第 4章能源與化學

4-1 能源與燃料

•使用的主要能源有 _______ 燃料與 _____ 能。(1)(1) 化石化石燃料燃料 :: 指古代有機物長期埋藏地下，經高溫、高壓產生指古代有機物長期埋藏地下，經高溫、高壓產生

質變而形成的燃料，包括質變而形成的燃料，包括煤煤、、石油石油及及天然氣天然氣(2)(2) 核能 核能 :: 原子核進行原子核進行核分裂核分裂 (( 鈾鈾 -235)-235) 或或核融合核融合 (( 太陽太陽 )) 產生的能量。產生的能量。

(3)(3) 其他能源其他能源有「生質能」有「生質能」 (( 為化學能的一種為化學能的一種 ):): 水力、風力、波水力、風力、波浪、浪、

潮汐能，以及地熱。潮汐能，以及地熱。

(b)(b) 太陽能太陽能 :: 自然界的能源多由太陽的光與熱直接或間接轉變產自然界的能源多由太陽的光與熱直接或間接轉變產生的生的。。

(a)(a) 最早使用的能源最早使用的能源 ---- 直接由生物體所產生的「生質能」直接由生物體所產生的「生質能」

反應熱 :

∆H>0 ∆H<0

反應熱的三大性質 :1 、反應熱和反應物或產物莫耳數成 ____ 。2、正反應和逆反應的反應熱為 _________ 。3、反應熱與反應物和產物狀態有關。 (反應熱受溫度、壓力影響 )

即反應型態、反應物與生成物的量、物質狀態、溫度、壓力等有關。

Ps1:Ps2:

通常以 1atm 、 25℃時的反應熱作為計量標準。

須註明溫度 (無註明時概指 25℃)及狀態 (因反應熱與物質的狀態有關 )

正比等值異號

•相同反應物但不同生成物，則∆ H 不同

C(s)+O2(g)CO2(g) H= － 394 kJ ；

C(s)+O2(g) CO(g) H= － 110 kJ

)(2)(2)(2 2

1lgg OHOH H=－ 286 kJ

)(2)(2)(2 2

1ggg OHOH H=－ 242 kJ

•相同反應物與生成物，但狀態不同，則 ∆ H 不同

…放熱反應

…放熱反應

不同

44

例 1:COCO(g)(g)+H+H 2 (g) 2 (g) 稱為「水煤氣」，其稱為「水煤氣」，其生成為吸熱反應：生成為吸熱反應：

CC(s)(s)+H+H22OO(g) (g) COCO(g(g))+H+H2(g)2(g) ∆∆H=133kJH=133kJ ；；

或或 CC(s)(s)+H+H22OO(g) (g) +133kJ+133kJ COCO(g)(g)+H+H2(g)2(g)

水煤氣燃燒時為放熱反應水煤氣燃燒時為放熱反應：： COCO(g(g))+1/2+1/2oo2(g)2(g) COCO22 (g) (g) ∆∆H=H= －－ 284kJ284kJ ， ， HH22 (g)(g)+1/2+1/2oo2(g)2(g) HH22O O (g) (g) ∆∆H=H= －－ 243kJ243kJ

或 或 COCO(g(g))+1/2+1/2oo2(g)2(g) COCO22 (g) (g) +284kJ+284kJ

HH22 (g)(g)+1/2+1/2oo2(g)2(g) HH22OO+243kJ+243kJ(g)(g)

解解 :A:A

類類 1:1:

例例 2:2:

解 :

C2H5OH (g) +3O2 (g) 1 (g)2CO2 +3 H2O (g)

C2H5OH (l) +3O2 (g) 2CO2 (g)+3H2O (l)423

四反應放出的熱分別為四反應放出的熱分別為 Q1Q1 、、 Q2Q2 、、 Q3Q3 、、 Q4Q4 ，試比較其大小。，試比較其大小。

Q2>Q1>Q4>Q3Q2>Q1>Q4>Q3

莫耳燃燒熱莫耳燃燒熱 ::1atm1atm 、、 25℃25℃ 時，時， 1mol1mol 物質完全燃物質完全燃燒時所放出的熱量 ，∆燒時所放出的熱量 ，∆ HH 恒恒 ______ ‹0

莫耳生成熱： 1atm 、 25℃時， 1mol 物質由成分元素生成時引起的熱量變化。

)(2)(2)(2 2

1lgg OHOH H=－ 286KJ..H2O(l) 的莫耳生成

熱

C(s)+1/2O2(g) CO2(g) H= － 394 Kj..CO2 的莫耳生成熱

例 3:

解 :KOH(s)KOH(aq) ∆ H=H= －－ 3.8kcal3.8kcal

1 莫耳 KOH 溶入水後釋出 3.8kcal 的熱量，試以熱化學反應式描述此一反應。

類3:

