105-1chem2-ch4-teach

高中基礎化學(二)學習講義

156

4 1. 2. 3. 4. 5.

了解化學與化工的差異和它們對生活的影響。了解奈米的意義及奈米材料的應用。略知化學與化工在各領域的先進科技。了解化學與化工對環境的影響及如何永續發展。明白大氣、水及土壤的各種汙染及防治法。

96

97

98

99 100 101 102 103 104

3

1

2

2

－－

1

－－

天然：可分為和纖維人造：可分為和纖維變色鏡片：利用鏡片中的奈米級氯化銀與氯化亞銅粒子，在陽光照射下反應，進而使得鏡片呈黑褐色食的方面：科學家不斷地開發出各種可使農作物產量倍增的肥料及農藥，來解決糧食問題住的方面：例如使用薄膜，其優點是能防腐並可散熱、質地輕盈且透光性強能源與行的方面：尋找並開發兼具環保及永續經營的新能源，才能解決目前人類所面對的能源短缺及溫室效應兩大難題藥物方面：利用人工方法合成各種有機化合物，並將其重組而改良成更有效力的藥物超導體：超導材料（如化合物）目前可應用於高速電腦的零件、磁浮列車及醫療器材（如 MRI）電子及材料上液晶：具有固態晶體光學特性及液體流動性的有機材料稱為的先進科技發光二極體：由半導體晶片組成，不同成分的二極體可發出不同波長的光有機發光二極體：利用電洞與陰極來的電子在（OLED）發光層結合時，釋放的能量激發有機材料產生光線，而不同的有機材料會發出不同顏色的光定義：物件的長、寬或高至少有一個長度介於 1～奈米材料 100 nm 大小的尺度特性與應用：具有相當高的「表面積／體積」比，可改變顏色、強度、導電性及活性等

衣料纖維

4-1

年度題數

第 4 章化學與化工

空氣的汙染與防治

157

人為汙染源：碳的氧化物、硫的氧化物、氮的氧化物、烴化合物及懸浮微粒、氟氯碳化物防治：消除或減少汙染的產生，加強有害廢氣的處理及管制水汙染的種類及影響：種類

來

源

廢熱工廠和核能電廠所使用的冷卻水

需氧動物廢料、腐敗植物與工廠有機廢水廢料

清潔劑與農藥、生活廢水、工廠、肥清潔料。劑及 █：植物營養直鏈的易被分解（軟性清潔劑）素 4-2

分枝的不易被分解（硬性清潔劑）

水源的汙染與防治與防治

(1) (2)

重金屬

(3) (4)

砷（As）— — 來自地下水鉛（Pb）— — 來自油漆及鉛製器皿鎘（Cd）— — 電鍍工廠、電池汞（Hg）— — 日光燈，含汞農藥、電池

懸浮草木及垃圾物質

影響使得水溫升高、溶氧減少，進而改變生態，如珊瑚白化。溶氧減少，使汙水呈現髒臭的現象，並使水中生物缺氧。 (1) 清潔劑的碳鏈為直鏈時，稱為軟性清潔劑，可被細菌分解，但易降低溶氧量。 (2) 清潔劑的碳鏈為枝鏈時，稱為硬性清潔劑，難被細菌分解，且易造成泡沫汙染。 (3) 含有磷酸鹽，為植物養料，導致水質優養化。砷鉛鎘汞

— — — —

烏腳病腦損害痛痛病水病

水質不良、惡臭。

水汙染的防治：(1)減少產生的廢水量 (2)各類廢水均應加以分類收集，經適當處理後才能排放

158


表土：顏色深暗，有機質聚集較多，為有機質與礦物質的混合體，為植物賴以生長的主要部分心土：顏色鮮明，含黏土及氧化鐵、氧化鋁等礦物質，質地較表土緊密，有機質較少底層：半風化的碎石所構成

土壤剖面〔延伸補充〕

土壤的汙染與防治

土壤的成分及用途〔延伸補充〕

土壤汙染防治

化學與化工對環境永續發展的重要

成分：主要為無機物中的矽酸鹽成分，含量元素多寡依序為氧、矽、鋁、鐵…等用途：除了可生產糧食外，亦能保持及純化水資源。土壤中的矽酸鹽和一些金屬氧化物可燒結成陶、瓷、磚、瓦和玻璃

汙染：以重金屬的危害最嚴重防治：避免廢棄物汙染土壤及水源的方法為回收再加以利用，或以掩埋法、焚化法等適當方法處理，以免造成危害環保口號：（reduction）、（4R ）（reuse），（recycling ）及（regeneration）

使用原子效率高的製程，可以減少廢棄物的產生設計功能不變但毒害性減低的化學產品改良技術，提高再生原料的使用多考慮以觸媒來進行反應


159

4-1

1

（南一版 p.170）

分為和纖維。和纖維。 (1) 天然：可分為 ○1 植物性纖維：由碳、氫、氧元素所組成，其通式為（C6H10O5）n 通稱醣類，俗稱碳水化合物，常見有棉和麻。 ○2 動物性纖維：主要由、、、、元素所組成。常見有蠶絲和羊毛。和纖維。 (2) 人造：可分為 ○1 再生纖維：以纖維為原料，先經溶劑溶解成紡絲原液，再經抽絲、凝固而製造絲狀纖維素，如嫘縈。 ○2 合成纖維：由石油化學產品為原料，再經人工合成反應而得之纖維，如耐綸、達克綸、奧綸等。 (3) 天然纖維與合成纖維的比較：

1.

製造

2.

長短粗細不能任意調整長短粗細可由人工任意控制良好；但洗潔時易破損，且不易差；但易洗快乾，耐酸耐鹼吸水性乾燥，不耐酸或不耐鹼不受蟲害，不變形，可免熨易受蟲害，易變形維護燙，易保持原形會透氣不易保溫，但能吸汗，感不透氣而保溫，但不吸汗而穿著性質受舒適溼熱因吸水性好，乾冷氣候脫下時，乾冷氣候，因吸水性差，脫靜電感應無放電現象下時有放電現象不呈圓球狀末端捲曲呈球狀小珠燃燒利用鏡片中的奈米級氯化銀與氯化亞銅粒子，在陽光照射下反應產生銀粒子及銅離子，其中銅離子會吸收光，進而使得鏡片呈黑褐色。照光 █：AgCl＋CuCl ──→ ←── Ag＋CuCl2 不照光

3.

科學家不斷開發出各種可使農作物產量倍增的肥料及農藥，來解決糧食問題。 █：農夫使用聚乙烯膜（PE）來建造溫室的屋罩，這使得農作物較不易受天候影響並可多次收成。

4. (1)

我們所居住房子也採用了更多具有特殊功能的材料，例如 2008 年北京奧運水立方場館最大的特色即是在場館外披著以聚四氟乙烯（PTFE）為原料的薄膜。而在薄膜內安裝燈管，便可使整座場館外觀呈現五彩繽紛（如下頁圖）。


160

說明：聚四氟乙烯（俗稱特夫綸），為四氟乙烯的聚合物，其說明：聚四氟乙烯（俗稱特夫綸），為四氟乙烯的聚合物，其薄膜優點是能防腐並薄膜優點是能防腐並可散熱、質地輕可散熱、質地輕盈且透光性強。 (2)

嶄新的門窗材料也有些採用了可隨溫度、電場的變化而改變其透光度的玻璃。因此化學在材料上的發展，使得我們的居住品質更加方便和舒適。

5.

尋找並開發兼具環保及永續經營的新能源，才能解決目前人類所面對的能源短缺及溫室效應兩大難題。 █：開發高效能和減少對環境汙染的新電池，如太陽能電池、燃料電池等皆是解決的方法之一。 (2) 多使用質地堅硬且輕的碳纖維複合材料，如此可減低燃料的使用量，從而減少排碳量。 █：這種材料目前也已經應用於許多汽車外殼、空中巨無霸客機、單車骨架及相機腳架等生活用品上。隨著有機化學的發展，已經可 6. 以利用人工方法合成各種有機化合物，並將其重組而改良成更有效力的藥物。所以化學的進步對於增進人類健康及延長壽命提供了莫大的進步。 █：最近治療流行性感冒用的「克流感」（Tamiflu）便是由八角的果實萃取出莽草酸（Shikimic acid， C7H10O5），再將莽草酸經過一系列的化學反應而製得。 (1)



克流感（右）是由八角果實（左）萃取的莽草酸（結構式如中）經化學反應製成

第 4 章化學與化工 1

161

★★★★

下列有關常用衣料的敘述，哪些正確？(甲)天然纖維和合成纖維都是含碳有機高分子化合物；(乙)棉花纖維主要成分屬於醣類，含碳、氫、氧三種元素； (丙)羊毛纖維主要成分屬於酯類，除了含碳、氫、氧三種元素外還有硫和氮；(丁)蠶絲和耐綸都是由胺基酸分子組成的高分子化合物。 (A)甲乙丙丁 (B)甲乙丙 (C)甲乙 (D)丙丁 [

