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選修化學(下) 第一章元素與無機化合物
1‐1 非金屬元素及其化合物
氫（H2） 1.氫氣的性質： (1)物理性質 a.無色、無臭、無味的氣體，因難溶於水，故使用排水集氣法收集。 b.熔點為－259.1 ℃，沸點為－252.5 ℃，故很難將其液化。(僅次於____) c.密度約為空氣的 1/14.4，有良好的浮力，但因 1937 年興登堡號飛船爆炸事件，改用氦 代替氫氣。 (2)化學性質 a.常溫下分子狀態的 H2 很安定。 b.在高溫與催化劑存在時，化性較活潑，與非金屬元素形成____化合物。 c.在高溫可與鹼金屬和鹼土金屬反應，生成金屬氫化物為____化合物，遇到水立刻放出 ___，所以具有很強的______。 d.氫氣在高溫時可當______，可還原活性小的金屬氧化物成為金屬。 e.室溫時在空氣中很安定，但若點火則會與空氣中的氧氣劇烈反應。 2.氫氣的製備： (1)實驗室法 a.活性大的金屬與水作用。 b.活性大的金屬與酸作用。 c.兩性金屬與強鹼作用。
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選修化學(下) 第一章元素與無機化合物
(2)工業製法 a.電解水:純水需加入少量電解質(H2SO4、NaOH)以幫助導電，可是過分耗費能源，不宜使 用於大量製造。(電解 1mol 水，需通電 2F，產生 1mol 氫與 1/2mol 氧) b.水煤氣法:利用水蒸氣與灼熱的煤焦作用，而得氫氣； 因產物為一氧化碳與氫氣的混合 物，稱為水煤氣。 氫氣的純化將水煤氣中的一氧化碳再與水蒸氣反應，會生成二氧化碳和 氫氣。然後將此混合氣體加壓通過冷水或鹼性溶液，則 CO2 溶於其中而得到 較純的氫氣。
c.天然氣法:甲烷與水蒸氣在高溫及催化劑（Ni）作用下，而得氫氣。 d.烷類熱裂解: 3.氫氣的用途： (1)石油及化學工業均需要使用大量氫氣，例如工業上用哈柏法製氨或合成法製甲醇，即以 氫氣為原料。 (2)電解濃食鹽水後，產生的氫氣和氯氣若直接反應，即可產生氯化氫氣體，進一步溶於水中 即產生鹽酸。 (3)因氫氣有還原性，冶金時，可利用氫氣還原金屬氧化物。 (4)氫氧焰:氫在純氧中燃燒最高可達 3000℃，用來高溫來切斷或熔接金屬。 (5)可作為燃料，因其燃燒後的產物是水，無汙染，例如應用在氫氧燃料電池。 (6)蔬菜油(含有不飽和脂肪酸)的氫化反應，在鎳催化下製得人造奶油(含有飽和脂肪酸)。
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選修化學(下) 第一章元素與無機化合物
1.下列有關氫的敘述，何者正確？ (A)難溶於水 (B)在常態下很安定 (C)能與活潑的金屬鈉、鈣等形成氫化物 (D)可當氧化劑將金屬氧化物還原 (E)同溫、同壓下，氫的密度小於氧 (F)水蒸氣通過灼熱煤焦所收集到的氣體為純氫氣 (G)氫與非金屬結合，大多形成離子化合物 (H)氫作為還原劑，可將氧化鎂還原成鎂 (I)氫與氧混合點火易爆炸 (J)金屬氫化物如 NaH 中，H 的氧化數為－1 (K)氫與非金屬元素形成的化合物之水溶液均呈酸性 (L)自然界中，氫主要是以元素態存在 (M)氫可由電解硫酸水溶液製得 (N)水煤氣是水蒸氣和煤氣的混合物 (O)氫的同位素有 H、H＋ 和 H2 (P)氫的氧化數可為+1、0 或－1 (Q)工業上多以電解水製備氫氣 (R)氫氣可用於填充飛船，因為安全性高 (S)氫氣是最輕的氣體且沸點最低 2.哪些方法可以直接製得純氫? (A)電解加有微量硫酸的水 (B)水蒸氣通過炙熱的鐵屑 (C)鈉投入水中 (D)鋅片與稀鹽酸反應 (E)鐵與稀硫酸反應 (F)銅與濃硫酸反應 (G)鋁與濃氫氧化鈉水溶液反應 (H)氫化鈉與水反應 (I)水煤氣與水蒸氣的混合物通過催化劑，再加壓通過水 (J)鎂與熱的水蒸氣 (K)丙烷熱裂解 (L)電解 NaH 水溶液
