道爾頓與原子
原始設計者:彰師大
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1.現象說明
1799年，法國科學家約瑟夫·路易·普魯斯特（Joseph Louis Proust, 1754-1826）提出了「定比定律」（law of definite proportions），定比定律的內容是：
- 化合物的組成元素的質量比為定值。
英國科學家約翰·道爾頓（John Dalton, 1766-1844）（見圖一）在十九世紀初（1801年）發表了「分壓定律」（law of partial pressures）：
- 氣體混合物的總壓力等於組成氣體的分壓的和。
1804年，他又發表了「倍比定律」（law of multiple proportions），倍比定律的內容是：
- 如果兩元素可以形成不只一種化合物，化合物中相對於等重的第一種元素，另一種元素的質量成簡單整數比。
2.探究問題
- 2.1 燃燒熱的計算方法。
- 2.2 莫耳燃燒熱與碳排量的比較。
- 2.3 找尋何種化學物質效益最高。
3.實作項目
- 3.1 列出化學物質燃燒熱反應式
- 3.2 計算各物質的莫耳燃燒熱
- 利用下表的生成熱來計算各物質燃燒熱
- 參考答案
- 3.3 燃燒熱與碳排量(每獲得一度電)的比較:
- 試計算(假設沒有能量損失)每個物質燃燒每獲得一度電之二氧化碳排放公斤數
- 參考答案:
- 1度電 = 1 kWh = 1×10 3 Js-1 ×3600 s = 3.6 × 103 kJ
- CH4 產生一莫耳的CO2 釋放出來的可用能量為1436.8 kJ，每一度電所排放出的二氧化碳重量為 0.110 kg。
- C2H6 產生一莫耳的CO2 釋放出來的可用能量為780.3 kJ，每一度電所排放出的二氧化碳重量為0.203 kg。
- C3H8 產生一莫耳的CO2 釋放出來的可用能量為740.5 kJ，每一度電所排放出的二氧化碳重量為0.213 kg。
- C 產生一莫耳的CO2 釋放出來的可用能量為393.8 kJ，每一度電所排放出的二氧化碳重量為0.402 kg。
- H2 不產生任何二氧化碳，就可釋放出可用熱量為 286.0 kJ，每一度電所排放出的二氧化碳重量為0.0 kg。
- C2H5OH產生一莫耳的CO2 釋放出來的可用能量為683.8 kJ，每一度電所排放出的二氧化碳重量為 0.232 kg。
- 因此每一度電所排放的二氧化碳公斤數(由小至大)
- 氫氣(H2) < 甲烷(CH4) < 乙烷(C2H6) < 丙烷(C3H8) < 乙醇(C2H5OH) < 煤(C)
4.分析與結論
- 4.1 試比較前述分子之氫碳比例，觀察並說明這個比例與二氧化碳排放率之關係。
- 參考答案:
- 氫氣(H2) :氫比例100% 、碳比例 0%。
- 甲烷(CH4) :氫比例80% 、碳比例 20%。
- 乙烷(C2H6) :氫比例75% 、碳比例 25%。
- 丙烷(C3H8) :氫比例72.7% 、碳比例 27.3%。
- 乙醇(C2H5OH) :氫比例66.7% 、碳比例 22.2%。
- 煤(C) :氫比例0% 、碳比例 100%。
- 由上面數據可得知，當氫比例於化學物質中較高，碳比例較低，就可以減少碳排放量。
- 4.2 想想看，為何現階段能源不以氫氣為主要能源呢?試著比較其優劣。
5.教學目標與評量
- 5.1 了解燃燒熱意義與計算。
- 5.2 認識化學物質與碳排量的關係。
- 5.3 找出碳氫比例與碳排量和燃燒熱交互關係。。
6.參考資料
- 6.1 參考文獻
- [1] Standard heat of formation :https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%87%E5%87%86%E6%91%A9%E5%B0%94%E7%94%9F%E6%88%90%E7%84%93
- [2] 天然氣簡介 : https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%A9%E7%84%B6%E6%B0%94