解 :B

類 4:D

類 5:A

4-1.24-1.2 熱值熱值•純物質的燃燒所放出的能量常以純物質的燃燒所放出的能量常以燃燒熱燃燒熱 表之。•燃料多為混合物，故燃料化學中採用熱值（或稱燃料多為混合物，故燃料化學中採用熱值（或稱為發熱量為發熱量 ;; 質量燃燒熱，單位質量燃燒熱，單位 kJ/kgkJ/kg ）表示。）表示。

單位換算單位換算 ::11 卡卡 =1=1 公克水升高公克水升高 1℃1℃ 所需的熱量所需的熱量 =4.2=4.2 焦耳焦耳

• 低碳數低碳數的的熱值較大熱值較大，，熱值愈大則燃料的經濟價值熱值愈大則燃料的經濟價值愈高愈高。。

• 低碳的烷類低碳的烷類反而反而具有具有較較高高的的單位質量燃燒熱單位質量燃燒熱，而，而氫氣的熱值是所有物質中最高的氫氣的熱值是所有物質中最高的 ( 284240 kJ/k( 284240 kJ/kg )g ) ，燃燒時又不會產生空氣污染物，被認為是，燃燒時又不會產生空氣污染物，被認為是最乾淨、最具潛力的能源。但不會是家用燃料，最乾淨、最具潛力的能源。但不會是家用燃料，因體積大、不易儲存，而且有爆炸之虞。因體積大、不易儲存，而且有爆炸之虞。

• 碳數較多碳數較多的燃料的燃料含含有有較高較高的的莫耳燃燒熱莫耳燃燒熱。。

【類【類 66 】】 : : 燃燒一莫耳氫氣可放熱燃燒一莫耳氫氣可放熱 286Kj286Kj ，計算，計算氫氣的熱值為多少氫氣的熱值為多少 kJ/kgkJ/kg??

【類 8】 1莫耳 KOH 溶入水後放出 3.8 仟卡的熱量，試以熱化學反應式描述此一反應。

【類 7】 :在 1atm 、 25℃下，一莫耳乙烷燃燒熱1560KJ ，試寫出其熱化學方程式?

解解 :: 一莫耳氫氣重一莫耳氫氣重 :2:2 克 克 286/2X1000=143000286/2X1000=143000 【答【答 :143000kJ/kg:143000kJ/kg 】】

4-2 4-2 化石能源化石能源•化石燃料 : 泛指 ____ 、 ___ 、 _____ 。•化石燃料的消耗會造成空氣中的 ______ 濃度增高，引起溫室效應。

•石油 : 是古代動物或植物殘骸經地熱與壓是古代動物或植物殘骸經地熱與壓力之作用逐漸轉化而成。力之作用逐漸轉化而成。初採出時開採石開採石油時，油時，地下氣体或地下水的壓力使石油噴地下氣体或地下水的壓力使石油噴出地面出地面，而得黑褐色黏稠狀多種，而得黑褐色黏稠狀多種烴烴 (( 碳氫碳氫化合物化合物 )) 的混合物（主成分為的混合物（主成分為烷烷 (( 通式通式 CCnHH2

n+2)) ）的液體）的液體稱 ________ 。

煤 石油 天然氣co2

石油

利用原油中各成分沸點的差異，將原油蒸餾後，在不同的 利用原油中各成分沸點的差異，將原油蒸餾後，在不同的 溫度下收集，可依溫度下收集，可依沸點沸點範圍範圍分成數個部分的混合物分成數個部分的混合物，而，而

不同的成分分開的方法，稱不同的成分分開的方法，稱 ______________ 。。分餾裝置及原油分餾的主要餾分及用途 :【取自泰宇基化】•

分餾

•Ⅰ、工業上使用分餾塔 (底部放置原油 ) : 原油氣(約 400℃) 被送入 ______ 時，沸點高的油氣首先被冷卻並被收集於底層的收集盤內 ; 沸點低者，得以繼續爬昇至較高的冷凝杯中，再被收集。

•Ⅱ、分子量小者⇒沸點 _____ ，該成分由塔高處分餾出。

• Ⅲ、分子量大者⇒沸點 _____ ，該成分由塔低部分餾出。• Ⅳ 、沸點大小 :__________＜ __________＜ __________＜ __________＜ ___________＜ _________ 。

• Ⅴ、石油為烴類化合物的混合物，主要成分為 ________ 類 ( )

• Ⅵ液化石油氣簡稱 _________: 以 _____________ 和 ___________ 為其主成分，為方便，常以 ________ 態形式儲存和運送 ;( 因液化後的体積為原有的 1/600) 。

分餾塔

低

高

烷類

CnH2n+2 LPG 丙烷丁烷 液

辛烷值（辛烷值（ O.N.O.N. ））• 汽油是內燃機的燃料，汽油蒸氣在汽缸內燃燒時產生高壓的氣体，可推動活塞、轉動引擎，若因燃燒太快使活塞受力不均勻，產生不正常的燃爆，即為引擎的震爆現象，震爆容易損害引擎且減低引擎動力。為了比較各種燃料的抗震爆程度，以燃料的辛烷值（ O.N. ）表之。由下表知，其可為正、負整數值

