化学的世界.pdf

黃慧菁 師編著 1 第一章 化學的世界第一章 化學的世界 1 1 麼是化學 麼是化學 遠古的化學 1 東方的自然哲學認為宇宙萬物是陰陽相生 其變化是依 木 水 火 土等五 之性運 2 西方有心物二元 亞 斯多德提出 四元素 以氣 火 水 土 為組成自然界的元素 依 熱 濕 乾的功能而相互變化 3 術 學會 實驗的技巧實驗的技巧和觀察事物變化觀察事物變化的能 4 燃素 十七世紀中 史塔耳根據大自然的規 現象 認為可燃物質 都含有 燃素 燃燒時燃素逃逸 近代的化學 1 英國化學家普 斯 於 1772 進 加熱氧化汞的實驗 發現氧化汞分 解 生成一種氣體 對 燃素 提出質疑 2HgO 2Hg O2 2 近代化學之父 瓦節近代化學之父 瓦節 西元 1774 瓦節也進 氧化汞的實驗 發現氧氣 並設計汞與空氣 加熱成氧化汞的實驗 確定 空氣是混合物空氣是混合物 含有約 1 5 體積的氧氣 瓦節在科學上的重大影響可分為三項 1 以實驗證據為依歸 2 建 氧化反應的觀 3 純物質的系統命名 範 1 首先提出 燃燒是物質與氧結合的反應 且被尊稱為近代化學之父者為何 人 A 亞 斯多德 B 道耳吞 C 瓦節 D 普 斯 答 1 2 化學的範疇化學的範疇 一 物質的三態 固態 固態物質的組成 子間引 最強 子密集且規則排 成結晶格 有固定的體 積和形 液態 液態物質的組成 子間密集排 但 規則 其體積主要為 子本身的體積 故 液體也 容 被壓縮 但 子的動能增大 子間能做相對的移動 故具有 動性 能隨著容器的形 而改變其形 氣態 氣態物質的組成 子間相互遠 子間引 很小 註 物質的三態可因溫 與壓 的 同而改變物質的三態可因溫 與壓 的 同而改變 物質三態間的變化稱為相變化 註 某些物質具有第四態 稱為液晶態 又稱中間態 介於液態和固態之間 具有液 態的 動性與固體分子排 的規則性 黃慧菁 師編著 2 二 物質的組成 非 均 勻 系 由多種 同物質混合 其組成 子 均勻分布稱為非均勻系 如 土壤 花崗岩 均 勻 系 物質的組成 子均勻分布者稱為均勻系 1 溶液 溶液由 種或多種純物質混合而成 2 純物質 具有一定的化學組成及一定的特性 1 元素 Au C H2 2 化合物 H2O C6H12O6 註 以化學觀點而言 物質由各種元素的原子結合而成 元素的性質由其外圍的電子 決定 元素間互相結合形成各種型態的物質 常 的有 分子態純質 屬晶 體 子晶體 等 範 2 下 有關常 物質分 的敘述 何者正確 A 純水可經由電解生成氫氣和氧氣 所以 是純物質 B 食鹽由氯化鈉組成 所以是純物質 C 水為純 溶於純水組成 所以是純物質 D 銹鋼 生鏽 所以是純物質 答 範 3 下 有關物質的組成 下 何項正確 A 元素具有固定性質 B 化合物無一定的性質 C 元素間化合時有選擇性 D 混合物仍具有組成物質的特性 答 範 4 下面有關元素及原子的概 哪一項敘述是正確的 A 純物質甲受熱分解產生純物質乙及氣體丙 則物質甲可能是化合物 B 具有物質特性最小單位是原子 C 由 種相同元素組成的多種化合物 性質必相同 D 乾淨的空氣是純化合物 答 黃慧菁 師編著 3 範 5 下 有關物質的敘述 何者正確 A 剛石與石墨是同位素 B 鑽石是純物質而 是化合物 C 氨水是純物質 D 石油是混合物 而汽油是化合物 答 範 6 下 物質哪些是元素 A H2O2 B 碘酒 C 18K D 臭氧 E 磺 答 範 7 下 物質何者是化合物 A 氧氣 B 銅片 C 鋼石 D 氨 E 乙醇 F 鹽酸 答 範 8 有某一白色物質 熔點 50 加熱時生成一無色氣體和一棕色固體 則該 物質是一種 A 化合物 B 元素 C 溶液 D 混合物 答 四 物質的變化 1 物 性質 顏色 沸點 熔點 密 溶解 延展性等 2 物質發生化學變化時 所表現的特性稱為化學性質 如 可燃性 助燃性 酸鹼 性 氧化 還原 等 範 9 關於物質的變化 下 敘述何者正確 A 物 變化較化學變化有較大的能 改變 B 化學變化是原子的重新排 結合 但分子 變 C 物質的變化 都伴隨能 的變化 D 物 變化為分子內部原子發生重組 答 物質 純物質 混合物 元素 化合物 均勻混合物 均勻混合物 黃慧菁 師編著 4 範 10 關於物 變化與化學變化物質 下 敘述何項正確 A 火藥爆炸為化學變化 酒精燃燒為物 變化 B 冰熔成水和銅絲受熱變黑都是化學變化 C 麵粉發酵用以烘製麵包為物 變化 D 屬鈉放入水中產生氫氣是化學變化 E 乾冰昇華成二氧化碳是物 變化 答 範 11 下 是有關鈉 屬的敘述 何者屬化學性質 A 鈉的密 為 0 971g cm3 B 鈉在 889 時會沸騰 C 鈉原子半徑 0 816nm D 鈉投入水中會 冒火花 答 範 12 下 哪些現象沒有化學反應的進 A 鐵的生鏽 B 霧的生成 C 太陽能熱水器的作用 D 營火蟲的發光 E 水煤氣的製造 F 冰箱 中的 媒作用 G 植物的呼吸作用 H 霓虹燈的發光 答 五 反應熱 1 在定溫定壓下 任何物質生成時皆儲存有能 稱為熱含 物質儲存的能 與溫 壓 及 態 相 有關 但無法測其絕對值 2 物質發生變化時必伴隨發生能 的變化 以 H 表示 常用的單位 千焦 kJ 或千卡 kcal 熱功當 1 cal 4 18J 3 化學反應所伴隨的能 