第三十三章 使用化石燃料的後果 (第一部分)：燃料的燃燒 第三十三章 使用化石燃料的後果 (第一部分)：燃料的燃燒 33.1 化學反應中的熱量轉變 33.2 燃料的燃燒 33.3 碳氫化合物的燃燒 33.4 家用氣體燃料 33.5 安全使用家用燃料 33.6 貯藏燃料的潛在危險 33.7 化學反應中熱量的轉變 [學多一點點] 總結 概念圖 第三十三章 使用化石燃料的後果 (第一部分)：燃料的燃燒

33.1 化學反應中的熱量轉變 放熱反應和吸熱反應 放熱反應是在過程中釋放熱能的反應。 吸熱反應是在過程中吸取熱能的反應。 33.1 化學反應中的熱量轉變 放熱反應和吸熱反應 放熱反應是在過程中釋放熱能的反應。   吸熱反應是在過程中吸取熱能的反應。   33.1 化學反應中的熱量轉變

放熱反應 大部分化學反應均為放熱反應，下面是一些例子： (1) 所有燃燒作用，例如： S(s) + O2(g)  SO2(g) + 熱能 (1) 所有燃燒作用，例如： S(s) + O2(g)  SO2(g) + 熱能 氧氣 燃燒中 的硫 圖33.1 燃燒作用。 33.1 化學反應中的熱量轉變

Cu2+(aq) + 2OH–(aq)  Cu(OH)2(s) + 熱能 (2) 所有沉澱作用，例如： Cu2+(aq) + 2OH–(aq)  Cu(OH)2(s) + 熱能 氫氧化銅(II) 沉澱物 圖33.2 沉澱作用。 33.1 化學反應中的熱量轉變

Cu(s) + 2Ag+(aq)  Cu2+(aq) + 2Ag(s) + 熱能 (3) 所有置換反應，例如： Cu(s) + 2Ag+(aq)  Cu2+(aq) + 2Ag(s) + 熱能 銅線 硝酸銀水溶液 銀晶體 圖33.3 置換反應。 33.1 化學反應中的熱量轉變

HCl NaOH 混和 (4) 所有酸  鹼中和作用。 H+(aq) + OH–(aq)  H2O(l) + 熱能 (4) 所有酸  鹼中和作用。 H+(aq) + OH–(aq)  H2O(l) + 熱能 混和 HCl NaOH 33.1 化學反應中的熱量轉變

CuSO4(s) + 5H2O(l)  CuSO4 • 5H2O(s) + 熱能 (5) 在無水鹽中加入少量水，例如： CuSO4(s) + 5H2O(l)  CuSO4 • 5H2O(s) + 熱能 無水硫 酸銅(II) 加入數滴水 圖33.4 在無水的鹽 (CuSO4) 中加入少量水。 33.1 化學反應中的熱量轉變

熟石灰 生石灰 (6) 氧化鈣(生石灰)與水的反應。 CaO(s) + H2O(l)  Ca(OH)2(s) + 熱能 (6) 氧化鈣(生石灰)與水的反應。 CaO(s) + H2O(l)  Ca(OH)2(s) + 熱能 熟石灰 生石灰 33.1 化學反應中的熱量轉變

吸熱反應 有不少反應是吸熱的，以下列出兩個例子： C10H22 + 熱能  C6H14 + C4H8 (1) 石油餾份的裂解作用。 癸烷 (1) 石油餾份的裂解作用。 C10H22 + 熱能  C6H14 + C4H8 熾熱的催化劑 癸烷 己烷 丁-1-烯 33.1 化學反應中的熱量轉變

CaCO3(s) + 熱能  CaO(s) + CO2(g) (2) 碳酸鈣的熱分解作用。 CaCO3(s) + 熱能  CaO(s) + CO2(g) 石灰石/貝殼 生石灰 33.1 化學反應中的熱量轉變

吸熱反應 – 將固態硝酸銨溶於水。 33.1 化學反應中的熱量轉變

33.2 燃料的燃燒 化石燃料作為重要的能源 當燃料燃燒時，蘊含的化學能主要釋放為熱能和光能。 圖33.6 燃燒煤氣來 (a) 煮食。 33.2 燃料的燃燒 化石燃料作為重要的能源 當燃料燃燒時，蘊含的化學能主要釋放為熱能和光能。 圖33.6 燃燒煤氣來   (a) 煮食。 33.2 燃料的燃燒

