-235的核分裂反應，質量損耗率約0.095% 每公斤鈾-235反應約產生 焦耳的能量,質能轉換,mc2,千克,3×108公尺/秒,9×1013,9×1013J,8.5×1013,焦耳,例題4-3,,,請參考表4-1計算出每公斤鈾-235原子核的核分裂反應產生的能量，約為每公斤液化石油氣燃燒熱值的多少倍？,例題4-3,,參考解答,表4-1液化

35、石油氣燃燒熱值為46000~50000kJ/kg，每公斤鈾-235原子的核分裂反應產生的能量8.5×1013J=8.5×1010kJ8.5×1010kJ÷50000kJ=1.7×106倍即同質量的鈾核反應產生的能量大約是液化石油氣的一百七十萬倍。,核能的運用,1.核反應器又稱反應爐。2.反應爐內有燃料棒、控制棒、傳導熱的水。3.燃料棒含濃度3~5％的鈾-235。4.控制棒是以

36、能吸收中子的材料，如鎘金屬或硼。5.依熱傳遞方式不同而分為沸水式及壓水式。,核能的其他和平用途【補充】,6.建筑結構分析檢查。,5.農產品的抗芽及滅菌、滅蟲。,4.太空探測。,3.醫(yī)療使用：核子醫(yī)學及滅菌消毒。,2.利用半生期，估計古生物的年代。,1.放射線標定：化學反應機構的研究 、地下水的含量研究、生物的遷移 研究。,,,進階例題10,(A)鈷60釋放加馬(γ)射線，屬短暫半生期之同位素，通常藉注射或口服作診療之用。

37、(B)核磁共振顯影儀是利用放射性原理的診斷儀器(C)兩種放射性同位素，同時由相同的原子數(shù)目開始衰變，在同一時段內衰變的數(shù)目，半生期短者比半生期長者為多。(D)放射性同位素的應用，是利用放出的γ射線殺死細菌或病毒。 【89推甄】,核能的和平用途日廣，在醫(yī)學診斷與治療上的應用有莫大價值。下列有關核子醫(yī)學或放射性同位素的敘述，那一項是正確的？,

38、,進階例題10,,參考解答 (C),(A)鈷60(半生期5.26年)釋放加馬(γ)射線，利用儀器照射，不是注射或口服之用。(B)核磁共振顯影儀利用的核磁共振光譜，不是由核放射所產生。(D)放射性同位素的主要應用，是利用放出的γ射線殺死癌細胞。,太陽能,光合作用：6CO2 ＋6H2O ─→ ＋6O2,C6H12O6,氫,氧,2.太陽能電池電解水，產生 及 ，以化學能儲

39、存。,多元能源的開發(fā),5.海洋溫差：深海與海平面的溫差約在25℃左右，利用溫差發(fā)電。,4.潮汐：海水每天有兩次漲退潮，利用潮差發(fā)電。,3.風力：澎湖七美島風力發(fā)電廠；荷蘭的風車。,2.地熱：宜蘭的清水地熱發(fā)電廠,1.水力：明湖抽蓄水力發(fā)電廠。,6.垃圾能源：內湖的垃圾焚化爐,7.生質能源：綠色植物經干燥后可作為燃料，其再制品例如乙醇等亦可作為燃料，另外農牧業(yè)廢棄物產生的沼氣(主要為甲烷)，可燃燒產生熱能。,,,進階例題11,光合作用反應

40、步驟雖然繁雜，但其反應可歸納為下列那一種？ 【88推甄】,(A)化學能轉為化學能的反應(B)光能轉為熱能的反應(C)熱能轉為化學能的反應(D)光能轉為化學能的反應,參考解答 (D),太陽的光能由葉綠素吸收，經過復雜的生化反應轉為化學能，儲存于葡萄糖中。,,,進階例題12,下面有關各種形態(tài)的能量相互轉換的敘述中，那一項是錯誤的？ 　　　　　　　　　　【86推甄】,(