變化稱為化學反應熱 一般而言 化學反應的能 變化約 在 100 1000KJ 4 反應熱 H 生成物能 之總和 反應物能 之總和 吸熱反應 H 0 放熱反應 H 0 圖 1 1圖 1 1 黃慧菁 師編著 5 5 能 變化大小為 相變化 化學變化 失去外層電子 失去內層電子 核反應 範 13 碳燃燒後重 減輕 該反應似乎 遵守質 守恆定 其 由為何 A 質 守恆定 並 正確 B 實驗有誤差 否則重 應相同 C 燃 燒釋出氧 使重 減輕 D 產生二氧化碳氣體散逸至大氣中 使重 變輕 其實總重相同 答 範 14 反應 A 2B C 當取 4 克 A 與 10 克 B 充分反應後 A 被用完 但剩下 2 克的 B 是求反應時 A B C 三者之質 比 A 1 2 3 B 3 2 1 C 2 4 1 D 1 2 2 答 能 滅定 熱 學第一定 一種能 形式可能轉換成他種能 形式 但其總能 會增加也 會減少 此性 質稱為 能 守恆定 或 能 滅定 範 15 太空梭再重返地球時 會與大氣層的空氣劇 摩擦 產生超過攝氏三千 的高溫 因此太空梭的外殼必須使用最佳的耐熱材 下 何者材 最 適合作為此用途 A 屬材 B 玻璃材 C 塑膠材 D 陶瓷材 E 有機高分子材 答 黃慧菁 師編著 6 第二章 自然界的物質第二章 自然界的物質 2 1 大氣大氣 一 大氣壓 1 大氣受地球重 的吸引 從地表向外延伸 越高處密 越小 90 的大氣在 地 表 30 公 的範圍內 2 大氣的壓 1 壓 是指單位面積上所受的 在緯 45 海平面 溫 約 0 1 大氣壓可以支持 76 公分高水銀柱的壓 2 SI 制以帕 Pascal 簡稱為 Pa 1 Pa 1 牛頓 平方公尺 表示壓 的大小 1 大氣壓等於 1 013 5 10帕 3 壓 單位換算 1 大氣壓 atm 76 公分汞柱 cm Hg 760 毫米汞柱 mm Hg 1 013 1 大氣壓 atm 76 公分汞柱 cm Hg 760 毫米汞柱 mm Hg 1 013 5 10 帕 Pa 1013 毫巴 帕 Pa 1013 毫巴 3 10 bar 1013 百帕bar 1013 百帕 二 大氣垂直結構 名稱 高 Km 特性 1 對 層 0 13 1 與我們生存最直接相關的一層 亦是空中污染最嚴 重的一層 空中污染最嚴 重的一層 2 氣體垂直運動及 動的現象 造成氣候變化氣候變化 3 氣溫隨高 增加而 低 每升高 1 公 氣溫大約 下 6 5 4 氮約占總氣體的 78 氧占 21 氬占 1 及二 氧化碳 0 03 二氧化碳的含 逐 增加 可吸收 紅外線 使大氣像一塊隔熱板一樣產生溫室效應 使地球暖化 2 平 層 臭氧層 溫暖層 13 50 1 此層空氣乾燥 沒有雲雨的變化 2 含氧氣及臭氧 3 O 會吸收太陽光中的紫外線 3 此層溫 隨高 上升而升高 3 中氣層 光化層 50 85 1 會進 光化學反應 2 此層溫 隨高 而下 4 游 層 増溫層 85 550 1 能將地面傳 的電波反射回地面 5 外氣層 550 1000 1 空氣稀薄 大多為氫與氦 2 外太空的起點 黃慧菁 師編著 7 三 氣體之性質 1 物質在氣體 態時 子之動能大 彼此距 較遠 所以氣體體積以容器體積 計算 2 標準 態 標準 態 STP 1atm 0 1mol 氣體體積為氣體體積為 22 4 升升 一般 態 一般 態 NTP 1atm 25 1mol 氣體體積為氣體體積為 24 5 升升 3 對 或擴散都是氣體之自發 為 氣候變化即是對 與擴散之結果 範 1 太陽發出的 射中 有許多無法穿過地球的大氣層 其中波常較短的紫外線 主要是被收集中在大氣層中哪一層的臭氧吸收 A 對 層 B 平 層 C 增溫層 D 中氣層 答 範 2 下 關於大氣組成的敘述 何者正確 A 對 層的乾燥空氣中 亞氣含 大於二氧化碳 B 外氣層中主要的成分為亞氣 C 臭氣層的臭氧能吸收 自太陽的紫外線 D 大氣的溫 均隨高 而遞減 E 大氣的密 及氣壓均隨高 而遞減 答 範 3 屏東恆春著名的 山風 氣候現象 與氣體的何種性質最相關 A 昇 華 B 對 C 擴散 D 壓 答 四 大氣中主要之氣體 種 性質 氮氣 N2 1 氮在空氣中含 最多氮在空氣中含 最多 化學性質 活潑 2 排水集氣法收集 3 保存食品 4 液態氮也是實驗室 常用的低溫 卻劑 氧氣 O2 1 化性活潑 能與大多 的元素化合 2 一般而言 屬氧化物溶於水呈鹼性 屬氧化物溶於水呈鹼性 NaOHOHONa2 22 非 屬氧化物溶於水 成酸性 3222 SOHOHSO 3 實驗室製造氧氣的方法 氯酸鉀受熱分解 以 2 MnO為催化劑 2 3 322 2 gS MnO S OKClKClO 黃慧菁 師編著 8 二氧化碳 CO2 1 可吸收紅外線 它使大氣像一塊隔熱板一樣產生溫室效應 幫 助調節地表的溫 2 固態的二氧化碳俗稱乾冰 其在常壓下 經液體可直接氣化成 氣體 這種現象稱為昇華 3 溶於水中的二氧化碳會產生碳酸 而使水變成微酸性 4 二氧化碳通入澄清的石灰水 溶液會呈現白色的混濁 沉澱 反應式為 1 2 3 2 2 OHCaCOCOOHCa Sgaq 註 氮與氧元素的循環 大氣中的氮 用閃電的高能 和氧作用形成氮的氧化物 溶於水呈硝酸塩及亞硝 酸鹽等植物的養分 腐 的動植物經微生物分解作用 