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選修化學(下) 第一章元素與無機化合物
1.下列種類不同、重量相同的金屬，用以製備氫氣時，何者產生的氫氣最多？（原子量： Na＝23，Mg＝24，Al＝27，Zn＝65） (Ａ)鎂與鹽酸反應 (Ｂ)鋁與氫氧化鈉溶液反應 (Ｃ)鈉與水反應 (Ｄ)鋅與稀硫酸反應 2.下列四種物質為實驗室常見的化學藥品：(甲) Mg、(乙) CaH2、(丙) Mg(OH)2、(丁) NaOH ；將上述物質於常溫下置入純水中，何者可能產生氫氣？ (Ａ)(甲) (Ｂ)(乙) (Ｃ)(丙) (Ｄ)(丁)。
3.通常把氫氣與純氧燃燒的火焰稱為氫氧焰，氫氧焰的火焰可達到 3000 ℃，在工業上常用 於金屬的焊接與切割。焊接是使金屬接頭熔化後融合在一起；切割是使金屬變成氧化物 後斷裂。某班同學在討論如何控制氫氧焰來焊接與切割金屬時，甲同學說： 「焊接時，應 使氫氣過量」 ；乙同學說： 「切割時，應使氧氣過量」 。試問甲、乙兩同學所說，何者正確？ (Ａ)甲正確、乙不正確 (Ｂ)甲不正確、乙正確 (Ｃ)甲、乙皆正確 (Ｄ)甲、乙皆不 正確 4.在1 atm、25 ℃時，欲製得 245 升的氫氣，各需下列物質若干克？（原子量：Na＝23，Ca ＝40）(1) Na；(2) NaH；(3) Ca；(4) CaH2 5.下列何種金屬置入強酸、強鹼中皆可產生氫氣？ (A) Al (B) Cr (C) Zn (D) Mg (E) Fe
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氮（N2） 1.氮氣的性質： (1)物理性質 a.氮氣是無色、無臭、無味的雙原子分子，難溶於水，大氣中氮占體積 78%，是主要來源。 b.熔點為－210℃，沸點為－195.8℃，STP 下密度為 1.25g/L，比空氣密度小。 (2)化學性質 a.分子中兩個氮原子以參鍵結合，因此十分穩定，不可燃，亦不助燃。 b.氮氣在常溫常壓時，幾乎不與其他元素化合。但在高溫或微生物作用下，則會與部分元 素反應，將氮變成含氮化合物，稱為氮固定。 高溫下與氫反應: 高溫下與氧反應: 高溫下與鎂反應: 高溫下與鋰反應: 高溫下與碳化鈣(電石)反應生成氰胺基化鈣，作為肥料: 2.氮氣的製備： (1)實驗室製法 a.純空氣 高溫的銅粉 b.亞硝酸鈉和氯化銨混合加熱製取氮氣。 (2)工業製法: 將液態空氣以分餾法製取氮氣，因氮氣的沸點比氧氣低，所以會先逸出。 3.氮氣的用途： (1)由於氮氣的活性小，因此在包裝中充填氮氣可使食物保存更久。 (2)在飛機及部分汽車的輪胎中，若充填氮氣，因其與空氣相較，減少了水蒸氣及氧氣，可延 長輪胎之使用壽命。 (3)空氣中大量的氮氣存在會和緩「氧氣」過於活潑的氧化特性。 (4)氮的衍生物如硝酸與氨等可用於製造肥料與炸藥。 (5)液態氮可作為深度製冷劑。 (6)用來製造含氮的化合物，轉換成其它用途。如氫化物（如氨） 、氧化物（如 NO、NO2，二 者合稱為 NOx） 、含氧酸（如硝酸（HNO3） 、亞硝酸（HNO2）） 、安全氣囊內含物疊氮化鈉。
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選修化學(下) 第一章元素與無機化合物
