1、第三章化學與能源,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,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,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：水煤氣的製備：,脫硫處理,石油,在21世紀初
2、，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：天然氣液化石油氣石油醚汽油,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
3、、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30180。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
4、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
5、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。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。,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,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)H130 kJ,下列有關煤的敘述，何者正確？ (A
6、)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,範例 3-1.1,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（kJg）稱為熱值。,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
7、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,直線結構,支鍵結構,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（ON100950595）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,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
8、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。,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,範例 3-1.2,答 (D),解 (A)混合物；(B)沸點愈低； (C)石油醚為烷類。,下表為一般燃料的燃燒熱：,範例 3-1.3,(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
9、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)（116） 20813 ( kcal )；(2)(A) 68234 ( kcalg )；(B) 2081613 ( kcalg )；(C) 174325.4 ( kcalg )；(D) 129911411.4 ( kcalg )液態氫的熱值最大。,下表為常見油品之辛烷值：,範例 3-1.4,(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
10、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)；(2),解 (1)苯之辛烷值雖高，但苯會誘發白血病不適合當燃料(2) 10180252086。,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,範例 3-1.5,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）。,(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,類題 3-1.5,答 (E),解 天然氣主要是甲烷及乙烷等的混合物。,3-1 結束,