現今最常用的燃料是化石燃料，化石燃料大部分由烴組成。 (b) 加熱熱水爐中的水。 現今最常用的燃料是化石燃料，化石燃料大部分由烴組成。 33.2 燃料的燃燒

燃料的選擇 不同種類的燃料適合不同的用途。選擇燃料時，我們通常會考慮 : 價格 方便程度 性質 污染問題 33.2 燃料的燃燒

圖33.7 柴不是好的燃料，你知道為什麼嗎？ 33.2 燃料的燃燒

問題33.1 下列各項可用哪種 (哪些) 燃料？ (a) 燒烤 (b) 汽車 (c) 燈 (a) 炭、木或氣體燃料 (b) 汽油或柴油 下列各項可用哪種 (哪些) 燃料？   (a) 燒烤 (b) 汽車 (c) 燈 A33.1 (a) 炭、木或氣體燃料 (b) 汽油或柴油 (c) 火水、乙醇或加甲醇酒精 33.2 燃料的燃燒

如果是燃料，試寫出表示其完全燃燒的化學方程式。 (a) 電 (b) 丁烷 (C4H10) 問題33.2 以下各項算不算燃料？試加以解釋。   如果是燃料，試寫出表示其完全燃燒的化學方程式。   (a) 電 (b) 丁烷 (C4H10) 33.3 碳氫化合物的燃燒

(a) 不算。雖然電力是重要能源，但不算是燃料。電流只是電子的流動，本身並不是一種可以燃燒而產生熱能的物質。 (b) 算。因為它可以燃燒，產生熱能。 2C4H10(g) + 13O2(g) 8CO2(g) + 10H2O(l) 33.3 碳氫化合物的燃燒

33.3 碳氫化合物的燃燒 完全燃燒和不完全燃燒 氧氣充足時，碳氫化合物 (烴) (CxHy) 能完全燃燒，過程中產生的黑煙 (未燃燒的碳粒) 極少。 CxHy + (x + —) O2(g)  x CO2(g) + — H2O(l) ( 藍色火焰，溫度較高 ) y 4 2 但是，當氧氣不足時，烴就不完全燃燒，燃燒時產生很多黑煙。 ( 黃色或橙色火焰，溫度較低 ) 33.3 碳氫化合物的燃燒

完全燃燒的生成物 空氣充足時，化石燃料燃燒時通常會產生二氧化碳和水作為主要生成物。 33.3 碳氫化合物的燃燒

不完全燃燒的生成物  空氣不足時，燃料中的碳化合物會燃燒並釋出一氧化碳 ( 而不是二氧化碳)。  空氣不足時，燃料中的碳化合物會燃燒並釋出一氧化碳 ( 而不是二氧化碳)。  若空氣嚴重不足，未燃燒的碳粒會形成煙灰及黑煙。   33.3 碳氫化合物的燃燒

燃料中雜質所產生的生成物 有些燃料，尤其是煤，含有少量硫，故燃燒時亦會產生二氧化硫。 S(s) + O2(g)  SO2(g) 33.3 碳氫化合物的燃燒

由製造廠通過喉管輸送至用戶的任何氣體燃料 33.4 家用氣體燃料 液化石油氣和煤氣 液化石油氣 (LPG) 和煤氣是香港最普遍的家用燃料。 液化石油氣 丙烷及丁烷的混合物， 經加壓液化而成 煤氣 由製造廠通過喉管輸送至用戶的任何氣體燃料 33.4 家用氣體燃料

圖33.9 液化石油氣罐。 33.4 家用氣體燃料

香港煤氣 1960年以前， 煤氣 煤 現在， 煤氣 石腦油 33.4 家用氣體燃料

圖33.10 位於香港大埔工業邨的煤氣廠。 33.4 家用氣體燃料

製造煤氣 原料 石腦油是由C5至C10烷烴所組成的混合物，當中主要是戊 烷和己烷。 33.4 家用氣體燃料

以石腦油作為製造煤氣的原料不會造成空氣污染。 轉用石腦油的原因有三： 現在石腦油的價格較煤廉宜。 呈液態的石腦油較易運輸和貯存。 以石腦油作為製造煤氣的原料不會造成空氣污染。 33.4 家用氣體燃料

把液態石腦油加熱，所產生的蒸氣與水蒸氣混合，通過熾 熱的鎳催化劑 (700oC)。 蒸汽重整作用 把液態石腦油加熱，所產生的蒸氣與水蒸氣混合，通過熾 熱的鎳催化劑 (700oC)。 C5H12(g) + 5H2O(g)  5CO(g) + 11H2(g) 2CO(g) + 2H2(g)  CO2(g) + CH4(g) 33.4 家用氣體燃料