答案] Ｃ (

丙)羊毛成分為蛋白質； (丁)耐綸不是由胺基酸所組成。

耐綸是一種人造含氮的合成纖維，但是比棉、絲、羊毛等三種天然纖維更為強韌。從元素組成與化學鍵結的觀點來看，下列哪種纖維與其他三種有明顯的差異？（(A)(B)(D)皆含有 C、H、O、 N 等元素，而棉只含 C、H、O 元素。） (A)絲 (B)耐綸 (C)棉 (D)羊毛 █：Ｃ。

2

★★★★

蛋白質、澱粉、聚乙烯皆為聚合物。已知蛋白質和澱粉於水中之溶解度較聚乙烯為高，下列敘述何者正確？ (A)聚乙烯之分子量較高 (B)聚乙烯和水作用力較大 (C)聚乙烯於水中易解離 (D)澱粉和蛋白質之單體皆由醣類構成 (E)蛋白質和澱粉之單體於水中之溶解度較乙烯為高 [

答案] Ｅ單體水溶性佳者，其聚合物相對於水中的溶解度也會較高。

關於熱圕性圕膠的敘述，下列何者錯誤？ (A)製造原料主要為石油化學產品 (B)加熱時軟化，冷卻時固化，具可圕性 (C)成分分子是以離子鍵結合 (D)通常不導電、亦不易導熱（(C)分子間並非以離子鍵相聚集。） █：Ｃ。


162

2

（南一版 p.176）

1. (1)

超導材料：美籍華人科學家朱經武博士等人，研發了著名的高溫超導材料─釔鋇銅氧化合物（YBa2Cu3O7－x）。超導材料目前可應用於高速電腦的零件、磁浮列車及醫療器材（如 MRI）。

▲ 釔鋇銅氧化合物的結構示意圖說明：某些材料當其溫度低於該物質的臨界溫度時，其內部會說明：某些材料當其溫度低於該物質的臨界溫度時，其內部會呈現幾乎零電阻的現呈現幾乎零電阻的現象，因此送電象，因此送電時耗損能量極少。 █：釔鋇銅氧化合物在臨界溫度 92K 以下就會有超導性。以下就會有超導性。

液晶： ○1 定義：具有固態晶體光學特性及液體流動性的有機材料稱為液晶。

(2)

說明：液晶分子有兩個熔點，在兩熔說明：液晶分子有兩個熔點，在兩熔點間將會形成混濁的黏稠狀流點間將會形成混濁的黏稠狀流體，此狀態便稱為液晶態。液體，此狀態便稱為液晶態。液晶態分子間的排列具有方向性晶態分子間的排列具有方向性但不整齊，即可流動而無定形但不整齊，即可流動而無定形，其介於固液態兩者之間。

▲ 液晶顯示器（LCD）與偏光顯微鏡下的液晶

○2 特性：液晶分子的形狀大多為柱狀體，其長度不超過 3 奈米，在特定溫度範圍內，當液晶分子受外界因素（電場或磁場）的影響時，其分子的排列模式將產生改變。 █：對氧偶氮苯甲醚（PAA）具有一長軸且不對稱的結構，其分子結構如下：

○3 應用：當光線穿透液晶分子時，光所折射出的角度就不同，我們便可以看到光線的明暗變化，利用此項特性可以製備液晶顯示器。（如下頁圖(一)）說明：發光二極體（LED）：發光二極體由半導體晶片組成，這些半導體材料會預先透過注入或摻雜等工藝以產生 p、n 型二極體。當電洞（ p 型）和電子（n 型）相遇而產生複合，電子會跌落到較低的能階，同時以光合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放出能子的模式釋放出能量。它所發出的光波量。它所發出的光波長（長（決定顏色），是由組成 p、n 型二極體的成分所決型二極體的成分所決定，例如採用砷化鎵（定，例如採用砷化鎵（GaAs）的發光


163

二極體只能發出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步，各種顏色的發光二極體，現今皆可製造。

(A)

(B)

▲ 圖( 一) 液晶顯示器的原理示意圖。 (A)未加電場時，透過下方偏光片的入射光，藉由液晶分子的扭轉，能穿透上方的偏光片而呈現出高點。 (B)加電場時液晶分子無法扭轉，入射光無法穿透上方的偏光片而呈現出暗點。

▲ 圖(二)

有機發光二極體（organic light emitting diode，OLED）： ○1 特性：具有自發光性、低耗電、亮度鮮明、可曲折的特性，如上圖(二)所示，相信不久將有體積更輕薄、尺寸更大、色彩更艷麗、攜帶更方便的液晶顯示器，豐富你我的視野。

(3)

補充：有機發光二極體的原理是利用電洞與陰極來的電子在補充：有機發光二極體的原理是利用電洞與陰極來的電子在發光層結合時，釋放發光層結合時，釋放的能量激發的能量激發有機材料產生光線，而不同的有機材料會有機材料產生光線，而不同的有機材料會發出不同顏色的光發出不同顏色的光。。

2. (1)

定義：當物件的長、寬或高至少有一個長度介於 1～100 nm 大小的尺度時，此種原子集團形成的材料就稱為奈米材料，而一般傳統材料稱為。

說明：奈米為長度的單位，說明：奈米為長度的單位，1奈米（nm）＝10－9 m，也就是十億分之一米。

▼ 不同物質的尺度比較 nm

～0.5 0.5～1.0 1.0～100 100～10000 ＞10000 0.1

原子分子奈米微米塊材

氦、氫、氧小分子、沸石內的小孔蛋白質、DNA、無機奈米粒子毛髮直徑、電晶體、細胞石墨、碳粉、鑽石

164


特性與應用： ○1 當物質小到奈米尺度時，具有相當高的「表面積／體積」比；使得其活性也隨之增大。 █：(a) 有些衣物具有殺菌效果就是將常見的布料與奈米銀粒子混紡而成。 (b) 奈米光觸媒其原料為奈米級的二氧化鈦（TiO2）粒子，受陽光照射會分解出電子及 TiO2＋而具有殺菌效果。

(2)

○2 奈米材料會由於顆粒尺寸的變化而造成顏色的差異。 █：不同粒徑的奈米磷化銦（InP），其顏色可從綠色到紅色。

○3 新的奈米製程可使金屬外殼在不同角度呈現不同的色澤，可以想像具有此種金屬外殼的車子由遠方駛來靠近你時，將可像變色龍般變色。 ○4 奈米碳管不僅具有金屬與半導體的性質，而且其彈性及張力強度極高，甚至比鋼絲強上百倍，由於重量極輕，故應用範圍極廣，目前已廣泛應用於電路中的導線、電路開關、帄面顯示 CRT 顯示器與奈米碳管場傳統 CRT 器等。發射顯示器之比較示意圖 ▲


165

★★★★

下列有關二氧化鈦性質的敘述，何者正確？ (A)修正液的成分為二氧化鈦，故修正液也具有殺菌、除臭的光觸媒特性 (B)早期使用的修正液會對人體產生傷害是因為二氧化鈦的毒性高所致 (C)當二氧化鈦的微粒大小達到奈米級時性質會變得更為安定 (D)奈米等級的二氧化鈦能將有機物分解，產生二氧化碳和水，因而有淨化、抗菌、防汙等效果 [

答案] Ｄ奈米等級之 TiO 才可；(B)因有機溶劑的毒性；(C)催化效果更佳。

(A)

2

下列何種現象與奈米結構無關？ (A)蓮葉出淤泥而不染 (B)鴨子可浮於水面上 █：Ｃ。

4

抗紫外線的玻璃

(C)

自我清淨式馬桶

(D)

（(C)一般玻璃即具有抗 UV 功能。）

★★★★★

科學家計劃製造一座「太空電梯」，以探測外太空和火星。支撐這座「太空電梯」的纜繩是一束由十億條、長達十萬公里的奈米碳管所製成，每條奈米碳管含有估計這束纜繩至少需要多少公斤的碳來製備？ (A) 0.12 [

(B) 2.40

(C) 7.20

(D) 14.4

7.2×1017

個碳原子。試【93.學測】

(E) 28.8

答案] Ｄ 17

7.2×10

9

十億條＝10 條，

9

10

×

23

6.02×10

＝1.2

3

10

×

（mole 碳原子），

3

W 碳

1.2×10 ×12

＝

1000

＝14.4（kg）

一超導金屬氧化物的組成是 YBa2Cu3O7－x（Y 為第 3 族元素）。如果 x＝0.1，則在此超導氧化物中： (A)正離子的總電荷數為 14 (B)釔（Y）的價數為＋1 (C)鋇的價數是＋4 (D)銅的帄均價數約為 2.27 （(A)正離子的總電荷數為：（7－x） 2＝13.8；(B) Y 的價數為＋3； █：Ｄ。 13.8－3－2 2 ×

C Ba

為＋2 價； D 銅的帄均價數為

×

＝2.27。）


166

4-1

（*多重選擇題）

一 (

Ｄ

) 1.

下列人造纖維中吸水性最好的是何者？ (A)耐綸 (B)達克綸 (C)奧綸 (D)嫘縈

(

Ａ

) 2.

下列有關聚合物的敘述，何者正確？ (A)纖維素與澱粉都是天然的聚合物質與耐綸都是由一種化合物聚合而成的物質

(

Ｃ

) 3.