產生氮返回大氣中 稱氮 的循環 範 4 下 有關空氣中 各種氣體之性質及用途 何者正確 A 液態氮常壓時沸點最低 可用作低溫 卻劑 B 氮可作為製造炸藥的原 因其化性極為活潑 C 惰性氣體元素中 在大氣中以氮的存 最多 D 工業上可用純氮充入容器中驅出空氣以保純食品 E 實驗中以氯酸鉀受熱分解可製造氧氣 答 範 5 將從 漿中湧出的氣泡 收集後直接導入澄清的石灰水中 石灰水變混濁 則顯示出 漿中的氣泡 可能含有下 哪一種氣體 A O2 B H2 C CO D CO2 E SO2 F CH4 89推甄 答 五 實驗室中收集氣體之方法 方法 明 排水集氣法 適用於難溶於水的氣體 如 2 H 2 O 2 N 22H C 4 CH NO CO等 要收集較純 2 CO 可用排水集氣法 向上排空氣法 適用於 溶於水於 溶於水 且氣體密 比空氣大氣體密 比空氣大者 即氣體分子 大 於 28 8 如 2 Cl HCl 2 SO 2 CO 2 NO等 向下排空氣法 適用於 溶於水於 溶於水 且氣體密 比空氣小氣體密 比空氣小者 即氣體分子 小 於 28 8 如 3 NH 黃慧菁 師編著 9 圖 2 1圖 2 1 難溶於水 溶於水 溶於水 d dair d dair 範 6 下 哪些氣體實驗室製備 可用向上排氣法收集 原子 H 1 C 12 N 14 O 16 S 32 Cl 35 3 A 氫 B 氯 C 氧 D 氮 E 氨 F 氯化氫 G 二氧化 H 一氧化碳 88推甄 答 空氣污染 1 目前空氣污染的主要 源主要是使用化石燃 所產生的 2 空氣污染濃 表示法 ppm 空氣污染物的體積mL 空氣的體積L 黃慧菁 師編著 10 3 五大污染源 種 化學式 形成原因 危害 CO 燃燒 完全 CO與血紅素結合 大於氧 會妨害血 紅素攜帶氧之功能 碳的氧化物COx CO2 燃燒化石燃 過多 而產生過 CO2 產生溫室效應 SO2 火 發電廠 油 廠 酸製造廠都會 產生SO2 SO2可與 H2O反應生成 H2SO3 形成酸雨 傷害動物氣管 使農作物枯萎 腐蝕建 築物 危害生態環境 的氧化物SOx SO3 由SO2 1 2O2 SO3 而得 溶於水可得 H2SO4 是酸雨之一 亦會腐蝕建物 雕像 屬等 N2O 一氧化二氮 俗稱笑 氣 具麻醉性 NO 有劇毒 無色 與 O2生成NO2 NO會 破壞臭氧層 氮的氧化物NOx NO2 有劇毒 紅棕色 溶 於水 3NO2 H2O 2HNO3 NO 對人 有害 引起肺炎 產生光煙霧 使天空呈現昏黃色 對人 眼睛 皮膚 肺部均會引起傷害 烴 碳氫化合物 CxHy 燃 未燃燒而散逸 於空氣中 烷 較無 害 烯 炔 苯係物 危害較大 致癌 自然現 象 風砂 火山灰 塵埃與懸浮物 人為因 素 工廠所排放之毒 氣 汽機 所排放之 廢棄 塵埃會干擾視線 影響呼吸系統 會 和NOx形成光煙霧 黃慧菁 師編著 11 4 空氣污染現象 1 酸雨 a 大 燃燒化石燃 化石燃 產生的 氧化物 X SO 及氮氧化物 X NO b 一般雨水中溶有二氧化碳 產生碳酸水溶液 成弱酸性一般雨水中溶有二氧化碳 產生碳酸水溶液 成弱酸性 pH 值約為 5 6 雨 水的 pH 值低於 5 6 是酸雨 pH 值愈小 酸 愈高 c 酸雨的危害 酸雨會抑制森 生長 並會影響農 作物 土壤中的一般 屬 元素因被酸雨溶出 造成礦物質大 失 湖泊酸化後 可能改變生態系 造成建築 運輸設備的損壞 2 溫室效應 紅外線而導致溫室效應的物質主要是二氧化碳紅外線而導致溫室效應的物質主要是二氧化碳 其他 如 甲烷 水蒸氣 氮氧化物 臭氧也都屬於 溫室效 應氣體 3 臭氧層破 a 吸收紫外線後會分解成氧與氧原子 OOO 23 紫外線 b 地球表面上空 15 40 公 是平 層 也稱為臭氧層 保護地球生物免遭 大 紫外線的傷害 c 科學家發現平 層中臭氧濃 減少的最大因素 是 自人 大 使用氟氯碳 化合物 氟氯碳 化合物 S CFC 簡稱氟 昂 freon 造成氟氯碳化合物的分解而放出氯 原子 23 OClOOCl OOO 2 紫外線 3 2 OClOClO 範 7 氮的氧化物是主要的大氣污染物之一 下 有關氮的氧化物之敘述何者正 確 92學測 A NO2遇水形成鹼性物質 B 光化學煙霧中常含有氮的氧化物 C NO之電子點式表示法 氮和氧可同時符合鈍氣之電子排 D 汽機 排放的廢氣常含有NO 是汽油燃燒 完全所造成的 E 汽機 淨化廢氣所安裝的觸媒轉化器是要將氮的氧化物轉為N2 答 黃慧菁 師編著 12 範 8 引擎廢氣中的CO毒性較CO2強是因為 A 與血紅蛋白結合 強 B 有臭味 C 可燃 D 有 激性 答 範 9 下 哪些空氣物染物會造成酸雨 A 碳的氧化物 B 的氧化物 C 氮的氧化物 D 碳氫化合物 E 塵埃及微 答 範 10 下 有關空氣污染的敘述 何者正確 推甄 A 氮氣 活潑 所以氮的氧化物 會引起光煙霧污染 B 汽 排放的廢氣中 含 含氮化合物 C 空氣中過多的一氧化碳 因吸收太陽光中的紅外線而產生溫室效應 D 燃煤工廠所排放的廢氣中 因含有 含 化合物 而造成酸雨 答 範 11 下 有關污染的敘述 何者正確 日大 A 酸雨主要是空氣中的NO經氧化及水解成硝酸所形成 B 二氧化氮為紅棕色氣體 為光煙霧的成分之一 C 燃燒汽油產生的NO 主要是由汽油中微 