正庚烷易在汽缸內壁造成 _________現象，不僅減低引擎效率，更可能造成汽缸過熱或活塞損裂，故其 100% 正庚烷的辛烷值訂為 ______ 。相反的， 100% 異辛烷卻可順利推動內燃機運轉，因此，目前汽油的品級均以其為標準訂為 ______

3 、 ______汽油 :油品的抗震性質若和含 98% 異辛烷及 2% 正庚烷的汽油相似，則稱之。

4、 ______汽油 :油品的抗震性質若和含 95% 異辛烷及 5% 正庚烷的汽油相似，則稱之。

5、 ______汽油 :油品的抗震性質若和含 92% 異辛烷及 8% 正庚烷的汽油相似，則稱之。

震爆

0

10098

95

92

7 、添加抗震劑四乙基鉛 Pb(C2H5)4(如 1ml/L，可提高辛烷值至 90) ，成為俗稱的「含鉛汽油」。但四乙基鉛燃燒時會產生 PbOx 沉積於引擎，阻塞燃燒，因此需加入除鉛劑 1 ， 2－二溴乙烷 CH2BrCH2Br，使生成揮發性 PbBr2隨廢氣排出。但是卻也因此造成了空氣污染，引起兒童腎臟病變、終身學習不良。而且鉛會破壞汽車之觸媒轉化器中的觸媒 Pt(催化烴及 CO氧化、 NOx分解成 N2和 O2) 。

8、有些國家已禁止販售含鉛汽油。目前已改用加氧汽油⇒如加醇類（ ）或 ____________者稱加氧汽油 .以提高辛烷值。

9、烷經高溫強熱並加上適當的催化劑，可將較大的分子熱烷經高溫強熱並加上適當的催化劑，可將較大的分子熱裂解成較小的分子，例裂解成較小的分子，例如：丙烷丙烯、氫、乙烯、甲烷；輕油如：丙烷丙烯、氫、乙烯、甲烷；輕油 (( 含石油醚含石油醚 )) 乙烯、乙烯、丙烯、丁二烯及裂解汽油，以這些物質為原料可製得各丙烯、丁二烯及裂解汽油，以這些物質為原料可製得各種石油化學品。種石油化學品。

甲醇 3-甲基 -丁基醚

例例 44:: 下列有關下列有關汽油與辛烷值汽油與辛烷值的敘述，哪些是的敘述，哪些是正確的正確的？　？　 (A)(A)加氧加氧汽油（汽油（ oxygenated gasolineoxygenated gasoline）是指於汽油中添加氧氣　）是指於汽油中添加氧氣　 (B)(B)臺灣臺灣現在在加油站販賣的無鉛汽油有 現在在加油站販賣的無鉛汽油有 9292 、、 9595 、、 98 98 無鉛汽油　無鉛汽油　 (C) 8(C) 877汽油一定是該汽油僅含異辛烷與正庚烷，且其體積百分比為 汽油一定是該汽油僅含異辛烷與正庚烷，且其體積百分比為 8787：：1313　　 (D)(D)可藉由適當的添加劑以提高油品的辛烷值　可藉由適當的添加劑以提高油品的辛烷值　 (E)(E) 一般低辛一般低辛

烷值的油品可利用重組反應（烷值的油品可利用重組反應（ reformingreforming ）提高辛烷值）提高辛烷值。。

例 5: 試估計異辛烷與正庚烷以 4： 1 體積比混合在一起所得之汽油的辛烷值。

例 6: 下列有關汽油的敘述何者不正確？ (A) 含鉛汽油是指汽油中含有 (C2H5)4Pb (B)汽油含鉛的目的在於幫助汽油完全燃燒 (C)汽油和空氣混合在汽車引擎內燃燒，會使空氣反應生成 NO　 (D)汽油是烴類混合物(E)汽油的辛烷值是表示汽油分子的分子量大小。

【答【答 : B: B 、、 D D 、、 E E 】】

【答 :80 】

【答 :B 、 E 】

例例 77:: 觸媒轉化器可以減少何種廢氣的排放量？　觸媒轉化器可以減少何種廢氣的排放量？　 (A)(A)一氧化碳　一氧化碳　 (B)(B) 臭氧　臭氧　 (C)(C) 氮氧化物　氮氧化物　 (D)(D) 碳氫化合物碳氫化合物

　　 (E)(E) 二氧化硫。二氧化硫。

類 9: 原油的提煉過程， 是利用沸點的不同而分離出各種不同的產物。這過程稱為　 (A) 乾餾　 (B)裂解　 (C) 分餾　 (D)蒸餾。【答 : C 】

類 10: 石油經分餾可得各產物如下，何者有誤？　(A)汽油： C5至 C12　 (B) 石油醚： C5至 C6　 (C)煤油： C20至 C40　 (D)天然氣： C1至 C4。

【答 : C 】

【答【答 :ACD :ACD 】】