（

其原料為植物纖維。）

1. (D)

蛋白質與耐綸都是胺基酸的聚合物 (C)蛋白 (D)人造絲（聚酯）與蠶絲都是碳、氫、氧組成

(B)

（

耐綸不是；(C)不一定只有一種；(D)蠶絲有、H、O、 N。）

2. (B) C

下列有關日常生活中的化學物質的敘述，何者錯誤？ (A)日常所見罐裝飲料的包裝大多是由鋁所製成，其回收後可製成鋁箔 (B)報紙可回收製成再生紙 (C)以目前的科技而言，尚不能製造生物可以分解的圕膠袋 (D)天然（ 3. (C)可製造生物可以分解的圕膠袋，橡膠是製造汽車輪胎的材料之一即添加澱粉等天然高分子。）

(

Ｄ

) 4.

太空梭在重返地球時，會與大氣層的空氣劇烈摩擦，產生超過攝氏千度的高溫，因此太空梭外殼必頇使用最佳的耐熱材料。下列何種材料，最適合做為此用途？ (A)金屬材料 (B)玻璃材料 (C)圕膠材料 (D)陶瓷材料 (E)有機高分子材料（

(

Ｄ

) 5.

4.

陶瓷材料是極佳的耐熱材料，最適合做為太【92.學測】空梭的外殼材料。）

荷葉能出淤泥而不染、水珠不會分散的原因是荷葉表面有自然的微小奈米級顆粒，讓汙泥、水粒子不容易沾附表面，汙泥、水粒子不容易沾附表面，這是自然界中這是自然界中有名的荷葉效應。有名的荷葉效應。下列有關奈米下列有關奈米的敘述的敘述，何者錯誤？ (A) 1微米＝103奈米 (B)奈米碳管目前尚無法大量製造，因其成本極高 (C) DNA中含有奈米尺度的分子 (D)蓮花之所以可以排除灰塵，是因表面結構與水分子的作用力（ 5. (A) 1 微米＝10 m＝10 奈米；(C) DNA 的分子刻度（scale）中當然是奈米尺度的分子甚強－6

3

（因為一奈米約為 10 個原子的大小）；(D)是為表面有空氣層及良好的排水效應。）

(

(

(

ＡＡ

Ｂ

) 6.

) 7.

) 8.

透明圕膠袋PE其單體的化學結構為何？ (A) H2C＝CH2 (B) H2C＝CHCl (C) H2C＝CH(C6H5) 下列粒子或物質由小而大的順序為何？ (A)電子、原子、分子、奈米材料、晶體 (C)分子、原子、電子、奈米材料、晶體 (E)電子、原子、奈米材料、分子、晶體

（

7.

(D) H2C

＝CH(CN)

電子＜原子＜分子＜奈米材料＜晶體。）

原子、分子、奈米材料、晶體、電子 (D)電子、晶體、奈米材料、原子、分子 (B)

如果黃金奈米粒子的直徑大小是3 nm，在這個粒子中有多少個Au原子？（Au原子的半徑為0.144 nm）（ 8. ( 3 ) ≒10 個。） 3

(A) 102

(

Ｂ

) 9.

(B) 103

(C) 104

(D) 105

(E) 106

目前製造半導體，不可能使用的原料為下列何者？ (A)鍺 (B)硫 (C)矽 (D)鎵

3

0.144×2

（

9.

硫為 6A 族，非半導體。）


167

（10. (B)棉花應為纖維素；(D)耐綸不是胺基酸組成；下列有關常用衣料的敘述，何者正確？ (E)動物性纖維會被鹼溶解。）天然纖維和合成纖維都是含碳的有機高分子化合物 (A) (B)棉花纖維主要成分屬醣類，含碳、氫、氧三種元素 (C)羊毛纖維主要成分屬醣類，除了碳、氫、氧三種元素外還有硫和氮 (D)蠶絲和耐綸都是由胺基酸分子組成的高分子化合物 (E)羊毛不可以鹼性的清潔劑洗

* (

ＡＢＥ

)10.

* (

ＢＣＥ

)11.

* (

ＣＤ

)12.

一些事物名稱內含有代號或數字，這些代數或數字皆有其意義。下列有關這些代號或 95 代表與 95％異辛烷及 5％正庚烷之燃料混合震爆程度相當；數字的敘述，何者正確？（12. (A) (B)代表其二個單體碳數為 6 個及 6 個；(E)第六間輕油裂解工廠。） (A)加油站的95無鉛汽油，其中的“95”代表含 95％異辛烷 (B)耐綸為一種常見聚合物，耐綸66其中的“66”，代表其於1966年發明 (C)可作放射性治療用的鈷六十，其中的“六十”代表質量數 (D)結構類似足球的碳六十，其中的“六十”代表原子數 (E)台圕的六輕廠，其中的“六”代表該廠專門處理含六個碳的有機物

* (

ＣＤ

)13.

奈米級二氧化鈦受到特定波長的紫外光照射時，能將空氣中的氧分子和水分子分別轉變成某些物質，這些物質具有非常大的化學活性而能將有害的有機毒素分解，試問這奈米級二氧化鈦受到特定波長的紫外光照射時，能將空氣中的水分子轉變成氫氧自由基；些物質是：（13. (C) (D)奈米級二氧化鈦受到特定波長的紫外光照射時，能將空氣中的氧分子轉變成超氧陰離子。） (A)氧離子 (B)氫氧根離子 (C)氫氧自由基 (D)超氧陰離子 (E)過氧化氫

* (

ＡＤ

)14.

下列關於奈米碳管的敘述，何者正確？ (A)質量輕、彈性佳且化學性質穩定 (B)是一種精密陶瓷，可耐高溫 (C)奈米碳管與聚乙烯均是含C、H的聚合物 (D)鑽石、石墨、C60及奈米碳管均是碳的同素異形體（14. (B)非精密陶瓷；(C)奈米碳管只含有碳；(E)與石 (E)奈米碳管結構與鑽石相似，質地堅硬

（11. 奈米材料總表面積比塊材大，活性比塊材大，下列關於奈米材料之敘述，何者正確？而特性與塊材不同。） (A)奈米材料之總表面積較塊材小 (B)奈米材料之總表面積較塊材大 (C)奈米材料之催化活性較塊材大 (D)奈米材料之催化活性較塊材小 (E)奈米材料具有與塊材不同之特性

墨相似。）

* (

ＡＥ

)15.

下列有關材料與化學的敘述，何項正確？ (A)各種不同的玻璃其共同含有的物質是SiO2 (B)奈米材料比塊材的活性大甚多的原因是濃度較大所致 (C)太陽能電池所使用的電極材料是屬於陶瓷 (D)蠶絲的主要成分是碳水化合物 (E)天然橡膠加硫處理的目的是增加彈性

* (

ＡＢ

)16.

下列有關二氧化鈦光觸媒的作用原理之敘述，何者錯誤？吸收紫外光。） (A)光觸媒反應僅為表面反應，只要表面被塵埃覆蓋後即失去殺菌作用 (B)一般的光觸媒只要吸收可見光，即能產生殺菌作用 (C)光觸媒能將空氣中的氧氣或水分子轉變成高活性的物質 (D)光觸媒能將細菌、臭味、病毒和塵蟎等有機物質轉變成二氧化碳和水 (E)光觸媒利用其超強的氧化能力，消滅空氣中的浮游細菌及分解臭味

（16. (A)仍可作用；(B)

（15. (B)奈米材料比塊材的活性大甚多的原因是奈米材料表面積所占比例極大；(C)太陽能電池所使用的電極材料是屬於矽晶體；(D)蠶絲的主要成分是蛋白質。）


168

二

（

1.

甲衣料燃燒有異味絲（動物纖維）；乙衣料靠近火焰無變化棉；丙衣料靠近火焰，尖端熔成小珠狀耐綸（人造纖維）。）  

(

Ｂ

) 1.

甲、乙、丙三種衣料做纖維檢驗，得結果如下：甲衣料乙衣料丙衣料靠近火焰稍為縮小無變化尖端熔成小珠狀燃燒的氣味有異味無異味無異味浸於3％ NaOH 變脆弱稍微膨脹幾乎無變化浸於10％ H2SO4 幾乎無變化變脆弱無變化上列哪一項是檢驗甲、乙、丙衣料纖維最適合的結論？ (A)甲為棉；乙為絲；丙為耐綸 (B)甲為絲；乙為棉；丙為耐綸 (C)甲為耐綸；乙為絲；丙為棉 (D)甲為棉；乙為耐綸；丙為絲

(

Ｂ

) 2.

膽固醇是人體必需的生物活性物質，分子式為C25H45O。已知某種膽固醇酯是液晶材料，分子式為C32H49O2。則生成這種膽固醇酯的酸（有機酸＋醇 → 酯＋水）是下列（ 2. 有機酸＋醇 → 酯＋水。R ＋C H O → C H O ＋H O。所以 R 的分子式為何者？ C H O ，故示性式為(B) C H COOH。）



25

7

(A) C7H4O

(

Ｃ

) 3.

