Transcript 基化二第3章a

目次
3-1 化石燃料
3-2 化學電池
3-3 常用能源
課本3-1 化石燃料
煤
化石燃料
(埋在地底的動植物遺骸，歷經數億
年後，分解成可燃燒的能源）
石油
天然氣
煤
• 在21世紀初，全球的煤炭蘊藏量估計有1兆噸，
2003年消耗量為50億噸。
• 組成：主要含有的元素是碳與氫，也有少量的
氮、硫等元素及微量的固態無機物。
• 用途：火力發電的燃料，也是許多化學原料的
來源（煤的乾餾）。
• 煤的反應。
煤的乾餾
• 乾餾：固態物質隔絕空氣，受熱分解。
煤的乾餾產物
煤氣
煤溚
煤焦
• 主要成分：
H2, CH4, CO。
•又稱煤焦油。
•可提煉苯、
甲苯、萘等
有機化合物。
• 又稱焦炭
• 可作為燃料
或工業上冶
煉金屬的還
原劑。
例題3-1
• 煤的乾餾過程中是否包含化學變化？
煤的乾餾過程中涉及原子重組，形成不
同分子，因此包含化學變化。
例如： 煤 (C, H)  煤氣 (H2, CH4, CO)
煤的反應
• 燃燒煤：
煤
燃燒
脫硫處理
• 水煤氣的製備：
煙灰及二氧化硫
石油
• 在21世紀初，全球的石油蘊藏量估計有170
兆桶(1油桶約為159升)，2003年消耗量為
290億桶。
• 組成：主要成分為烷類，以及不定比例的
氧、氮與硫的化合物。
• 從油礦開採出的石油稱為原油，原油的用
途有限，須經分餾。
• 一般常見的石油分餾產品及其用途。
石油的分餾
• 分餾：將複雜混合物依不同沸點分離成數
個部分的方法。
一般石油分餾物沸點範圍及用途
石油分餾的產品
• 分餾塔最上層分離出的是石油氣，石油氣
是重要的家用燃料，其中包含：
1. 天然氣
2. 液化石油氣
3. 石油醚
4. 汽油
天然氣
• 在21世紀初，全球的天然氣蘊藏量估計有170兆立
方米，2003年消耗量為2.7兆立方米。
• 組成：烷類的混合物，其中以甲烷及乙烷含量較多，
並摻雜少量二氧化碳、氮氣、二氧化硫與惰性氣體。
• 用途：工業用途及家庭燃料。
• 運輸及貯存時，常以低溫高壓的方
式壓縮成液態天然氣，其體積可減
為原來的數百分之一，節省成本。
天然氣的工業用途
液化石油氣及石油醚
• 液化石油氣：又稱為液態瓦斯，主要成分
是丙烷(沸點-42.1℃)和丁烷(-0.5℃)，經常壓
成液體，以利儲存和運送。
• 石油醚：許多具有揮發性及易燃
性碳氫化合物的混合物，與醚類
化合物不同。
汽油
• 來源：石油分餾或輕油裂解。
 輕油是沸點高於汽油而低於煤油的分餾混
合物。
 裂解：以加熱方式將大分子化合物分解成
小分子元素或化合物。
• 沸點範圍在30℃~180℃。
• 熱值：單位質量燃料所產生的燃燒熱(kJ/g)，
一般燃料的燃燒熱及熱值。
一般燃料的燃燒熱及熱值
熱值
最高
例題3-2
• 若以正辛烷代表汽油的主要成分，且其密
度為0.70g/cm3，請計算1公升汽油燃燒可提
供多少kJ熱。
1升汽油的質量：
1000 cm3 x 0.70 g/cm3 = 700g
可放熱：
700 g x 48 kJ/g = 33600 kJ
辛烷值
• 震爆：汽油在汽缸中燃燒時，發生不平穩的現象，
會減低引擎效率，還可能造成汽缸壁過熱或是活塞
損壞。
• 辛烷值：汽油抗震爆的標準。
規定正庚烷震爆情形嚴重，辛烷值為0。