的含氮物質與氧反應所造成 的 D 溫室效應主要是因空氣中一氧化碳濃 增高所造成的 答 範 12 燃燒煤 石油可能導致全球溫 改變的主要原因為何 A 二氧化碳增加 大 吸收太陽 射 B 二氧化碳增加 大 吸收地球的 射 C 臭氧增加 大 吸收太陽 射 D 臭氧增加 大 吸收地球 射 86推甄 答 範 13 下 有關臭氧的敘述 何者正確 82夜大 A 分子式為O3 B 是氧的同位素 C 是很強的漂白劑 D 大氣中的臭氧會與噴射機引擎廢氣中的NO進 反應而遭破壞 答 黃慧菁 師編著 13 範 14 氟氯碳化物會破壞臭氧層 其短程替代物為氫氟碳化合物 以HFC nmp 代表其分子式 其中n代表分子式中碳的 目減1 如CHF2CF3為 HCF 125 CF3CHFCF3為HFC 227 根據上 之 明 是推 下 之敘述 何者 正確 85日大 A m代表分子式中青的 目加1 B P代表分子式中氟的 C CH2FCHF2為HFC 143 D CF3CF2CF3為HFC 208 答 範 15 下 化合物 擴散至臭氧層 哪些會使臭氧減少 A 氧 B 一氧化 氮 C 二氧化碳 D 一氧化碳 E 氟氯碳化物 81日大 答 範 16 氟氯碳化合物 如CCl2F2等釋放到大氣 經紫外線照射產生 活性物質 會與臭氧反應造臭氧層破 下 何種 活性物質 會造成此現象 A Cl B F C ClO D C E CF 推甄 答 2 2 水水 一 水的基本性質 1 1atm 時 凝固點 0 沸點 100 4 時密 最大4 時密 最大 為 1g cm 3 圖圖 2 2 水與冰的密 與溫 關係圖水與冰的密 與溫 關係圖 黃慧菁 師編著 14 圖圖 2 3 水的三相圖水的三相圖 水的三態變化與溫 壓 的關係圖水的三態變化與溫 壓 的關係圖 2 純水是極弱的電解質 解 方程式為 H2O H aq OH aq 2 2 在 25 時 時 H OH 10 7 10 7 10 14 常 稱為水的 子積 水的 子積 Kw w 範 17 冬天湖水結冰從表面開始 其原因為何 冰的密 為0 92g cm3 87推甄 A 水的溫 越低 密 越小 B 水的溫 越低 密 越大 C 水溫 至4 時密 最小 溫 再下 密 越 越大 D 水溫 至4 時密 最大 溫 再下 密 變 E 水溫 至4 時密 最大 溫 再下 密 越 越小 答 黃慧菁 師編著 15 二 水的淨化 步驟 方法 過程 備註 1 沉 法 自然水 導入貯水池 用自然沉澱方式 久 置之 使懸浮物沉 而 澄清 缺點 1 需時較長 2 適用於微小 子 適用於微小 子 水的浮 使其 沉 帶電體 2 凝聚法 加入一化合物 作凝 聚劑 在水中產生 膠質沉澱物 將懸浮 子吸附一起而沉 澱 1 適用於 沉 之微小 子 2 常用之凝聚劑為鋁鹽 如 明礬鋁鹽 如 明礬 酸鋁 可產生Al3 和水產生乳白色 膠 沉澱物為氫氧化鋁 I 清 除 懸 浮 物 質 3 過 法 凝聚後的水 細 過下 面 層細砂石層 阻隔 殘餘之懸浮物 亦可除去大部分的懸浮物質 無法完全 除盡 煮沸法 加熱至高溫 以除去水中之細菌 物 法 紫外線法 用高能 之紫外線以 死 水中之細菌 細菌乃是一種酵素 蛋白質之一種 可 藉熱 破壞其內之氫鍵 氯氣法 氯能抑制細 菌代謝所必須的酶 活性 而 死細菌 缺點 產生有毒之致癌物質 如三氯甲 CHCl3 四氯甲烷 CCl4 4 消毒 化 學 法 臭氧法 1 漸被採用之消毒 劑 比氯有效 2 細菌吸收O3 因 蛋白質凝固而亡 優點 無化學殘 物 亦無 味道及 氣味 缺點 太貴 安定 水 的 淨 化 II 消 毒 和 除 臭 5 除臭 1 水通過活性碳的過 床 2 活性碳 經活化處 的碳粉 具有巨大的表面積 可吸附大 雜質 大部分是有機物 以物 方式附著於碳表面 自 水廠在水處 的過程中都有 曝氣 步驟 其目的在增加水中的溶氧 增加水中的溶氧 讓水 中的嗜氧菌將水中的有機廢 分解成簡單物質而除去 黃慧菁 師編著 16 三 水的軟化 1 硬水之種 種 暫時硬水 永久硬水 性硬水 MgCl2 氯化鎂 Ca HCO3 2 碳酸氫鈣 CaCl2 氯化鈣 MgSO4 酸鎂 成 分 Mg HCO3 2 碳酸氫鎂 CaSO4 酸鈣 同時含有暫時與永久 種硬水之 某些成分 2 硬水之軟化 種 方法 1 煮沸法 煮沸法 僅暫時硬水可 之 僅暫時硬水可 之 Ca2 aq 2HCO3 aq CaCO3 s CO2 g H2O l Mg2 aq 2HCO3 aq MgCO3 s CO2 g H2O l 2 加入碳酸 鈉 Na2CO3 暫時硬水或永久硬水均可加入碳酸鈉 把 暫時硬水或永久硬水均可加入碳酸鈉 把 Ca2 Mg2 沉澱出 沉澱出 Ca2 aq CO32 aq CaCO3 s Mg2 aq CO32 aq MgCO3 s 3 子交換 法 使用陽 子交換樹脂中之Na 交換硬水中之 Ca2 Mg2 1 磺酸化聚苯乙烯之鈉鹽可用為陽 子交換樹脂 常用RSO3 Na 表示 之 R為碳氫組成的原子團 軟化硬水方程式為 2RSO3Na s Ca2 aq RSO3 2Ca s 2Na aq 永久失效後 可將樹脂浸入濃食鹽水濃食鹽水而得回Na 稱之再生 RSO3 2Ca s 2Na aq 2RSO3Na s Ca2 aq 2 泡沸石法 泡沸石簡式NaAlSiO4 可用Na2xZ代表之 