(B) C6H5COOH

6

2

6

(C) C7H15COOH

45

32

49

2

2

5

(D) C6H5CH2COOH

已知坊間所賣的光觸媒，其主要成分是奈米級的二氧化鈦，而其吸收光之波長至少需低於400 nm。吸收光能後的二氧化鈦具有相當強之氧化力，可以直接將吸附在物質表面之汙染物直接氧化，使其分解，或者將吸附於物質表面之水分子氧化為氫氧根自由基（‧OH＋H＋＋e－ → H2O）進而分解汙染物。試問下列敘述何者正確？ (A)‧OH為強還原劑可以分解汙染物 (B)奈米級的顆粒大小，是比原子的大小更小 (C)光觸媒處理過的場所，在黑暗中並不具有消毒效果 (D)氫氧根自由基中的氧原子（ 3. (B)奈米的刻度約為幾十個原子的大小；(C)二氧化鈦吸收的波長之電子恰好是八隅體組態＜，故在黑暗中無法發揮功用。） 400 nm

* (

ＢＣ

) 4.

下列有關材料的敘述，何者正確？ (A) OLED電視的背光源為LED (B)銅的氧化物可以做為超導體的原料 (C)太空梭外殼使用的隔熱片是屬於陶瓷材料 (D) n型半導體材料，使用摻入了3A族的元素 (E)液晶分子的形狀大多為柱狀體，其長度大多超過3奈米（

電視不需背光源；(B)超導體的原料為釔鋇銅氧化物；(D) n 型半導體材料，使用摻入了 5A 族的元素；(E)液晶分子的形狀大多為柱狀體，其長度大多不超過 3 奈米。）

4. (A) OLED


169

4 – 2

1

（南一版 p.188）

1.

空氣汙染的來源可分為和，自然汙染物都是局部且短暫，而人為汙染源具有區域性及持續性，導致汙染物排放的數量過多，便造成日益嚴重的空氣汙染問題。、、 (2) 空氣汙染物主要是使用化石燃料所產生，分別有、及、。 (1)

▼ 空氣汙染的種類、來源、影響及防治方法種類

汙染物

主要來源

影響

化石燃料燃燒、內燃機的廢氣。自然界自然界 CO 的主要來源為枯葉分解。

是溫室氣體，造成地球的溫室效應。 (2) CO有毒性，會使血液失去運送氧氣的能 CO 、CO (2) 力。 (3) CO與血紅素結合力最大。化石燃料含有硫化生成有毒氣體、酸雨，對物，燃燒時產生人體有害，使森林枯萎、 SO 、SO 、 SO ，再氧化生成建材腐蝕。 H SO 、 SO ，若分別溶於水則生成H SO 及 H SO H SO 。內燃機高溫時，使 (1) NO有毒，亦會與血紅空氣中的氮氣和氧素結合。氣反應所產生。 (2) 氮的氧化物會加速臭氧層被破壞。 NO、 NO 。 (3) 形成 (4) 與（ phot photoc oche hemi mica call smog smog）有關。 (1) 對呼吸系統傷害甚大。烴類化合工廠煙囪排放的微 (2) 產生光化學煙霧。物、10－～小顆粒，其表面附著有害的化合物（－ 10 cm的如 SO 、 NO 及烴塵埃類）。噴霧劑和冷媒，其破壞臭氧層。 CF Cl 、中的氯原子會破壞 CFCl 臭氧層。 (1)

2

2

(1) CO2

防治方法 (1) (2)

2

(1)

3

2

2

3

2

4

3

2

2

3

減少使用化石燃料，改用低汙染能源。汽機車加裝觸媒轉化器，使CO轉變為CO 。

(2)

大型煉油廠、火力發電廠等排氣前先做脫硫處理。使用含硫量低的燃料。

4

汽機車加裝觸媒轉化器，將氮的氧化物還原為氮氣。

2

7

以集塵器收集後再集中處理。

2

2

2

2

3

x

使用替代品，如使用 HFC-134a

（CH FCF ）的冷媒。 2

3

170

高中基礎化學(二)學習講義 1 光化學煙霧：氮的氧化物（ NOx）和汽機車排放的有機物產生過度汙染時，若再經光化學說明：○ 反應產生新的汙染物質，便會在通風不良反應產生新的汙染物質，便會在通風不良之處造成空氣中煙霧之處造成空氣中煙霧瀰漫的現象。瀰漫的現象。 2 觸媒轉化器：利用鉑（Pt）、銠（Rh）等觸媒，使燃燒不完全的 CO ○ 及有機物轉變為CO2 和H2O，並將氮的氧化物還原為氮氣。 CO、CaH b、 NOx  CO2、H2O、 N2 3 氟利昂：為氟氯碳化物的 ○ 氟利昂：為氟氯碳化物的通稱，其編號規通稱，其編號規則為個位數表氟原子數則為個位數表氟原子數，十位數表氫原子，十位數表氫原子數加數加1 ，百位數為碳原子數減1。 █：二氯二氟甲烷（CF2Cl2），代稱為Freon-012。 4 溫室效應：地表吸收太陽 ○ 溫室效應：地表吸收太陽光後，輻射出的光後，輻射出的紅外線被某些氣體吸收紅外線被某些氣體吸收，以致熱無法快速，以致熱無法快速散失散失而具有保溫作用。

1

★★★★

下列有關大氣環境的敘述，何者錯誤？ (A)汽車排放的廢氣中不含「含氮化合物」 (B)大氣中 SO2 的主要來源是石油和煤的燃燒，以及硫酸製造廠的廢氣 (C)大氣中氮的氧化物主要來源是空氣在內燃機中的反應 (D)汽車所排放的廢氣，通常包含碳、氮和硫的氧化物及烴類 (E)空氣中過多的一氧化碳，因吸收太陽光中的紅外線產生溫室效應 [

答案] ＡＥ汽車的廢氣中含有 NO ；(E)空氣中的 CO 含量，帄均而言並未超過標準值，反而是 CO 超過標準值。 (A)

x

2

氮的氧化物（包括 NO、 N2O、 NO2 等）是主要的大氣汙染物之一，下列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列 (D)汽、機車排放的廢氣常含有 NO，是汽油燃燒不完全所產生的 (E)汽、機車淨化廢氣所安裝的觸媒轉化器是要將氮的氧化物轉為 N2 HO █：ＢＥ。（(A) NO ── ──→ → HNO ；(C) NO 之電子點式為：，氮不符 2

2

3

合八隅體；(D) NO 為內燃機內的 N2 與 O2 反應生成。）


2

171

（南一版 p.192）

1.

種

2. (1) (2)

類

來

源

影

響

使得水溫升高、溶氧減少工廠和核能電廠所使用的冷卻水。，進而改變生態，如。減少，使汙水呈現髒動物廢料、腐敗植物與工廠有機廢水。臭的現象，並使水中生物。 (1) 清潔劑的碳鏈為清潔劑與農藥、生活廢水、工廠、肥料。時，稱為性清潔劑 █：，可被細菌分解，但易溶氧量。 (2) 清潔劑的碳鏈為鏈直鏈的易被分解（軟性清潔劑）時，稱為性清潔劑，難被細菌分解，且易造成汙染。鹽，為植物 (3) 含有分枝的不易被分解（硬性清潔劑）養料，導致。來自地下水。砷 —— 烏腳病烏腳病 (1) 砷（As） —— 來自地下水。來自油漆及鉛製器皿。鉛 —— 腦損害腦損害 (2) 鉛（Pb） —— 來自油漆及鉛製器皿。電鍍工廠、電池。。鎘 —— 痛痛病痛痛病 (3) 鎘（Cd） —— 電鍍工廠、電池日光燈，含汞農藥、電池。汞 —— 水俣病水俣病 (4) 汞（Hg） —— 日光燈，含汞農藥、電池。草木及垃圾水質不良、惡臭。：水汙染的防治，首重於減少製造或使用過程中所產生的廢水量，同時各類廢水均應加以分類收集，經適當處理後才能排放。廢水處理：程序

目

的

除去物質除去物質（如有機物）除去特殊汙染物

方

法

以過濾的方法除去固態物質。採用，藉由通入及微生物來去除需氧物質。選擇特定的方法。

172

高中基礎化學(二)學習講義 2

★★★★

下列關於水汙染的敘述，何者正確？ (A) BOD 值愈大即表示水中需氧廢料的汙染愈嚴重 (B)含磷的洗衣粉其缺點是會使水中溶氧減少 (C)清潔劑的烷基碳數愈少，去汙力愈佳 (D)若水中含有機廢料，將引起細菌繁殖，用掉水中溶氧，以致水生動物死亡 (E)臺灣南部南灣海域之珊瑚白化，是因需氧廢料汙染而形成的廢熱 [

答案] ＡＢＤ烷基碳數愈少去汙力會下降； (E)為核電廠產生的廢熱引起的。

(C)

1.