異辛烷的震爆現象較低，辛烷值為100。
不同化合物的辛烷值。
低辛烷值的油品可利用重組反應提高辛烷值或加入
添加劑。
不同化合物的辛烷值
辛烷值的計算
• 若油品的抗震程度與體積百分率98%的異辛
烷及2%的正庚烷之混合物相當，則稱此汽
油為98汽油。
100(異辛烷)  98%  0(正庚烷)  2%  98
• 若油品的抗震程度與體積百分率95%的異辛
烷及5%的正庚烷之混合物相當，則稱此汽
油為95汽油。
100(異辛烷)  95%  0(正庚烷)  5%  95
講義3-1 化石燃料
一、煤
1. 煤的形成、成分與種類
2. 煤的乾餾
3. 煤的用途
二、石油
1. 石油的形成與成分
2. 原油分餾
3. 燃料熱值
4. 汽油與辛烷值
三、天然氣
煤的用途
(1) 火力發電廠燃料：
煤先做脫硫處理，以免造成環境污染。
(2) 製備水煤氣：
煤焦經高溫下，通入適量空氣及水蒸氣，
將煤轉化成水煤氣（又稱合成天然氣）。
C(s)＋H2O(g) → CO(g)＋H2(g) ΔH＝130 kJ
範例 3-1.1
• 下列有關煤的敘述，何者正確？
(A)煤為一種純碳
(B)煤乾餾所得氣態物質稱為水煤氣
(C)燃燒時黑煙最少的煤為無煙煤
(D)煤乾餾產物中，液態物質只能當燃料，
無法再提煉任何物質 [答] (C)
[解] (A)煤為混合物；(B)煤乾餾所得的氣體
稱為煤氣；(D)煤可再分餾出芳香烴類等化合物。
原油分餾
液化石油氣 (LPG)：石油氣加壓液化得到。
(1) 主要成分：
丙烷 (C3H8)和丁烷 (C4H10)。
(2) 無色、無味且無臭。加入硫醇當臭味劑，
方便漏氣時察覺。
燃料熱值
定義：單位質量（或體積）燃料燃燒熱（kJ／
g）稱為熱值。
分子量
（g／mole）
莫耳燃燒熱
（kJ／mole）
熱值
（kJ／g）
氫氣（H2）
2
－286
143
甲烷（CH4）
16
－879
55
丙烷（C3H8）
44
－2202
50
乙炔（C2H2）
26
－1304
50
汽油（C8H18）a
114
－5438
48
柴油（C16H34）b
226
－10653
47
甲醇（CH3OH）
32
－728
23
乙醇（C2H5OH）
46
－1373
30
焦炭（C）c
12
－393
33
一氧化碳（CO）
28
－285
10
燃料
熱值最大
汽油與辛烷值
震爆：
汽油蒸氣在汽缸內燃燒時，發生不平穩現
象，使引擎產生震動情況稱為震爆 。震爆
現象容易使引擎受損，並降低引擎動力。
辛烷值（ON）：
汽油抗震爆的標準，辛烷值愈高，震爆程
度愈低 。市售之92、95、98無鉛汽油中的
數值，即是標示其辛烷值。
汽油與辛烷值
支鍵結構
規
定
化
合
物
直
線
結
構
結
構
命
名
正庚烷
辛烷值
規定為0
（異辛烷正確名稱為
2,2,4-三甲基戊烷）
規定為100
辛烷值計算
辛烷值為95 ：
抗震程度等於含體積95％異辛烷與5％正庚
烷之混合物（ON＝100×95％＋0×5％＝95）
常見錯誤觀念：
汽油之成分就是95％異辛烷加5％正庚烷。
常見油品之辛烷值
可以小於、等於0
品名
辛烷值
品名
辛烷值
正辛烷
－10
苯
101
正庚烷
0
甲醇
133
正戊烷
62
乙醇
129
1-戊烯
34
甲基三級
丁基醚
116
1-丁烯
