能源與化學(xué)

1、第2章 自然界的物質(zhì),第4章 能源與化學(xué),第3章 物質(zhì)的形成與變化,第5章 生活與化學(xué),第1章化學(xué)的世界,,第 4章 能源與化學(xué) 目 錄,4-4其他能源●核反應(yīng)(影片欣賞)●質(zhì)能轉(zhuǎn)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(xué)電池●氧化還原反應(yīng)●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(yīng)熱●影響反應(yīng)熱的因素●莫耳燃燒熱與莫耳生成熱●反應(yīng)熱的性質(zhì)●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(chǎn)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?zé)?、波浪、潮?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(chǎn)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(yīng)熱,△H＝(生成物能量的總和)－(反應(yīng)物能量的總和),吸熱反應(yīng)

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

5、 。,無關(guān),1atm、25℃,熱化學(xué)方程式,,在1atm及25℃時，1.0莫耳物質(zhì)完全燃燒所引起的熱量變化，稱為該物質(zhì)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(yīng)熱的性質(zhì),2.反應(yīng)物相同，生成物不同，則反應(yīng)熱 。 C(s)＋O2(g) ─→CO2(g) △H＝ －394 kJC(s)＋1/2 O2(g)─→CO(g) △H＝ kJ,1.反應(yīng)物愈多，反應(yīng)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(yīng)物生成物均相同，狀態(tài)不同，則反應(yīng)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(zhì)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(xué)結(jié)構(gòu)不同,,,進階例題3

11、,(2)有關(guān)各出口餾份的性質(zhì)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(chǎn)物是分子量非常大的殘余物，如瀝青

12、 【91學(xué)測】,汽油,1.引擎震爆(knocking)：汽油蒸氣在內(nèi)燃機汽缸內(nèi)燃燒時產(chǎn)生高壓氣體，推動活塞轉(zhuǎn)動，若因燃燒太快使活塞受力不均勻，會產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)品知多少？　　　　【補充】,數(shù)據(jù)鏈路～中國石油(股)公司網(wǎng)站－石油教室,氣體類產(chǎn)品：如天然氣、液化天然氣、丙烷等。,燃料類產(chǎn)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(chǎn)品,溶劑類產(chǎn)品：如油漆溶劑、去漬油等。,石油化學(xué)品：如乙烯、丙烯、甲苯等。,,,進階例題4,有關(guān)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(zhuǎn)變成經(jīng)濟價值高的小分子(B)石油醚是由原油分餾而得的純質(zhì)，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(yīng)，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(guān)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?zé)崤c高壓逐漸碳化而形成的黑色固體物質(zhì)。2.煤主要成分是 及少量硫、氮、氫和氧，燃燒時會產(chǎn)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(yīng)產(chǎn)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(xué)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(guān)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(jīng)干餾后其氣相產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)干餾后其氣相產(chǎn)物為煤氣(D)干餾煙煤所得之產(chǎn)物，除焦炭外大部分為有機化合物,,,進階例題7,關(guān)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(yīng),1.氧化：失去電子稱為 反應(yīng)，為 。2.還原：獲得電子稱為 反應(yīng)，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(dǎo)線) 陽極(負極),←─,←─,Zn(s)＋Cu2+(aq) ─→ Zn2+(aq)＋Cu(s),銅棒質(zhì)量 。 鋅棒質(zhì)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(yīng)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(yīng)為： Cu(s)＋ 2Ag＋ ─→ Cu2＋ ＋ 2Ag(s)(2)銅棒上發(fā)生氧化反應(yīng)，所以銅

25、棒是陽極，銀棒上發(fā)生還原反應(yīng)，所以銀棒是陰極。(3)電子由銅棒(陽極)經(jīng)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(zhì)： 、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(yīng)，稱為 。 (1)電解質(zhì)中氯化鋅吸收 。 (2)二氧化錳作為氧化劑與 反應(yīng)生成Mn2O3及水● 堿性干電池以 取代氯化銨，使電解質(zhì)呈堿性，放電時不產(chǎn)生氣體，電

27、壓變動小，放電容量大，不易產(chǎn)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(zhì)： ， ● 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(chǎn)生 ，二氧化鉛得到電子亦反應(yīng)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(zhì)： 。● 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(zhì)：

30、 。3.電壓約為 伏特4. 電池，多用于預(yù)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(guān)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(yīng)為Zn2＋＋2e－─→Zn(C)電解質(zhì)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(yīng)為Zn─→

31、Zn2＋＋2e－(D)MnO2是氧化劑,,,進階例題9,下列關(guān)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(fù)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(nèi)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(nèi)水份增加。,核反應(yīng),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(zhì)質(zhì)量(m)? ，c為光速? 。3.每克物質(zhì)可轉(zhuǎn)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(yīng)，質(zhì)量損耗率約0.095% 每公斤鈾-235反應(yīng)約產(chǎn)生 焦耳的能量,質(zhì)能轉(zhuǎn)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(yīng)產(chǎn)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(yīng)產(chǎn)生的能量8.5×1013J=8.5×1010kJ8.5×1010kJ÷50000kJ=1.7×106倍即同質(zhì)量的鈾核反應(yīng)產(chǎn)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(yīng)器又稱反應(yīng)爐。2.反應(yīng)爐內(nèi)有燃料棒、控制棒、傳導(dǎo)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(jié)構(gòu)分析檢查。,5.農(nóng)產(chǎn)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(xué)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(xué)反應(yīng)機構(gòu)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(nèi)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(yīng)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(xué)診斷與治療上的應(yīng)用有莫大價值。下列有關(guān)核子醫(yī)學(xué)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(chǎn)生。(D)放射性同位素的主要應(yīng)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(chǎn)生 及 ，以化學(xué)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(fēng)力：澎湖七美島風(fēng)力發(fā)電廠；荷蘭的風(fēng)車。,2.地?zé)幔阂颂m的清水地?zé)岚l(fā)電廠,1.水力：明湖抽蓄水力發(fā)電廠。,6.垃圾能源：內(nèi)湖的垃圾焚化爐,7.生質(zhì)能源：綠色植物經(jīng)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(nóng)牧業(yè)廢棄物產(chǎn)生的沼氣(主要為甲烷)，可燃燒產(chǎn)生熱能。,,,進階例題11,光合作用反應(yīng)

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