排放大量含氮、磷化合物的廢水至河流湖泊中，會造成水質優養化，進而引起魚蝦貝類的大量死亡。這主要原因為何？ (A)藻類大量孳生，消耗水中溶氧 (B)藻類太多隔絕空氣，增加水中 CO2 濃度 (C)綠藻轉變成毒藻，危害水生動物 (D)含氮、磷化合物累積於魚蝦貝類的體內，經「生物放大作用」造成死亡 █：Ａ。（ 1. 氮、磷為植物營養素，所以藻類大量孳生，用去溶氧量。）年臺灣桃園地區所發生的「痛痛病」是由何種重金屬汙染所引起的？年臺灣桃園地區所發生的「痛痛病」是由何種重金屬汙染所引起的？ (A)鉛 (B)鎘 (C)汞 (D)銀 █：Ｂ。（ 2. (A)鉛—影響中樞神經；(C)汞—水俣病。）

2. 1995

3

★★★★★

某河川遭受有機物汙染嚴重，發生臭味，後來在汙水處理系統完成後，嚴格執行汙水排放制度，並向河水輸送某種氣體，使水質得到顯著的改善（包括有利於恢復自然生態）。試問輸入河川的是何種氣體？【98.學測】 (A)二氧化碳 (B)一氧化碳 (C)氯氣 (D)氧氣 (E)氫氣 [

答案] Ｄ有機廢料可由氧氣與微生物來分解。

某城市位在河流的下游，長久以來居民都頇忍受惡劣的水質。但在將家庭廚廁產生的汙水由原先直接排放到河川，改為經由下水道，先通往汙水處理場，處理後再排放，結果河川逐漸不再散發惡臭，河水中水生生物的種類也增加了。下列何項是此河流環境改善的主要原因？【92.學測補考】 (A)注入河流的家庭清潔劑大量增加 (B)注入河流的營養鹽的含量減少 (C)家庭汙水的排放量減少 (D)注入河流中的水量減少 █：Ｂ。（水質不優養化，河川就不易惡臭。）


3

（南一版 p.195）

1.

避免廢棄物汙染土壤及水源的方法為回收再加以利用，或以掩埋法、焚化法等適當方法處理，以免造成危害。 (2) 對於特殊成分的廢棄物，如重金屬，則頇由專業人員處理，集中儲存。（reduction）、（reuse）， (3) 加強民眾有關（recycling）及再生（regeneration）等環保4R 意識，使意識，使地球資源得以永續使用。土壤剖面：【延伸補充】 (1)

2.

分層

特

徵

顏色深暗，有機質聚集較多，為有機質與礦物質的混合體，為植物賴以生長的主要部分。顏色鮮明，含黏土及氧化鐵、氧化鋁等礦物質，質地較表土緊密，有機質較少。半風化的碎石所構成。土壤下方為未風化底岩，嚴格來說不屬於土壤。

土壤形成順序：(D)→(C)→(A)→(B) 3.

由礦物質、有機物、微生物和水混合而成的一種鬆散而含有空氣的混合物。 5

95

生物代謝或腐爛的產物。以類礦物存在，並含有鋁、鐵、鈣、鈉、鉀、鎂等氧化物或氫氧化物。 (1) 矽酸鹽類結晶構造中，矽、氧的構造單位為－ SiO44 ，結構如右圖，為四面體結構。 (2) 地殼元素含量 O ＞Si ＞Al ＞Fe。 (1) 除了可生產糧食外，亦能保持及純化水資源。 (2) 土壤中的矽酸鹽和一些金屬氧化物可燒結成陶、瓷、磚、瓦和玻璃。

4.

成分功能

肥

肥

肥

173


174

4

（南一版 p.196）

綠色化學或稱永續化學的定義為：「發明、設計和利用化學產品與化學製程，以減少或消除有害物質之使用與生產。」永續化學的觀念首重落實，茲略述一些實例以彰顯其對環境永續發展的重要性。 1. 設計合成方法時，應盡可能將所有反應物質轉變為生成物，以減少廢棄物的產生，即使用原子效率高的製程，來生產化工產品。 █：「壓克力」原料（甲基丙烯酸甲酯）的製程有下列二種方式： (1) 將丙炔、一氧化碳和甲醇經鈀（ Pd）觸媒反應而成，如下式所示，其原子效率為 100％。 CH3

Pb（觸媒）－C≣CH＋CO＋CH3OH ─────→

使用有危險性的反應物氰化氫及硫酸，如下式所示，其原子效率僅為 47％。 CH3COCH3＋HCN＋CH3OH＋H2SO4 → CH2＝C(CH3)CO2CH3＋ NH4HSO4 設計毒害性盡量減低但保持有效功能的化學產品。 █：巴斯夫（BASF）公司研發出棉織品專用的新型染料，因發色團不同而顏色各異。此類染料染棉時反應快，固色效果好，重染率低，使用之鹽類與水均少，因而得以節省能量 50％，而且染色時間減半，廢水之 BOD 及 COD 均降低。 (2)

2.

說明：全球每年估計使用 4 百萬噸的棉，其中說明：全球每年估計使用百萬噸的棉，其中用於棉織品染色的染料用於棉織品染色的染料達達 8 萬噸，染色過程中萬噸，染色過程中需用需用 4 億噸的水而且使用後排放造成汙染。汙染物主要為未消耗的染料與過程中必須使用的鹽類，這些汙染均極難處理。

只要技術可行並符合經濟效益，應使用再生原料。 (1) 以亞麻油提煉出的漆料，其品質不差且費用低。 (2) 咖啡渣也能廢物利用製成咖啡紗，再織成衣服。 4. 優先考慮以觸媒進行反應。 █：近年來很熱門的奈米金粒子，即可應用其觸媒的特性，在低溫下，利用氧氣將有毒的一氧化碳氧化成二氧化碳。從上面的例子可以了解，化學的研究及化學工業的發展尚有很多改善的空間。因此只要化學家、化學工程師們能夠將環境永續的理念牢記在心，則不論其生產的環保產品，或設計的製程均將帶給人類莫大的福祉，也讓我們的地球可以生生不息。 3.


175

★★★★★

製備順丁烯二酸酐（C4H2O3）有下列二種不同的製程：（式 A） 2 C6H6(l 6(l )＋9 O2(g) → 2 C4H2O3(l 3(l )＋4 H2O(l )＋4 CO2(g) （式 B） 2 C4H10(g)＋7 O2(g) → 2 C4H2O3(l 3(l )＋8 H2O(l ) 若反應物均完全反應完畢，試問何者較合乎綠色化學的要求？ [

答案] 式 B

主要產物的質量式 A 的原子效率（％）＝所有產物的質量總和＝式 B 的原子效率（％）＝

％

100

×

98.06×2

＋18.02 4＋44.01

98.06×2

×

4

％＝44.15％

100

×

×

98.06×2

100％＝57.63％＋18.02 8 式 B 較合乎永續化學的要求，因為其原子效率為 57.63％顯然高於式 A 的 44.15％。而且式 A 使用具有毒性的苯做為反應物，並產生溫室氣體 CO 。 98.06×2

×

×

2

利用原子使用效率高的反應製造成原料，在綠色化學中可代表何種意義？ (A)反應過程的汙染最少 (B)反應過程排碳量最低 (C)可減少副產物所造成原子的浪費 (D)反應的產率較高（原子效率高未必成本低、產率高、汙染少。） █：Ｃ。 4 – 2

（*多重選擇題）

一 (

Ｄ

稱為生化需氧量，COD則為化學需氧量，若化合物的莫耳數相同，則下列何者的（ 1. C H O ＋O → CO ＋H O，若 X、Y 值愈小化學需氧量最小？，Ｚ值愈大，則需氧量愈小，故選(D)。）

) 1. BOD

X

(A) C5H12

(B) C5H11OH

(C) C4H9CHO

Y

Z

2

2

2

(D) C4H9COOH

(

Ｂ

) 2.

下列有關「水汙染」的敘述，何者錯誤？（ 2. (B)均為重金屬，極少量即毒性強。） (A) BOD可用來測定水中需氧廢料的汙染程度 (B)水汙染的金屬元素，如汞、鎘、鉛等的含量極少，並不會對生物構成任何影響 (C)水中的溶氧量可視為水汙染的汙染程度指標之一 (D)含分枝鏈的合成清潔劑，不能被細菌分解，會造成泡沫汙染

(

Ｂ

) 3.

下列有關汙染的成因配對，何者錯誤？ (A)痛痛病－鎘 (B)烏腳病－鉛 (C)水俣病－汞

(

(

ＤＢ

) 4.

) 5.

電鍍廠廢水所含的水汙染物主要為何？ (A)有機化合物 (B)傳染媒介 (C)清潔劑

（

砷。）

3. (B)

珊瑚白化－熱汙染

(D)

（

4.

主要為重金屬汙染。）

無機化學品

(D)

（

酸雨是指 pH 小於 5.0 的雨水；(B)工廠燃燒重

5. (A)

下列有關酸雨的敘述，何者正確？油或煤產生 SO 是造成酸雨的主因。） (A)指 pH小於 7的雨水 (B)主要是工廠燃燒重油或煤所造成 (C)主要是大氣中 CO2溶解於雨水中形成碳酸所致 (D)汽機車排放出的廢氣是造成酸雨的主因 2

176

(


Ｃ

) 6.

在1996年，工業國家開始全面禁用含氟氯碳化合物冷媒，主要是為了保護大氣層中哪（ 6. NO 與氟氯碳化合物，主要為 NO 與氟氯烷（CCl F ），易一種氣體？使臭氧層易受破壞，故全面禁用。） (A)氧 (B)氮 (C)臭氧 (D)二氧化碳 (E)水蒸氣 X

(

Ａ

) 7.