氣體 體積百分比 煤氣十分易燃並且有毒，所以煤氣中加入了臭劑 (非常難 聞的物質)，萬一發生氣體洩漏時，用戶較易察覺。 氫 49.0 甲烷 煤氣的成分 煤氣十分易燃並且有毒，所以煤氣中加入了臭劑 (非常難 聞的物質)，萬一發生氣體洩漏時，用戶較易察覺。 氣體 體積百分比 氫 49.0 甲烷 28.5 二氧化碳 19.5 一氧化碳 (有毒) 3.0 表33.1 香港煤氣的典型成分。 33.4 家用氣體燃料

液化石油氣和煤氣都是香港常用的燃料。試比較它們的 (a) 來源 (b) 成分。 問題33.3 液化石油氣和煤氣都是香港常用的燃料。試比較它們的   (a) 來源 (b) 成分。 A33.3 (a) 液化石油氣：來自石油精煉的一個餾份； 香港煤氣：來自石腦油的蒸汽重整作用。 (b) 液化石油氣：主要是丙烷和丁烷； 香港煤氣：主要是氫和甲烷。 33.4 家用氣體燃料

一氧化碳中毒 火災和爆炸 33.5 安全使用家用燃料 家用燃料的潛在危險 本港最普遍的家用燃料是煤氣和液化石油氣。 33.5 安全使用家用燃料 家用燃料的潛在危險 本港最普遍的家用燃料是煤氣和液化石油氣。 使用這些氣體燃料時的潛在危險有二： 一氧化碳中毒 火災和爆炸 33.5 安全使用家用燃料

圖33.11 圖中的警告標誌清楚顯示，運送液化石油氣時須採取特別的安全措施。 圖33.11 圖中的警告標誌清楚顯示，運送液化石油氣時須採取特別的安全措施。 33.5 安全使用家用燃料

一氧化碳中毒  煤氣含有約3%一氧化碳，如有煤氣洩漏，一氧化碳就會 滲入空氣中。  煤氣含有約3%一氧化碳，如有煤氣洩漏，一氧化碳就會 滲入空氣中。  此外，當煤氣和液化石油氣不完全燃燒時，亦會產生一氧 化碳。  一氧化碳是極危險的氣體，有毒卻無色無味，因此是一種 「無形殺手」。 33.5 安全使用家用燃料

火災及爆炸 氣體燃料洩漏時，會與空氣混合，生成具爆炸性的混合物，一個小火焰或火花已足以將它點燃，引致火災，甚至爆炸。 33.5 安全使用家用燃料

使用家用燃料的安全措施 一般的安全措施  氣體爐具應由合格技師安裝及定期檢查。  氣體爐具應由合格技師安裝及定期檢查。  經常檢查膠喉管 (接駁爐具及煤氣掣) 的狀況。如有損壞， 應立刻更換。正常情況下，亦應每三年更換一次。    爐具不應太靠近窗戶，以免爐火被風吹熄，引致氣體洩漏。  使用氣體爐具時切勿離家外出。鍋內的湯水可能沸騰溢出，使火焰熄滅，引致氣體洩漏。  打開門窗，以確保空氣流通。若清新空氣不足夠，燃料的 不完全燃燒會產生一氧化碳。 33.5 安全使用家用燃料

 如嗅到氣體異味或懷疑氣體洩漏時，應該  關掉煤氣錶或石油氣錶總掣。  熄滅附近所有火種。  打開門窗。  如嗅到氣體異味或懷疑氣體洩漏時，應該  關掉煤氣錶或石油氣錶總掣。  熄滅附近所有火種。  打開門窗。 圖33.13 家中發生氣體洩漏時絕不能做的事。 33.5 安全使用家用燃料

33.6 貯藏燃料的潛在危險 由於燃料的易燃性很高，所以貯藏時會有潛在的危險。 33.6 貯藏燃料的潛在危險 由於燃料的易燃性很高，所以貯藏時會有潛在的危險。 圖33.17 一艘載有丙烷的船，在美國紐約史坦登島發生爆炸並燃燒。 33.6 貯藏燃料的潛在危險

(b) 現在的情況：油庫與民居之間有山阻隔。 圖33.18 香港青衣島上的油庫。   (a) 以前的情況：油庫與民居相鄰。 (b) 現在的情況：油庫與民居之間有山阻隔。 33.6 貯藏燃料的潛在危險