軟化硬水方程式 xCa2 aq Na2xZ s CaxZ 2xNa aq 四 水的純化 1 蒸餾法 蒸餾水 distilled water 製法 天然水加熱 水蒸氣 卻 蒸餾水 功能 進 化學實驗之重要物質 缺點 1 缺乏礦物質 適合飲用缺乏礦物質 適合飲用 2 很難除去水中之很難除去水中之 CO2 因為可於空氣中再溶入 2 子交換法 交換樹脂分 陽 子交換樹脂 陰 子交換樹脂 原 以H 交換水中之 屬 子 如 Na Fe3 用M 表示 以OH 交換水中之陰 子 如 Cl SO 42 用 X 表示 交換樹脂表示 簡寫為RH 簡寫為R OH 黃慧菁 師編著 17 法 交換之方程式 RH M RM H R OH X R X OH 永久失效後之 恢 方法 加入HCl或H2SO4 RM s HCl RH MCl 加入NaOH aq R X s NaOH R OH s NaX 總反應 RH s R OH s M X RM s R X s H2O l H2O由H 和 OH 中和而得 經處 後的水 稱之去 子水 deionized water 或去礦質水 demineralized water 缺點 無法除掉細菌及某些有機物無法除掉細菌及某些有機物 圖圖 2 4 範 18 下 敘述何者正確 A 酸雨的形成和 的氧化物有關 B 臭氧層的 破壞和氯原子有關 C 逆滲透式純水裝置是 用 子交換的方法 D 飲水可添加臭氧當消毒劑 E 硬水以泡沸石軟化是 用鈣 子形成碳酸 鈣沉澱 答 範 19 化學需氧 是指用化學方法氧化耗氧有機物所需消耗氧的 常用以表示 水受到耗氧有機物污染的程 化合物的莫耳 相同 則下 何者的化 學需氧 最大 A C5H12 B C5H11OH C C4H9CHO D C4H9COOH 答 範 20 家庭自 水 頭所加裝之活性碳 器 具有何種功能 A 消毒滅菌 B 硬水軟化 C 除臭除色 D 去 子 答 黃慧菁 師編著 18 範 21 淨水器以 子交換法去除 子 其第一管柱含RH為陽 子交換樹脂 其 第二管柱含R OH為陰 子交換樹脂 使再生時 應該 A 以鹽酸沖洗 管柱 B 以氫氧化鈉溶液沖洗 管柱 C 以鹽酸沖洗第一管柱 以氫氧化鈉溶液沖洗第二管柱 D 以氫氧化鈉溶液沖洗第一管柱 以鹽酸沖洗第二管柱 答 範 22 下 有關淨水器的各項淨水功能的敘述 何者正確 A 用蒸餾裝置 以除去水中的有機小分子和無機鹽 B 用 子交換樹脂 以除去水中的無機鹽 C 加裝活性碳 以除去 溶於水的固體物質 D 用紫外光照射 以減少水中的活細菌 答 五 海水資源 1 海水中的重要物質 1 地球表面水圈中97 是海水 淡水僅占3 2 海水中的微 元素雖然含 甚小 但由於海水總 龐大 所以海水是蘊藏豐富 的資源 3 海水中最多的四種 子 Cl Na Mg2 SO42 存在最多的化合物為 NaCl aq 次多為MgCl2 aq 2 海水淡化 1 蒸餾法 用太陽光蒸餾海水 水蒸氣凝結成水後匯聚收集 2 結晶法 將海水溫 下 慢慢凝固得到純水 而剩下較濃的食鹽溶液 將所 得到的冰融化之後即可得到淡水 3 逆滲透法 將海水加壓 使純水經半透膜 出 達到海水淡化的目的 3 海水中食鹽的萃取 1 粗鹽 海水蒸發後 先析出先析出 CaSO4 而後析出的食鹽晶體稱為粗鹽 粗鹽因含 氯化鎂 粗鹽因含 氯化鎂 MgCl2而有苦味而有苦味 含有氯化鈣含有氯化鈣 CaCl2而溶液潮解而溶液潮解 2 精鹽 將粗鹽中的氯化鎂和氯化鈣去除 即得精鹽 3 子交換膜 用半透膜的選擇性滲透原 使用只允許陽 子或陰 子穿透 的半透膜交互排 在電場中 當海水通過半透膜時 電性 同的 子會因電場 的作用分別向 極移動 造成半透膜間鹽分增加 黃慧菁 師編著 19 範 23 下 何種 子是海水中含 多的陽 子 A 鈉 子 B 鈣 子 C 鉀 子 D 鎂 子 答 範 24 下 關於海水淡化方法的敘述 何者正確 A 用太陽能蒸餾海水 蒸氣凝結水即為淡水 B 將海水 溫結冰後 取出冰再溶化得到淡水 C 將海水通過陽 子交換樹脂 除去海水中的陰陽 子 D 適當加壓海水使通過半透膜 用逆滲透原 即可得到淡水 答 粗鹽和精鹽 製法 日曬法 引海水入鹽田 以日光曬乾海水 台灣 產 約50萬 公噸 潮解 因含CaCl2 所得食鹽稱之粗鹽 有苦味 因含MgCl2 粗鹽 精鹽 加熱 溶解 過 結晶 4 食鹽電解與鎂的製備 1 工業上 將濃食鹽水電解可得氯 氫和氫氧化鈉 故稱鹼氯工業 2NaCl aq 2H2O l Cl2 g H2 g 2NaOH aq 2 電解熔融態食鹽則可得到氯和鈉 2NaCl l 2Na l Cl2 g 3 氯氣與溴 子或碘 子反應可得到溴或碘分子 Cl2 g 2Br2 aq 2Cl aq Br2 l Cl2 g 2I aq 2Cl aq I2 l 水污染及其防治 1 水的污染源 種 影響 含氯物質 如DDT BHC等 蟲劑或多氯 苯等 它們化性穩定 被生物分 解 具高毒性 含重 屬物質 Cd 造成痛痛病 造成痛痛病 Hg 造成水俣病 造成水俣病 As 造成烏腳病 造成烏腳病 含氮磷物質 清潔劑中的磷酸鹽及肥 中的硝酸鹽 會使藻 大 繁殖 造成優氧 化 磷酸鹽及肥 中的硝酸鹽 會使藻 大 繁殖 造成優氧 化 廢熱 水溫升高 低含氧濃 也可能造成生化變 之現象 黃慧菁 師編著 20 