2

想要去除工廠廢氣中的二氧化硫，可使廢氣通過下列何種物質？（ 7. SO ＋CaCO (A)碳酸鈣 (B)氯化鈉 (C)硫酸鈣 (D)硫酸鈉 2( g 2( g )

(

Ｃ

) 8.

(A) CCl2F2

Ｄ

) 9.

→ CaSO3(3( s s))＋CO2(2( g g )。）

氟氯碳化合物一般為非毒性，具有不能幫助燃燒及低沸點的特性。在1930年代開始，這些化合物被大量使用在噴霧罐、冷氣機及冰箱上，但因環境考量現已限制使用。下（ 8. 氟氯碳化合物 C Cl F 條件 x＋y＝2n＋2，【94.學測】列何者不是氟氯碳化合物？不可以其它元素取代。） n

(

3( s 3( s))

2 2

(B) CFCl3

(C) CHCl3

x y

(D) CFCl2CFCl2

地殼中含量最多的非金屬元素R 與含量最多的金屬元素與含量最多的金屬元素M組成的化合物，其化學式為（ 9. 元素含量 O＞Si＞Al＞Fe。∴Al O 。）何？ 2

(A) MR (B) MR 2

(C) M2R (D) M2R 3

3

(E) M3R 2

(

Ａ

)10.

環境化學家推廣4R 觀念，以減少各種汙染，觀念，以減少各種汙染，4R 包括了包括了 (A) reduce、reuse、recycle、regenerate (B) reduce、reuse、replace、regenerate (C) reuse、recycle、record、replace (D) reduce、replace、remove、recycle

(

Ｆ

)11.

水中的微生物會使水中的有機物（例如C6H10O5）轉化為CO2與H2O，在這過程中所需 O2的量，稱為生化需氧量（ BOD）。試問要使水中的1個C6H10O5分子完全變成 CO2與【93.學測】 H2O，需要幾個氧分子？ (A) 1

(B) 2

(C) 3

(D) 4

(E) 5

(F) 6

（11. C6H10O5＋6 O2 →

＋5 H2O。）

6 CO2

(

Ｂ

)12.

有關水庫之水質，下列何者有「水質優養化」此話的意義？ (A)水經處理後，水中之含氧量增加 (B)水中養分增加，使藻類繁生，水中之含氧量減少 (C)水中之傳染媒介如細菌、病毒等增加 (D)水中之重金屬離子如汞、鉛、鎘增加

(

Ｄ

)13.

下列有關廢氣造成地球環境變化的原因，何者錯誤？（13. (D)此現象不是主要的汙染。） (A)由於 CO2排放過度，造成地球增溫現象 (B)由於氟氯碳化物的使用，造成臭氧層的破壞 (C)由於SO2和 NO2的排放，造成酸雨 (D)由於甲烷天然氣外洩，造成空氣汙染

(

Ｃ

)14.

下表中哪些現象或人類的活動可能會造成全球海溫的增加？ Ⅰ 沙塵暴造成大氣中的懸浮微粒增加 Ⅱ 人類大量使用煤、石油等化石燃料 Ⅲ 火山噴發，大量火山灰進入大氣 Ⅳ 人類為取得更多可使用的土地，大量砍伐雨林 (A) I (B) I、Ⅲ (C)Ⅱ、IV (D) I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ

(

Ａ

（14. Ⅱ：CO2 增加，Ⅳ：減少 CO2 被吸收。）

)15.

右圖為一土壤化育剖面圖，其中哪一層含有最多的有機物質？【91.學測補考】 (A)甲層 (B)乙層 (C)丙層 (D)丁層（15. (甲)表土有機質最多。）

【95..學測】學測】


177

◎ 太陽所發出的能量以輻射的方式傳至地球，陽光通過地球大氣層時，一部分能量被吸收，一部分能量被反射或散射回太空，剩下的穿透大氣到達地表。右圖是太陽輻射進入地球大氣層時，被吸收、反射或散射等過程的示意圖，圖中數字是全球年帄均，以百分比表示。太陽的紫外線大部分被臭氧和氧吸收，而太陽輻射最強的可見光卻很少被吸收，太陽的近紅外線輻射，則主要被水氣和二氧化碳吸收。假設有一未來城，設置了一座太陽能發電廠。未來城大氣頂端，單位截面積（與太陽輻射線成直角方向）上，全年帄均接收的太陽輻射功率大約是350瓦特／公尺2。太陽輻射進入未來城上方大氣層後，被吸收、反射或散射等的情形與全球年帄均相同。依據上述圖文，試回答下列16.、17.題：【96.學測】 ( Ｃ )16. 大氣中有些氣體會吸收太陽輻射，有些氣體會反射太陽輻射。關於太陽近紅外線輻射（16. 由內文第四行末段可得知。）的敘述，下列哪一項正確？ (A)主要被臭氧和二氧化碳吸收 (B)大部分穿透大氣到達地表 (C)主要被水氣和二氧化碳吸收 (D)主要被臭氧和氧反射 (E)主要被二氧化碳和甲烷吸收 (

Ｂ

)17.

未來城地表與太陽輻射線成直角方向的單位截面積上，全年帄均接收的太陽輻射功率（17. 由試題圖知，來自太陽輻射有 16％被大氣吸收、4 大約是多少瓦特／公尺2？％被雲吸收、另有（6％＋20％＋4％）反射回外太 (A) 50

(

（18.

(B) 175

(C) 1380

(D) 350

空，將之扣除後僅餘 50％可被地表吸收。故 350 50 ＝175。

×

下列有關空氣的敘述，何者正確？【97.學測】 (A)人類為保 (A)人類為保護臭氧層所訂定的公約為京都議定書 (B)跨國通訊主要是靠臭氧層反射護臭氧層所電磁波，故臭氧層破洞影響跨國通訊品質甚鉅 (C)大氣中光煙霧產生主要在對流層，訂定的公約為蒙特婁議以塵埃為核心形成的 (D)南極臭氧洞的形成是由於人類大量使用特夫綸所致Ｃ

)18.

定書；(B)跨國通訊主要是靠游離層反射電磁波；(D)特夫綸為 C2F4 的聚合物，並不含氯。）

◎ 科學家積極開發可以永續經營的生物能源，作為替代能源的方案之一。生物能源有沼氣、生物製氫、生物柴油和燃料乙醇等，其中燃料乙醇是目前世界上生產規模最大者。生質燃料的生產以微生物及綠色植物為主，其生產需考慮材料的培養與製備、燃料的生產、分離與儲存、製備成本與效應等因素，技術層次需注意能源的加入與釋放量，方能為功。例如為了供應汽車燃料所需，有些國家配合其國情積極開發合適的生質燃料，其中以巴西開發酒精做為汽車燃料最成功。根據上文回答第19.題：【96.學測】 ( Ａ )19. 下列所敘述的特性，哪些是作為生物能源材料所應具備的條件？能源零消耗；能永續經營；整體的能源成本低；零汙染；利用基因改造生物。 (A)乙丙 (B)甲丁 (C)乙丙戊 (D)甲乙丁 (E)甲丁戊 *(

ＡＣ

)20.

有關水汙染及空氣汙染的防治，何項敘述正確？ (A)工廠排放SO2之前先使其通過碳酸鈣，可降低酸雨的產生 (B)廢水處理第一級主要除去需氧物質，常採用活性汙泥法 (C)沙塵暴來襲時應盡量避免外出，以免造成身體不適 (D)含磷清潔劑易造成水中溶氧量減少，廢水處理第二級可除去含磷物質 (E)汽車加裝觸媒轉化器，可將氮的氧化物轉變成無毒的二氧化碳和水（20. (A) SO2(g)＋CaCO3(s) → CaSO3(s)＋CO2(g)；(B)廢水處理第一級主要以過濾法除去固態物質，第二級除去需氧物質，第三級針對特殊物質，選擇特定方法處理；(D)除去含磷礦物質為第三級處理；(E)觸媒轉化器將 CO 和烴類轉化成 CO2 和 H2O，將 NO 或 NO2 還原成 N2。）

178

* (


ＢＣＥ

)21.

下列有關工業廢水處理過程的敘述，哪些正確？【102.學測】值小於7 (B)工業廢水常含 (A)在處理工業廢水的第一步，常加入碳酸鈉使廢水的 pH值小於重金屬離子，在強鹼的條件下會產生沉澱，可用過濾法分離 (C)工業廢水用鹼處理後的鹼性溶液，必頇要用醋酸將其調成中性後，始可放流 (D)去除重金屬離子後的中性廢水，可灑成水幕來曝氣，以增加水中的溶氧 (E)可利用有細菌的活性汙泥，讓細菌（21. (A)加入 Na CO 後 pH 會大於 7；(C)以強酸來來消化有機物，以達淨水目的中和後，始可放流。） 2

* (

ＢＣＤＥ

)22.