4.氮的化合物： (1)氨： a.具刺激性臭味的氣體，極易溶於水(常溫常壓下，1 單位體積水可溶解 700 倍體積的氨)。 熔點為－77℃，沸點為－33.4℃，可以冷卻壓縮成為無色透明的液態氨。 b.氨與氯化氫反應，立即生成氯化銨白色固體微粒，可用此性質檢驗氨或氯化氫的存在。 c.濃氨水(或濃鹽酸)開瓶後遇到濕空氣，立即生成煙霧，主因為吸收空氣中的水汽而形成 氨水(或鹽酸)之微滴。 d.氨遇到灼熱的氧化銅，會使氧化銅(黑色)還原成銅(紅色)。 e.實驗室製法:氯化銨與強鹼（通常為氫氧化鈣）共熱。產生的氨氣，用向下排氣法收集， 並以濃鹽酸檢驗。 f.工業製法:哈伯法 g.氨的水溶液或形成的銨鹽可作為肥料，氨的另一項重要用途是製造硝酸。 (2)硝酸： a.純硝酸為無色，有刺激性氣味的發煙液體。實驗室之濃硝酸含有 68%的純硝酸(16M)。 b.硝酸水溶液在光線照射下會分解成二氧化氮(黃褐色)，使溶液呈現淡黃色。 hv 4 HNO3 (aq) ──→ 4 NO2 (g)＋O2 (g)＋2 H2O(l) 因此放置過久的硝酸常呈褐色，為防止此一現象，硝酸應以深褐色玻璃瓶盛裝。 c.硝酸是______很強的強酸，除了如______等少數金屬，幾乎所有金屬都可被硝酸氧化。 3 Cu(s)＋8 HNO3 (aq)（稀） ─→ 3 Cu(NO3)2 (aq)＋2 NO(g)＋4 H2O(l) Cu(s)＋4 HNO3 (aq)（濃） ─→ Cu(NO3)2 (aq)＋2 NO2(g)＋2 H2O(l)
4 Zn(s)＋10 HNO3 (aq)（稀） ─→ 4 Zn(NO3)2 (aq)＋NH4NO3 (aq)＋3 H2O(l)
d.濃硝酸與濃鹽酸以體積比 1：3 混合而成的液體，俗稱王水，可溶解金或鉑等貴金屬。 ＋
－
－
－
(鹽酸不是增加硝酸的氧化力，而是由於氯離子生成穩定的錯離子而增加金屬還原力) e.硝酸的製備: 實驗室製法是以硝酸鈉與濃硫酸加熱製成硝酸。 Δ NaNO3 (s)＋H2SO4 (aq) ──→ NaHSO4 (aq)＋HNO3 (aq) Au(s)＋4 H
(aq)＋4 Cl (aq)＋NO3 (aq)
─→ AuCl4
(aq)＋NO(g)＋2 H2O(l)
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工業上製法採奧士華法，以氨為原料，使用鉑－銠合金為催化劑，其反應過程如下。 Pt‐Rh 4 NH3 (g)＋5 O2 (g) ───→ 4 NO(g)＋6 H2O(l) 2 NO(g)＋O2 (g) ─→ 2 NO2 (g) 3 NO2(g)＋H2O(l) ─→ 2 HNO3 (aq)＋NO(g) f.硝酸最大的用途為製造氮肥，如 NH4NO3，也可用於製造炸藥及溶解金屬。 (2)亞硝酸鹽： a.亞硝酸鹽呈淡黃色或無色，受熱不易分解，將等體積一氧化氮與二氧化氮的混合氣體通入 鹼性溶液中可得亞硝酸鹽。 NO(g)＋NO2 (g)＋2 OH－(aq) ─→ 2 NO2－(aq)＋H2O (l) b.亞硝酸鹽普遍存在於天然食物中，尤其是蔬菜，而亞硝酸鈉因可使肉類呈紅色，且有殺菌 作用，因此可當臘肉、火腿的防腐劑。但因具有毒性，且添加亞硝酸鈉的肉類若燒焦，易 產生致癌物，因此亞硝酸鈉已禁止作為食品防腐劑。
1.實驗室中用亞硝酸鈉和氯化銨在試管中加熱可製備某氣體。下列各圖所示的裝置中，何者 最適合用來製備和收集此氣體？ (A) (B) (C) (D)
2.下列有關硝酸的敘述，何者正確？ (A)濃硝酸是強氧化劑，稀硝酸不具氧化力 (B)濃硝酸本為無色的液體，但照光後會分解而略帶褐色 (C)濃硝酸與銅產生 NO2 (D)熱濃硝酸可將金溶解 (E)鐵、鋁可溶解於稀硝酸，但不溶於濃硝酸 (F)鋅與稀硝酸反應，會生成 NO
3.下列有關 HNO3 和 HNO2 的性質比較，何者正確？ (A)皆為強酸 (B)在酸性溶液中，皆 為強氧化劑 (C)作氧化劑時，皆被還原成 NO2 (D) N 皆以 sp2 混成軌域結合 (E) NO2－為彎曲形，NO3－為平面三角形