ABS 合成清潔劑 R SO3Na 直鏈烷苯磺酸鈉 1 R 具支鏈 硬性 為細菌分解 具支鏈 硬性 為細菌分解 2 R 具支鏈 軟性 肥皂 主要成份為硬脂酸鈉硬脂酸鈉 C17H35COONa 無泡沫污染 無泡沫污染 註 水污染結果造成溶氧減少 故測定需氧廢 污染的程 COD 生化需氧 BOD 生化需氧 註 BOD 5 L水試樣的體積 mg日後之溶氧後本日之溶氧日 ppm 註 COD 氧化定 有機廢 所需氧 O2 之重 範 25 某一家庭污水中含18ppm的耗氧廢 平均化學式可寫成C6H12O6 則此 污水的化學需氧 COD 為多少克 升 此耗氧廢 能夠完全被細菌分 解 其生化需氧 BOD 為多少ppm 2 3 土壤土壤 一 土壤的性質 1 地殼中含 最多的元素為氧 矽 鋁 鐵地殼中含 最多的元素為氧 矽 鋁 鐵 O Si Al Fe 2 大部分的岩石及土壤都是矽酸鹽 鋁矽酸鹽或碳酸鹽所形成的混合物 種 明 矽酸鹽 以矽酸根陰 子SiO44 為單元的 續性結構 所形成的岩石有纖維 形的如石綿 層片形的如雲母 網 結構的石英 水晶等 鋁矽酸鹽 鋁矽酸鹽可與Na K Mg2 Fe3 等 子結合成 同的礦藏 玉 或寶石礦物 碳酸鹽 石灰岩地形或大 石岩的成分以碳酸鈣為主體 碳酸鈣在水中的溶 解 比一般矽酸鹽大 受水的浸蝕而形成地下岩 鐘乳石等景 觀 黃慧菁 師編著 21 二 土壤的分層 1 表土 顏色深暗 有機質多 是有機質和礦物質的混合體 2 心土 顏色明顯 此層含有豐富的氧化鐵 氧化鋁 黏土礦物 3 底層 大多為半風化的岩屑 範 26 酸雨對於建築石材 或岩石 土壤中的何種成分最容 造成侵蝕 A 矽酸鹽 B 鋁矽酸鹽 C 碳酸鹽 D 氯酸鹽 答 範 27 為避免土壤過 酸化 通常在土壤表面灑上何種物質以 低土壤的酸性 A 酸鈉 B 化鈉 C 碳酸鈉 D 碳酸鈣 答 黃慧菁 師編著 22 第三章第三章 物質的形成與變化物質的形成與變化 3 1 子的世界 子的世界 一 原子學 1 道耳吞的原子 後人稱道耳吞為原子之父道耳吞為原子之父 其主要內容為 1 一 物質都是由及小的 子所組成 這種 子叫原子 2 原子是最基本的 子 可再分割 3 相同元素的原子 其性質與質 均相同 同元素的原子 其性質與質 相同 4 同元素的原子 原子間能以簡單整 比結合成化合物 5 化合物分解所得的原子與構成化合物的同種原子性質相同 6 化學反應只是物質中重新排 原子並未被破壞 2 道耳吞原子學 的修正 1 原子並非 可分割 原子是由電子 質子和中子原子是由電子 質子和中子等小 子所組成 2 由於同位素的發現 證實同種元素之原子並 一定有相同的質 同位素的發現 證實同種元素之原子並 一定有相同的質 如 12C與 13C 均為碳元素 但質 同 3 同一種原子所構成的物質 因結構或空間排 同 可成為同素 形體同素 形體 故同種 元素之原子所構成之物質 其性質亦可能 同 如 O2與O3 斜方 與單斜 4 在一般化學反應中 原子種 及 目並未改變 但是在核反應中 原子核會發生 變化 轉變成另一種原子 二 週期表 1 俄國化學家門的 夫於1869 發表 元素週期 明元素性質隨原子 增大 而 形成週期性的重複 2 西元1913 科學家發現原子的核電荷 將週期表修正為依據原子序原子序排 3 美制週期表分為A B 區 A區是主族元素 又稱典型元素 分為IA VIII共八 族 B區是過渡 屬元素 也分IB VIIIB共八族 4 國際純粹及應用化學 合會 IUPAC 已經規定將週期表中主族元素及過渡元素統 合 共分為十八族 黃慧菁 師編著 23 範 1 關於物質的敘述 何者正確 A 元素由同一種原子組成 B O2與O3由相同原子所組成 固化性相同 C 碳酸鈣受熱會分解出CO2 故碳酸鈣為化合物 D 市售雙氧水受熱會分解出O2 故為純物質 E 均勻混合物的 水可視為純物質 答 黃慧菁 師編著 24 範 2 下 有關元素週期性質即週期表的敘述 何者正確 A 現在的週期表是依各元素原子 從小到大的順序排 B 就導電性 元素大體上可分為 屬 屬及非 屬三 C 週期表左下方的元素主要為非 屬 D 屬的化學性質介於 屬與非 屬之間 所以在週期表中央 統稱B 族 答 範 3 1802 道耳吞提出 以下的原子學 以現在的化學知 看 下 何者 仍然正確 A 一 物質都是由原子組成 B 相同元素的原子 具有相同的質 和性質 C 化合物分解所得的原子與構成化合物的同種原子性質相同 D 原子是基本 子 可分割 E 同元素的原子性質 同 答 三 原子的結構 1 原子的基本結構 核外 1 電子 帶1 6 10 19 庫侖之負電 質 約9 1 10 28g 占有原子大部分體積 與化學反應 原子 直徑約1010m 核內 直徑約10 14m 10 15m 1 質子 帶1 6 10 19 庫侖之正電 質 為1 007277aum 決定元素之種 2 中子 帶電 質 為1 008665aum 決定同位素之存在 2 原子序 質 與同位素 1 元素符號的表示法 M A Z A表質 原子核內之質子 中子 核子 Z表原子序 原子核內之質子 中性原子核外電子 A Z即中子 註 質子 亦稱原子序用以決定原子種 和化性 黃慧菁 師編著 25 3 同位素同位素 原子序相同而質 同的原子互稱之 即同位素彼此有相同的質子 相同的中子 