3

（22. (A)為空氣中的酸性 SO 及 NO 太多。）下列有關空氣汙染的敘述，何者正確？ (A)酸雨的成因是因空氣中的硫含量太高 (B)光煙霧是由一氧化氮和有機物所形成的 (C)空氣汙染主要是汽車和工廠排出的廢氣所引起的 (D)一氧化碳具有高毒性，會與血紅素作用，而使血液失去運送氧氣的能力 (E)氮的氧化物主要來源為汽、機車內燃（23. (A) pH 小於 5.0 的雨水稱為酸雨；(B) SO 是造成酸雨的主要氣體；(C) 燃燒重油的工廠，因燃燒重油的工廠，因機產生重油含硫，易排放出 SO 氣體；(D) CO、 NO 不溶於水，不會造成酸雨；(E)汽機車排放出 x

x

2

2

的廢氣含 CO2、 NO2，也會造成酸雨。）

* (

ＢＣＤＥ

)23.

近年來臺灣某些地區雨水的 pH值偏低，稱為「酸雨」。下列有關「酸雨」的敘述何者正確？ (A)一般而言，雨水的 pH值小於7.0稱為酸雨 (B)酸雨主要是由大氣中硫的氧化物溶解於雨水中所致 (C)酸雨主要是和工廠排放廢氣有關，如煉油廠、火力發電廠均是酸雨的主要來源 (D) CO、 NO不是形成酸雨的氣體 (E)汽機車排放廢氣也會造成酸雨

* (

ＡＣＤ

)24.

下列有關水汙染的敘述，何者正確？傷害；(E)珊瑚白化主要因為熱汙染造成的。）汙水中的細菌繁殖耗去水中耗去水中氧氣，使氧氣，使水生動植水生動植物無法生物無法生存存 (B) 汙水中的痕量元汙水中的痕量元素素 (A) 汙水中的細菌繁殖（重金屬）含量很低，故對生物不構成傷害 (C)泡沫汙染是清潔劑未分解所造成，而使水中溶氧量降低 (D)熱汙染是工廠冷卻水的餘熱所造成，而使水中溶氧量降低 (E)核三廠附近有珊瑚白化現象，是輻射汙染

* (

ＢＤＥ

（24. (B)痕量元素（即重金屬）只要少量即可能造成

（25. (A)排放之 NOx 及 SOx 才是酸雨的主因；(C)為水中磷酸鹽太多。） )25.

有關科技發展所帶來的問題，何者正確？ (A)火力發電廠燃燒煤所排放的碳氧化物，是造成「酸雨」的主因 (B)核能電廠排放廢熱水入河海中，會造成水域的溶氧量降低與珊瑚白化現象 (C)水質優養化，是因為水中所含的重金屬如汞、鎘濃度太高，導致魚、蝦死亡 (D)大量使用化石燃料，使得二氧化碳濃度增加，是造成「溫室效應」的主因 (E)光煙霧是由氮的氧化物形成的

26.

水汙染防治的三級處理，第一級主要除去固體物質，第二級主要除去，第三級主要針對特殊汙染物做專門處理。

27.

以下有五種物質，請選擇符合條件者。 (A) CH4

(B) SO2

(C) NO

(D) CF2Cl2

易造成溫室效應的氣體有哪二種？ (2) 會破壞臭氧層的氣體有哪二種？ █：(1) ＡＥ；(2) ＣＤ

需氧廢料

(E) CO2

(1)

（27. (1)易造成溫室效應的氣體有(A) CH4 和(E) CO2； (2)會破壞臭氧層的氣體有(C) NO 和(D) CF2Cl2。）


179

28.

關於水汙染之問題：(甲) 汙染物、汙染物、(乙) 汙染源、汙染源、(丙)造成影響，請於各欄選項中各選一項，給予正確的配對。汙染物汙染源 (甲) 汙染物 (乙) 汙染源 (丙)造成影響 (1) 氮磷化合物 (A) 發電廠 (a) 痛痛病 (2) 廢熱 (B) 電鍍工廠 (b) 優養化 (3) 鎘離子 (C) 鹼氯工廠 (c) 珊瑚白化 (4) 鉛離子 (D) 地下水或井水（某些地區） (d) 中樞神經損壞 (5) 砷化物 (E) 肥料、清潔劑 (e) 烏腳病 (6) 汞離子 (R) 四乙基鉛 (f) 水俣病 █：(1) (E)(b)；(2) (A)(c)；(3) (B)(a)；(4) (F)(d)；(5) (D)(e)；(6) (C)(f)

29.

利用下列選項回答(1)～(6)題： (A)磷酸鹽 (B)矽酸鹽 (C) CO2 (D) NO2 (E) SO2 (F) PbO2 (G)有機需氧廢料 (H)直鏈清潔劑 (I)枝鏈清潔劑 (J)蒸餾法 (K)滲透法 (1) 以化學式表示土壤中礦物之最基本的單元。（29. (1)矽酸鹽為土壤主要物質；(2) NO 造成光煙霧；(3) SO 造成酸雨；(4) CO 造成溫室效應；(5) BOD 愈大 (2) 光煙霧的主要汙染物為何物？，有機需氧廢料汙染愈嚴重；(6)枝鏈（硬）性清潔劑造成泡沫汙染。） (3) 酸雨的主要汙染源為何物？ (4) 造成溫室效應主要汙染源為何物？ (5) BOD值愈大，表示何種汙染愈嚴重？ (6) 何種清潔劑會使水造成長期性的泡沫汙染？ █：(1)Ｂ；(2)Ｄ；(3)Ｅ；(4)Ｃ；(5)Ｇ；(6)Ｉ 2

2

（

二 (

Ｃ

) 1.

(

Ｃ

) 2.

2.

2

石灰岩的主要成分為 CaCO3，若位於石灰岩的湖泊中 CO32－可中和 H＋CO32－(aq) ＋2 H＋ → CO2(g)＋H2O(l ) 故湖水的 pH 值，受酸雨的影響變化最小。）

在湖泊優養化的過程中，有關生物群聚的消長，可以包含以下幾個階段：(甲)細菌等異營性生物大量繁殖；(乙)藻類過度繁殖；(丙)水中溶解氧氣耗盡；(丁)魚類大量死亡；(戊)藻類大量死亡。試問上述幾個階段的先後順序為何？ (A)乙丙甲戊丁 (B)乙丁甲丙戊 (C)乙戊甲丙丁 (D)甲丙乙戊丁酸雨的危害包括腐蝕大理石的建築物及雕像，也會酸化河水、湖泊，影響水中的生態。位於下列哪一種地質環境的湖泊，其湖水的 pH值受酸雨的影響最小？【95.學測】 (A)花崗岩 (B)安山岩 (C)石灰岩 (D)玄武岩

180

Ｄ

) 3.

在一煙霧實驗箱中，測得煙霧的主要成分為RH、 NO、 NO2、O3、PAN，其中RH 含C、H，而PAN 含C、H、 O、 N，各種物質的相對濃度隨時間的消長，記錄於右圖，根據圖中數據，下列推論何者最不合理？【91.學測】 (A) NO消失的速率比RH快 (B) NO 生成 NO2 (C) RH及 NO2生成PAN及O3 (D) O3生成PAN

ＡＣＤ

) 4.

氟碳化合物有人用HFC－nmp代號來命名，其中n為碳數減1，m為含氫數加1， p為含氟原子數，有關其代號與化學式的表示法，下列哪些是正確的？ (A) CHF2CF3代號為HFC-125 (B) CH2FCHF2代號為HFC-134 (C) CF3CHFCF3代號為 HFC-227 (D) CF3CF2CF3代號為HFC-218 (E) CHF2CHF2代號為HFC-234

(

* (


Ｄ

(

6.

（ ) 5.

4. (B) CH2FCHF2

即 C2H3F3，HFC-143；(E) CHF2CHF2 即 C2H2F4，HFC-134。）

在酸性土壤中添加足量的下列何種物質，可以降低土壤的酸性？（ 5. (A)、(B)、(C)為中性，(D)為鹼性。） (A)硫酸鉀 (B)硝酸鈉 (C)硫酸鈣 (D)碳酸鈣

一汙水樣本中測得含有8.1 ppm的有機廢料C6H10O5（分子量＝162 g／mol），則此汙水樣本中每升的生化需氧量（BOD）為多少 ppm？（氧分子量＝32 g／mol） █：9.6 ppm （ 6. C H O ＋6 O → 6 CO ＋5 H O 6

10

5

2

2

2

－3

8.1×10 8.1 mg 1L

＝ ∴用去O2＝5 8.1 ppm

（

與

兩者之下降斜率之絕對值， NO 較大，表消失速率較快；(B) NO 下上升，表 NO 生成 NO2；(C) RH 與 NO2 下降時，PAN 與 O3 上升，表生成 PA PAN N 與 O3；(D) PAN 與 O3 同時上升，二者均為生成物。）

3. (A) NO RH NO2 RH NO2

降時，與

－5

10

×

＝

＝5 －

10 3 g／ g／L

×

－

10 5 mol／ mol／L

×

＝9.6

6 32

× ×

mol

162 2


4

181

（南一版實驗活動手冊 p.43）

1.