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1.氮氣與氧氣反應時可生成 X、Y 與 Z 三種常見的氮氧化合物，其中各化合物的氮含量如下 圖所示。根據此圖，試問下列敘述，哪一項正確？ (A)化合物 X 在低溫時為無色，在高 溫為紅棕色 (B)化合物 Y 中各原子均符合八隅體結構 (C)銅離子與濃硝酸反應時可生 成化合物 Y (D)化合物 Y 與 O3 反應可生成 Z (E)化合物 Z 中，氮的氧化數是＋5
2.王同學欲於通風櫥內製備一氧化氮氣體，實驗步驟如下： 步驟 1：準備一個高為 10 公分、直徑 20 公分的空玻璃槽。 步驟 2：取 10.0 克銅粉，置於 100 毫升集氣瓶中，再於此瓶中加滿 0.8 M HNO3(aq)，瓶口 以玻璃片蓋住，並迅速進行步驟 3。 步驟 3：以手按住步驟 2 集氣瓶上玻璃片，迅速將集氣瓶反蓋於空玻璃槽中，觀察一氧化 氮氣泡的生成。 步驟 4：收集滿一集氣瓶的一氧化氮後，以手按住玻璃片，將集氣瓶連同玻璃片取出，正 立置於通風櫥內。 下列有關此實驗的敘述，哪些正確？ (A)步驟 3 表示一氧化氮不易溶於水，可用排水集氣法收集 (B)步驟 3 的反應過程中，溶液會由無色漸變為藍色 (C)此反應除產生一氧化氮外，也得到 H2(g) (D)此反應中，HNO3(aq) 為氧化劑，將銅氧化為 Cu＋(aq) (E)將步驟 4 中集氣瓶上方的玻璃片移開，集氣瓶上方逐漸變為紅褐色，表示一氧化氮與 空氣反應，生成紅棕色的 N2O4(g)。
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選修化學(下) 第一章元素與無機化合物
1.下列有關氮及其化合物之敘述，何者正確？ (A)硝酸可作為過錳酸鉀滴定時酸的來源 (B)工業上製備氨氣的方法稱為當氏法 (C)奧士華法製硝酸的原料是 NH3 及 O2 (D)硝酸的性質穩定，常儲存於無色透明的玻璃瓶中 (E)亞硝酸鈉與氯化銨共熱可製得 N2 (F)工業上，製備氮氣是利用分餾液態空氣 (G)液態氮為研究室裡常用的低溫冷卻劑 (H)氨氣在氧中氧化，可以製得硝酸 2.下列有關亞硝酸與硝酸及其鹽類之敘述，何者正確？ (A)亞硝酸鈉在食品工業中，用於燻肉及臘肉的防腐劑，可保持鮮豔顏色，但因發現其在 人體內可能轉化成可致癌的亞硝胺，目前已禁止使用 (B)硝酸照光可分解生成 NO2(g)，故需存放在深色瓶中 (C)硝酸與不同物質反應之產物中 N 的氧化數高低：（銅＋濃硝酸）＞（銅＋稀硝酸）＞ （鋅＋稀硝酸） (D)通入等體積 NO 與 NO2 的混合氣體於鹼性溶液中，可得到硝酸鹽 (E) HNO2 非常不安定，即使在冷水中也會發生自身氧化還原反應而產生 HNO3 與 NO2
3.工業上用氨為原料製造硝酸的方法稱為奧士華法（Ostwald process），回答下列問題： (1)試寫出淨反應式。 (2)欲用此法製得濃度 70.0％、比重 1.42 的濃硝酸 10.0 升，需 1 atm、27 ℃之氨氣若干 升？ (3)上述所製得的濃硝酸之體積莫耳濃度為若干？ (4)現欲配製 10 升 3.0 M 的硝酸水溶液，需用上述的濃硝酸多少升？
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選修化學(下) 第一章元素與無機化合物
氧（O2） 1.氧的性質： 氧的同素異形體包含氧氣（O2）和臭氧（O3） ，其中氧氣是無色無味的氣體，為非極性分子； 而臭氧則是淡藍色有臭味的氣體，屬極性分子。 2.氧氣的製備： (1)實驗室製法： 通常以二氧化錳當催化劑，加熱氯酸鉀製氧。 或以 MnO2 加雙氧水亦可得氧氣。 (2)工業法： a.液態空氣分餾：由於氧的沸點高於氮，故氮先蒸發出來，剩餘者多為氧。 b.電解水：2 H2O (l) －→ 2 H2 (g)＋O2 (g)。 3.用途： (1)氧氣在工業上的用途主要用於煉鋼，將高壓的氧注入熔鐵中，把雜質中的硫及多餘的碳分 別變成 SO2 及 CO2。 (2)臭氧為氧化劑，可將 I－氧化為 I2，因此可以將含 KI‐澱粉試紙變為藍黑色，善用此一性質， 即可檢驗生活周遭是否有臭氧存在。 說明:放在影印機旁的潮溼 KI‐澱粉試紙，比較容易變成藍黑色。因為影印機的雷射光會將 空氣中的氧氣轉變為臭氧，因此影印機應置於空氣流通處，以免影響健康。 (3)臭氧亦可作為漂白劑及自來水消毒之用，大氣平流層中有大量臭氧，使地表生物免於遭受 大量紫外線的侵害。 4.氧的化合物： (1)來源： a.地殼中的主要成分如二氧化矽（SiO2）、灰石（CaCO3），重要礦產如赤鐵礦（主要成分為 Fe2O3）等都含有氧，因此氧是地殼中含量最多的元素。 b.空氣中也含有許多氧化物，如二氧化碳，或汙染空氣的 NOx 及二氧化硫等。 (2)酸鹼性： a.一般而言： 非金屬氧化物溶於水會形成酸性: 金屬氧化物溶於水會形成鹼性:
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少數例外： 金屬氧化物溶於水會形成酸性: 難溶於水的氧化物則呈中性:
1.下列哪些方法可以得到氧？ (A)氯酸鉀與二氧化錳共熱 (B)鹽酸與大理石反應 (C)液態空氣的分餾 (D)鹼金屬與水反應 (E)加熱紅色氧化汞 (F)硝酸長時間照光 (G)加熱亞硝酸鈉 (H)氯水經日照變質 (I)雙氧水加二氧化錳 2.下列有關臭氧的敘述，何者正確？ 光，可進行分解反應 ‐澱粉試紙變為深紅色
(A)臭氧的分子式為 O3 (B)平流層的臭氧吸收陽 (C)臭氧不具毒性 (D)臭氧為直線形分子 (E)臭氧可使碘化鉀
3.實驗室中可用氯酸鉀和二氧化錳在試管中加熱製備氧氣。回答下列問題： (1)下列各圖所示的裝置中，何者最適合用來製備收集氧氣？ (Ａ) (Ｂ) (Ｃ) (Ｄ)
(2)承第(1)小題，有關此收集氣體之方法，是因氧氣具有下列何項特性？ (Ａ)易溶於水，比空氣輕，使用向下排氣法 (Ｂ)難溶於水，使用排水集氣法 (Ｃ)易溶於水，比空氣輕，使用向上排氣法 (Ｄ)易溶於水，比空氣重，使用向下 排氣法。 (3)實驗所收集之氧氣，具有何種性質？ (Ａ)可使木材餘焰復燃 (Ｂ)很不活潑，不與任何元素化合 (Ｃ)為對流層中含量 最多的氣體 (Ｄ)與鎂反應之產物，可使碘化鉀‐澱粉試紙呈藍色。 (4)下列有關製氧實驗的敘述，何者正確？ (Ａ)氧氣是由二氧化錳分解所產生 (Ｂ)氯酸鉀作為催化劑 (Ｃ)實驗結束應先將 火熄滅，再將導管移出水面 (Ｄ)剛冒出的氣泡不要收集
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選修化學(下) 第一章元素與無機化合物
氯（Cl2） 1.氯的性質： (1)常溫時，氯是黃綠色氣體。 (2)氯和氟、溴、碘、砈元素合稱為鹵素，其中砈為放射性元素。價軌域為______，所以易獲 得一個電子成為 X－的鈍氣電子組態。 (3)鹵素均非常活潑，在自然界不以元素態存在，而是以化合物種態存在，以氯的存量最大。 2.氯的反應： (1)Cl2 與水發生自身氧化還原反應。 (2)Cl2 可溶於鹼性溶液。 (3)可溶於四氯化碳中，呈淡黃色。 (4)Cl2 在強光照射或加熱時與 H2 劇烈反應並爆炸。 (5)鹵素的置換反應: 3.製備： (1)實驗室法：常以強氧化劑氧化鹽酸的方法來製備。 鹽酸與二氧化錳反應:
a.___處:需要彎曲以避免氯氣外逸。 b.___處:此管需伸至底部以避免氯氣外逸。 c.___瓶:吸收 HCl(g)。 d.___瓶:吸收水。 e.___瓶:收集 Cl2(g)，向上排氣法，且瓶中的管子伸至底部以趕走空氣。 f.___瓶:製造氯水。 g.Cl2(g)與熟石灰或生石灰反應製造漂白粉:
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