H 1 1 H 2 1 H 3 1 註 同位素 相同點 原子序 質子 電子 化學性質 相 點 質 中子 原子 物 性質 範 4 溴的原子序為35 已知溴存在 個同位素 其百分 幾近相同 而溴的原子 為 80 則溴的 個同位素中的中子 分別為何 A 43和45 B 79和81 C 44和46 D 45和47 94 學測 答 範 5 原子 為1的氫原子含有哪些基本 子 A 電子 中子 B 質子 中子 C 質子 電子 D 質子 中子 電子 94 學測 答 範 6 下 為元素甲 乙 丙 丁 戊的原子核中所含的質子 p 與中子 n 試問哪 者是同位素 A 甲 6p 6n B 乙 7p 7n C 丙 8p 8n D 丁 6p 7n E 戊 9p 10n 解 範 7 的原子序16 關於 32S2 子中的質子 中子 和電子 為何 解 範 8 下 有關原子構造的敘述 何者正確 甲 原子的質 均勻分布於整個原子之中 乙 原子的質 絕大部分集中在原子核 丙 電子和質子的 目一定相等 丁 質子和中子的 目一定相等 A 甲丙 B 甲丁 C 乙丙 D 乙丁 答 範 9 X2 與 Y 具有 18個電子及20個中子 下 有關X Y 元素的敘述 何者 正確 A X之質 為38 B X和Y具有相同的質子 目 C X2 與Y 為同素 形體 D 3517Cl為Y之同位素 92 學測 答 黃慧菁 師編著 26 四 原子的電子分布模型 1 子 學 顯示核外電子的運動 並 是循著一定軌道作圓周運動 而是在原 子核附近高速運動 其運動軌跡無法預測 而以電子出現機 的區域 描述 稱 為軌域 電子出現機 的區域 描述 稱 為軌域 orbital 2 電子分布在三 空間的球層 內層電子層能 較低 空間較小 外層電子層能 較高 空間較大 內層電子層能 較低 空間較小 外層電子層能 較高 空間較大 3 第一層電子至多可容納第一層電子至多可容納 2 個電子 第二層電子至多可容納個電子 第二層電子至多可容納 8 個電子 第三層電子 至多可容納 個電子 第三層電子 至多可容納 18 個電子 第四層電子至多可容納個電子 第四層電子至多可容納 32 個電子個電子 範 10 氯原子的原子序為17 最穩定的電子排 方式 由內層而外依序為 解 五 價電子 1 在一般的化學反應中 原子間 用外圍的電子互相作用 原子核沒有變化 原子 中電子分布的最外層稱為價層 價層中的電子稱為價電子 價電子分布的方式 可決定該元素的化性 價電子分布的方式 可決定該元素的化性 2 原子間 用價電子互相結合成各種化合物 3 週期表中 主族元素的價電子 恰為其族 鹼 族 IA 價電子 為1 形成 1價陽 子 H Li Na K Rb Cs Fr 鹼土族 IIA 價電子 為2 形成 2價陽 子 Be Mg Ca Sr Ba 鹵素 VIIA 價電子 為7 形成 1價陰 子 F Cl Br I At 3 2 物質的形成物質的形成 一 化學鍵 條 件 1 屬元素與非 屬元素結合 屬元素與非 屬元素結合 2 由陰陽 子彼此以靜電吸引靜電吸引結合而成 子化合物 子鍵 無方向性 特 點 1 常溫下 自然界的 子化合物都以固體存在 2 子固體具有硬 大 熔點高硬 大 熔點高等特質 3 在固體 態時 具有導電性 當加熱溶解成液態時 具有 導電性 固體 態時 具有導電性 當加熱溶解成液態時 具有 導電性 NaCl s 導電 NaCl aq NaCl l 導電 4 子固體質硬 碎 延展性差 黃慧菁 師編著 27 條 件 1 共價鍵 非 屬原子間共用電子對非 屬原子間共用電子對 而形成 似惰性氣 體的電子排 方式 2 形成的小型原子團稱為分子 其原子個 通常小於1000 分子為構成分子態純物 分子化合物 共價鍵 有方向性 特 點 1 熔 沸點低 許多分子常溫常壓下為氣體 H2 g 2 部分為電解質 水溶液會導電 HCl NH3 HNO3 條 件 原子與原子間以綿延 斷的共價鍵結合的巨大結構體 網 共價化合物 共價鍵 有方向性 特 點 1 只有實驗式 SiO2 2 熔點高 3 無延展性 硬 大 條 件 屬陽 子與自由電子 電子海 間的靜電引 屬陽 子與自由電子 電子海 間的靜電引 稱為 屬 鍵 屬 屬鍵 無方向性 特 點 1 具 屬光澤 為熱與電的 導體 富延展性 Au Cu Ag等 2 屬晶體溫 增高時 使電阻變大 導電性下 3 銀為導電導熱最佳的 屬 4 硬 大 熔 沸點高 二 聚合物 1 聚合物 Polymer 由很多小分子 單體 互相結合 形成重複的單元 結而的 巨大分子稱為高分子化合物 又稱聚合物 2 聚合物的分 1 天然聚合物 蛋白質 澱粉 核酸 纖維素 橡膠 樹脂 2 合成聚合物 塑膠 PE PVC 人造纖維 耐綸 達克綸 3 性質 平均分子 聚合物通常是 同 目單體組成之高分子混合物 很難形成晶體 分子 大 1000 106以上 聚合物之分子 是指平均分子 範 11 下 有關氯化鈉晶體的敘述 何者正確 A NaCl分子是氯化鈉晶體的最小單位 B 晶體中Na 與 Cl 的電子 恰好一樣多 C 晶體中的Na 與 Cl 均擁有惰性氣體原子的電子 目 D 氯化鈉晶體中 電荷 子的靜電吸引 恰等於同電荷 子的靜電斥 故十分穩定 91 學測 答 黃慧菁 師編著 28 範 12 市面上有所謂的健康低鈉鹽 下 有關低鈉鹽的敘述 何者最合 A 