97
甲苯
111
異辛烷
100
也可以大於100
提高辛烷值的方法
(1) 摻合些有支鏈烷類、烯烴（不飽和烴）、
苯及芳香烴（含苯環為基體的烴類）。
(2) 加入少量四乙基鉛（(C2H5)4Pb）
但是會造成空氣的汙染，且使汽車的觸媒轉
化器之觸煤（鉑）會中毒而失效。
(3) 加入甲基三級丁基醚（MTBE）、甲醇、乙
醇或三級丁醇等添加物來提高辛烷值，又
稱加氧汽油。
範例 3-1.2
下列有關石油分餾的敘述，何者正確？
(A)原油分餾出的產物為純物質 (B)分餾塔
愈上層產物的沸點愈高 (C)原油分餾出的
石油醚是屬於有機化合物中的醚類 (D)分
餾法是利用沸點的不同來分離物質
[答] (D)
[解] (A)混合物；(B)沸點愈低；
(C)石油醚為烷類。
範例 3-1.3
下表為一般燃料的燃燒熱：
燃料
氫氣 甲烷 丙烷 汽油 焦碳 一氧化碳 甲醇
分子量
2
16
44 114 12
28
32
g／mole
燃燒熱
-68 -208 -526 -1299 -94
-68
-174
kcal／mole
(1) 完全燃燒1g的甲烷放熱若干kcal？
(A) 12 (B) 13 (C) 68 (D) 208
(2) 以單位重量計算，何者最適合作為火箭推進器的
燃料？ (A)液態氫 (B)甲烷 (C)甲醇 (D)汽油
範例 3-1.3
[答] (1) B ；(2) A
[解]
(1)（1／16）× 208＝13 ( kcal )；
(2)(A) 68／2＝34 ( kcal／g )；
(B) 208／16＝13 ( kcal／g )；
(C) 174／32＝5.4 ( kcal／g )；
(D) 1299／114＝11.4 ( kcal／g )
∴液態氫的熱值最大。
範例 3-1.4
下表為常見油品之辛烷值：
品名 正辛烷 正庚烷 正己烷 正戊烷 1-戊烯
辛烷值 －10
0
25
62
34
品名
1-丁烯 異辛烷
苯
甲醇
辛烷值
97
100
101
133
(1) 由表中數值及化學知識推測，下列敘述何者錯誤？
(A)正烷類碳數愈多，辛烷值愈低 (B)苯為很好的
內燃機燃料 (C)有支鏈的烷類比正烷類為更佳的汽
油燃料 (D)未來可能使用甲醇為汽車燃料
(2) 若汽油為80％之苯與20％之正己烷混合而成，約可
稱為何種汽油？(A) 80汽油 (B) 86汽油 (C) 98汽
油 (D) 101汽油
範例 3-1.4
[答] (1)Ｂ；(2)Ｂ
[解]
(1)苯之辛烷值雖高，但苯會誘發白血病
∴不適合當燃料
(2) 101×80％＋25×20％≒86。
範例 3-1.5
下列有關合成天然氣的敘述，何者錯誤？
(A)主要成分為CO與H2 (B)在高溫的煤炭中
通入空氣及水蒸氣可製得 (C)與天然氣的
主成分不同 (D)可利用煤乾餾製得
[答] (D)
[解] (A)合成天然氣即水煤氣；(D)煤乾餾的
產物是煤氣（H2、CH4、CO…）。
類題 3-1.5
(甲) H2；(乙) CH4；(丙) C2H6；(丁) C3H8；
(戊) C；(己) CO；(庚)H2O。上列物質中，
何者是天然氣的主要成分？
(A)甲、乙 (B)甲、己 (C)戊、庚
(D)甲、乙、己 (E)乙、丙
[答] (E)
[解] 天然氣主要是甲烷及乙烷等的混合物。
3-1 結束