33.7 化學反應中熱量的轉變 [學多一點點] 我們可用能階圖來總結反應中的熱量變化。 DH 符號表示熱量轉變 33.7 化學反應中熱量的轉變 [學多一點點] DH 符號表示熱量轉變 我們可用能階圖來總結反應中的熱量變化。 33.7 化學反應中熱量的轉變 [學多一點點]

 當反應物轉化為生成物時，多出的能量會化作熱能釋出。 DH = - 值 反應物 生成物 能量 (熱含量) 熱能 放熱反應 進行中 圖33.19 放熱反應：   (a) 能階圖。 (b) 熱量散失至外界。  D H 是負值。  當反應物轉化為生成物時，多出的能量會化作熱能釋出。 33.7 化學反應中熱量的轉變 [學多一點點]

吸熱反應的能階圖  D H 是正值。  當反應物轉化為生成物時，它們會從外界吸取能量。 熱能 生成物 能量 (熱含量) DH = + 值 進行中 吸熱反應的能階圖 能量 (熱含量) DH = + 值 生成物 反應物 圖33.20 吸熱反應：   (a) 能階圖。 (b) 從外界吸取熱量 。  D H 是正值。  當反應物轉化為生成物時，它們會從外界吸取能量。 33.7 化學反應中熱量的轉變 [學多一點點]

2Mg(s) + O2(g)  2MgO(s) D H = -1204 kJ mol-1 33.7 化學反應中熱量的轉變 [學多一點點]

33.7 化學反應中熱量的轉變 [學多一點點]

(a) 2A + B  2C + D D H = +51 kJ mol-1 (b) 2P + Q  R + 2S + 熱能 問題33.4 說出下列各反應是吸熱反應還是放熱反應。 (a) 2A + B  2C + D D H = +51 kJ mol-1 (b) 2P + Q  R + 2S + 熱能 (c) C16H34(l)  C9H20(l) + CH3CH=CH2(g) + 2CH2=CH2(g) (d) 2H2(g) + O2(g)  2H2O(l) (e) CH3COOH(aq) + KOH(aq)  CH3COOK(aq) + H2O(l) 33.7 化學反應中熱量的轉變 [學多一點點]

(a) 吸熱反應 (b) 放熱反應 (c) 吸熱反應 (d) 放熱反應 (e) 放熱反應 A33.4 33.7 化學反應中熱量的轉變 [學多一點點]

CxHy + (x + —) O2(g)  x CO2(g) + — H2O(l) 總結 化學反應中的能量轉變 1. 化學反應進行時，會有能量轉變 (通常是熱量轉變)。 2. 放熱反應會釋放熱能；吸熱反應會吸取熱能。 3. 表示烴CxHy在空氣中完全燃燒的方程式如下 : CxHy + (x + —) O2(g)  x CO2(g) + — H2O(l) DH = -z kJ mol-1 y 4 2 總結

家用燃料  一氧化碳中毒  火災和爆炸 4. 使用家用燃料時的潛在危險有二： 因此我們必須安全地使用和貯存燃料。 4. 使用家用燃料時的潛在危險有二：  一氧化碳中毒  火災和爆炸 因此我們必須安全地使用和貯存燃料。 5. 香港煤氣是由石腦油的蒸汽重整作用製成。過程中的兩個典型反應如下： C5H12(g) + 5H2O(g)  5CO(g) + 11H2(g) 2CO(g) + 2H2(g)  CO2(g) + CH4(g) 總結

6. 香港煤氣主要由氫 (約49%) 和甲烷 (約29%) 組成。由於含有一氧化碳 (3%)，所以煤氣有毒。 6. 香港煤氣主要由氫 (約49%) 和甲烷 (約29%) 組成。由於含有一氧化碳 (3%)，所以煤氣有毒。   總結

概念圖 完成下列的概念圖。 燃燒 完全燃燒 燃燒 含有 不完全燃燒 其他燃料 例如：柴 煤 石油 烴 LPG 汽油 產品例子 煤氣 概念圖

安全措施 ________中毒 火災及爆炸 ______________ 的蒸汽重整作用 石腦油 一氧化碳 H2 CO _______ - 49.0% CH4 - 28.5% CO2 - 19.5% _______ - 3.0% ________中毒 火災及爆炸 ______________ 的蒸汽重整作用 生產 成份 潛在危險 安全措施 H2 石腦油 一氧化碳 CO 概念圖

完 第三十三章 使用化石燃料的後果 (第一部分)：燃料的燃燒