低鈉鹽含有少 的 屬鈉 故稱為低鈉鹽 B 低鈉鹽其實就是一般的氯化鈉鹽 沒有 麼 同 C 低鈉鹽中的鈉 子比氯 子少 所以 是電中性的 D 低鈉鹽含有鉀 子 所以比相同莫耳 的氯化鈉含較少的鈉 子 答 三 化學式 1 簡式 又稱為實驗式 1 可以顯示物質中原子的種 與原子 的相對比值及式 如 葡萄 C6H12O6 的實驗式為CH2O 2 以簡式表示的有 屬 子化合物 網 共價固體簡式表示的有 屬 子化合物 網 共價固體 均為 續性的巨大結構 都以極大 目的原子堆積成的物質 故以簡式表示 如 Al Cu NaCl BaCl2 KNO3 SiO2 2 分子式 1 可以顯示分子中原子的種 與原子 目及分子 2 分子式 實驗式 n 如 醋酸分子式C2H4O2 分子 為60 3 結構式 1 結構式為表示分子中所含原子種 目和結合情形的化學式 2 結構式 一定等於真正的分子形 真正的分子形 為三 空間 體形 甲烷分子的結構式 HC H H H 註 同分 構物 分子式相同而結構式 同的化合物 如 二甲醚 和 乙醇的分子式均為C2H6O 其結構式 HC H H OC H H H HC H H COH H H 4 示性式 1 示性式為表示分子內所含原子的種 目和根或官能基原子的種 目和根或官能基 2 官能基 有些化合物具有特定的原子基團 可顯示出化學特性 如 二甲醚 CH3OCH3 乙醇 CH3CH2OH 乙酸 CH3COOH 黃慧菁 師編著 29 範 13 醋酸化學式CH3COOH為 A 分子式 B 簡式 C 示性式 D 結構式 答 範 14 下 化學式 何者以簡式表示 A H2O B 醋酸CH3COOH C 氯 化鉀KCl D 鋅 屬Zn E 石墨C 答 3 3 物質的 3 3 物質的 一 原子 與分子 1 原子 1 原子 的標準 國際純粹及應用化學 合會 IUPAC 於 1961 決定以 1212C 原 子質 定為 12 0000 amu C 原 子質 定為 12 0000 amu 原子質 單位 為原子 的標準 其他原子都是與 12C 原子質 比較所得的 值 表示 2 亞佛加厥 NA 6 02 1023個個 凡是 1 莫耳的任何物質 均 含有6 02 1023個 子 3 週期表中的原子 是自然界中該元素的所有同位素的平均值原子 是自然界中該元素的所有同位素的平均值 如 碳元素的主要同位素有 種 14C 微 忽 計 12C 占 98 89 13C 占 1 11 原子 12C 12 0000 13C 13 0034 故碳的原子 12 0000 98 89 13 0034 1 11 12 011 2 分子 1 分子 為分子的相對質 是該化合物分子中 各組成原子的的原子 總和 2 莫耳體積 1 莫耳物質的體積稱為莫耳體積 氣體體積受到溫 壓 影響 標準 態 1atm 0 STP 下 氣體莫耳體積 22 4 L 正常 態 1atm 25 NTP 下 氣體莫耳體積 24 5 L 二 化學計 1 研究化學反應中反應物與生成物之定 關係稱為化學計 2 計 步驟 寫出已平衡的化學方程式 計算已之物的莫耳 根據方程式係 計 算欲知物的莫耳 3 莫耳 的求法 莫耳 重 分 原 子 子 莫耳 重 分 原 子 子 6 02 1023 體積 同 況下莫耳體積 體積 同 況下莫耳體積 黃慧菁 師編著 30 C CMM 體積莫耳濃 V 溶液體積公升 體積莫耳濃 V 溶液體積公升 4 反應 與產 1 限 試劑 反應中被完全作用完的化學試劑 反應物 可以決定生成物的產 2 過 試劑 反應後有剩餘的試劑 3 產 化學反應中的限 試劑完全作用後 根據平衡方程式生成物應產生 的最大 4 產 百分 簡稱產 反應過程中 生成物的實際產 和 產 的比值 範 16 小貓咪進 一個簡單的實驗 以測定 屬 M 之原子 他將 1 60 克該 屬之氧化物 化學式M2O3 在高溫下分解 剩下的 屬質 為 1 12 克 則 M 之原子 為多少 答 範 17 我們吃進去的澱粉食物經消化後 在體內轉化為葡萄 C6H12O6 葡萄 經呼吸作用後生成二氧化碳和水 並產生我們身體所需之能 1 寫出葡萄 氧化的化學方程式並加以平衡 2 試計算 90 克葡萄 在體內代謝需要多少克的氧 又需要多少莫耳空 氣 答 範 18 有m克的鎂片在氧中完全燃燒生成n克的氧化鎂 則鎂的原子 為 A 8m n m B 16m n m C 24m n m D 32m n m 答 範 15 在實驗室中可藉氯酸鉀分解反應製氧 藉碳酸鈣分解產生二氧化碳 汽 的安全氣囊則 用汽 遭強 撞擊時 引發三氮化鈉 NaN3 瞬間分解 產生氮氣充滿氣囊 達到保護作用 三氮化鈉的分解反應為 2NaN3 s 2Na s 3N2 g 在常溫常壓下 氮氣的莫耳體積是 24 5 升 莫耳 則 13 0 克的三氮化鈉 其分子之質 為每莫耳 65 0 克 最多可以產 生多少升的氮氣 答 黃慧菁 師編著 31 範 19 有 一 反 應 由 X 與 Y 化 合 生 成 Z 其 反 應 如 下 2X 3Y 2Z 而 反 應 物 X與 生 成 物 Z的 質 關 係 如 圖 試 問 當 有 4克 的 Z生 成 時 需 要 多 少 克 的 Y 93 學 測 A 1 B 3 2 C 2 D 3 E 3 4 2 答 範 20 水 中 的 微 生 物 會 使 水 中 的 有