藉由觀察油性奇異筆墨水在純水、肥皂水、洗碗精中的互溶現象，了解界面活性劑的特性，並觀察在混合溶液中加入鈣離子後油墨溶解所產生的變化，藉此了解肥皂與硬水的反應。 2. (1)

一般清潔劑的構造包含兩種性質的原子團：一端是與油汙相似的長鏈烷基，稱為或叫作，此端可深入油汙進而與油汙互溶；而另一端則由帶有電荷的原子團所組成，此端可溶於水，稱為親水基。由於清潔劑分子同時具有可溶於油及水的能力，此類分子又稱為界面活性劑（surfactant），其去汙原理包括表面作用（表面張力的減小）和乳化作用的綜合效應。

▲ 肥皂的去汙過程 (2)

清潔劑包括及，肥皂是的，可由動植物的油脂與強鹼反應而得。合成清潔劑是的，洗衣粉、洗碗精都是此類清潔劑。水中含有鈣離子或鎂離子者稱為。肥皂遇硬水會形成難溶的鈣或鎂鹽，失去界面活性劑的特性。但合成清潔劑與硬水不易沉澱，在硬水中仍保有去除油汙的特性。

3. (1)

(2) (3)

在白色紗布上滴入 3 滴油性奇異筆墨汁，待墨汁乾後將此紗布置入錐形瓶內，倒入約 20 毫升的純水後充分搖盪，使得液體可與紗布沾染墨汁處完全浸潤，靜置 2 分鐘後，以鑷子將紗布取出，觀察並記錄錐形瓶內的溶液顏色。觀察完畢後，先倒掉溶液，再將紗布放回錐形瓶內。將 20 毫升的正己烷倒入(1)的錐形瓶內，使得液體可與紗布沾染墨汁處完全浸潤，而後充分搖盪。靜置 2 分鐘後，觀察此浸潤液的顏色，再將浸潤液傾析倒入分液漏斗內。倒入 20 毫升蒸餾水於分液漏斗內，觀察並記錄分液漏斗內液面的變化及顏色，待觀察完畢後，旋轉分液漏斗旋鈕使下層溶液流出並棄之；再以燒杯承接上層溶液。

182

高中基礎化學(二)學習講義 (4)

取 3 支試管分別編號為 A、B 及 C，並分別在 3 支試管內加入燒杯的溶液 2 毫升及蒸餾水 2 毫升，套上橡皮圔加以搖盪而後靜置 2 分鐘，記錄溶液混合後的情況，再依下列流程圖操作，並記錄溶液混合後的情況。

問題與討論： (1) 如果步驟(1)剛開始不是加蒸餾水，而是肥皂水或洗碗精水溶液，則對實驗結果會有何影響？ █：由於肥皂水及洗碗精皆是界面活性劑，可將沾染在紗布上的紅色墨汁萃取至水溶液內。－＋ (2) 如果肥皂的化學式為 CH3(CH2)14COO Na ，指出哪些原子團為親水基？哪些為疏水基？ █：肥皂分子結構式中 CH3(CH2)14－為疏水基，－COO－為親水基。 (3) 如果在步驟(4)中不是加入蒸餾水 2 毫升，而是加入 1 M 的鹽酸液，對步驟(4) B 中的實驗是否有影響？ █：因為肥皂水呈鹼性，會與先加入溶液中的鹽酸反應，進而無法維持界面活性劑的功用，不能萃取出油墨。 (4) 如果在步驟(4)中不是加入蒸餾水 2 毫升，而是加入 1 M 的鹽酸液，對步驟(4) C 中的實驗是否有影響？ █：由於合成的清潔劑呈中性，不與鹽酸反應，不影響實驗結果。

4.


183

（*多重選擇題）一

（

效果比肥皂好，因肥皂在酸中及硬水中無法發

1. (C) 下列有關清潔劑性質的敘述，何者錯誤？揮清潔作用。）－＋ (A)肥皂分子的通式為：CnH2n＋1 COO Na （式中CnH2n＋1是含有11至17個碳原子的長鏈碳氫化合物） (B)一般清潔劑分子包含親水性部分與親油性部分 (C)合成清潔劑的去汙原理與肥皂相同，而去汙效果比肥皂差 (D)洗滌時清潔劑分子親油性的一端會溶（ 3. (A)鈉鹽所形成的肥皂與清潔劑均可溶於水中；(B)肥皂與酸作用生成難溶入油汙之中於水的游離高級脂肪酸，洗滌效果降低，合成清潔劑在酸中沒有變化，

(

Ｃ

) 1.

(

Ｃ

) 2.

(

Ｄ

) 3.

在硬水中，合成的清潔劑比肥皂更具有洗滌能力，其主要原因為何？ (A)合成清潔劑的鈉鹽溶於水，而肥皂的鈉鹽不溶於水 (B)合成清潔劑會與酸作用，而肥皂不與酸作用 (C)肥皂會在硬水中分解，而合成清潔劑不會分解 (D)合成清潔劑的鈣鹽溶於水，而肥皂的鈣鹽不溶於水【92.學測】學測】

(

Ａ

) 4.

根據清潔劑去汙的原理，用下列何種溶劑來清潔廚房抽油煙機的油脂，效果最佳？（ 4. 油脂可溶於長碳鏈中，故選汽油。） (A)汽油 (B)酒精 (C)清水 (D)醋酸

(

Ｂ

) 5.

ＡＣ

) 6.

(C)(D)肥皂在硬水中形成鈣肥皂與鎂肥皂，降下列何者在硬水中洗滌效果會降低？清潔效果不變；低洗滌效果，合成清潔劑則不會，且洗滌效果佳。） (A)硬性洗衣粉 (B)軟性洗衣粉 (C)肥皂 (D)合成清潔劑（ 2. 天然清潔劑會受水質影響。）

（ 5. 找具有親油基及親水基的化合物下列何者可用來作為洗滌衣服上油汙的清潔劑？ CH (CH ) CH OSO K 。） (A)十四烷 (B)十四烷基硫酸鉀 (C)過氯酸鈉 (D)亞氯酸鈉 3

2 12

2



－＋

3

肥皂與清潔劑是日常生活不可缺少的清潔用品，下列有關肥皂與清潔劑的敘述，何者（ 6. (B)肥皂分子正確？【92.學測補考】易與硬水作用而產生沉 (A)動物油脂用強鹼水解可得肥皂 (B)肥皂分子較不易與硬水作用產生沉澱 (C)肥皂澱；(D)軟性與清潔劑的分子皆具有親水性及親油性 (D)軟性清潔劑分子之長碳鏈有較多枝鏈，易清潔劑分子之碳氫長鏈被微生物分解 (E)清潔劑常添加磷酸鹽，磷酸鹽流入河川會抑制藻類生長

* (

沒有枝鏈，可被微生物分解；(E)清潔劑常添加磷酸鹽，磷酸鹽流入河川會加速藻類生長，形成優養化。）

* (

ＡＣＤ

) 7.

下列有關清潔劑的敘述，哪些正確？ (A)若濃度相同，烷基為分枝之清潔劑之生化需氧量較烷基為直鏈之清潔劑低 (B)清潔劑中添加硫酸鹽會促進藻類快速繁殖 (C)清潔劑對衣服之清潔作用包括油汙乳化及促進水對衣物之潤濕滲透 (D)一般清潔劑之分子含親水及親油部分 (E)清潔劑水溶（ 7. (A)直鏈可被微生物分解，故 BOD 較高；(B)磷酸鹽；液之表面張力比純水高 (E)清潔劑水溶液之表面張力比純水低。）

二 (

Ａ

（ ) 1.

1.

肥皂為 RCOO－ Na＋（R 為 CnH2n＋1，n 為 12～18 之直鏈碳鏈）。）

下列化學式中，何者可代表由天然油脂製造，且可被細菌分解的肥皂之主要成分？ (A) CH3(CH2)16COONa

(D)

(B) CH3(CH2)13SO3 Na

(C)

184

(


Ｂ

) 2.

肥皂分子是含碳數目較多的脂肪酸鈉鹽，結構一端是相當長的碳鏈，另一端為帶電荷的羧酸鈉鹽，其化學式如右所示

。下列有關肥皂分子的敘

述，何者正確？ (A)肥皂分子中的長碳鏈不具極性，易溶於水中，是親水部位 (B)肥皂分子中的長碳鏈不具極性，不易溶於水中，是親油部位 (C)帶電荷的羧酸根不具極性，不易溶於水中，是親油部位 (D)帶電荷的羧酸根具電中性，不溶於水中，是親油部位

(

* (

Ｂ

ＢＥ

) 3.

) 4.

（

2.

（

3.

羧酸根具極性，可溶於水，是親水部位。而長碳鏈不具極性，不易溶於水，是親油部分。）

下列甲至丁四個基團中，哪兩種的組合適合作為清潔劑？－－＋－ (甲) CH3CH2CO2 ；(乙) CH3(CH2)11CO2 ；(丙) Na ；Cl 。 (A)甲丙 (B)乙丙 (C)甲乙 (D)丙丁碳數太少，需用組合。）

下圖為清潔劑分子，下列有關此清潔劑的敘述，何者正確？（

【93.大考中心】

中性；(C)不與 Ca2＋、Mg2＋反應；(D)由石油化學原料合成。）

4. (A)

此清潔劑分子為一弱鹼 (B)左端為親油端，右端為親水端 (C)可抓住硬水中的＋＋ Ca2 、Mg2 ，使硬水軟化 (D)可由油脂與氫氧化鈉水溶液加熱反應生成 (E)此清潔劑分子為硬性清潔劑，會造成環境汙染

(A)

105-1chem2-ch4-teach

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