化石燃料和碳化合物 / 子課題
石油餾分與裂解
Petroleum Fractions and Cracking
石油分餾的原理、各餾分性質及裂解的工業重要性
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 石油分餾原理與餾分
考評提示：餾分性質隨碳鏈長度的變化規律
- 石油（原油）為烷烴的混合物，以分餾法分離：沸點越低的餾分（碳鏈越短）在塔頂收集，沸點越高（碳鏈越長、黏度越大）在塔底收集。
常見題型 · scoring points
描述石油分餾塔的運作原理
- 原料：原油加熱至約 400°C 成氣態後送入分餾塔底部。
- 塔內設有層層橫板，塔底溫度高（約350°C），塔頂溫度低（約40°C），形成溫度梯度。
- 各餾分按沸點不同於不同高度冷凝收集：沸點低者（石油氣、汽油）於塔頂；沸點高者（重油、瀝青）於塔底。
- 原理：利用各烴類組分沸點不同進行物理分離；碳原子數越多，沸點越高，凝聚位置越低。
比較石油餾分隨碳原子數變化的物理性質遞變
- 顏色：碳原子數少者無色（石油氣、汽油），碳原子數多者由黃色加深至黑色（重油、瀝青）。
- 黏度：碳原子數越多，分子間范德華力越強，黏度越高（汽油流動如水、瀝青幾乎固態）。
- 揮發性/沸點：碳原子數越少，揮發性越高，沸點越低。
- 燃燒特徵：低碳餾分燃燒乾淨（火焰藍），高碳餾分易不完全燃燒（火焰黃，煙黑）。
說明在實驗室中進行石油餾分裂解的步驟
- 儀器：在硬質玻璃管內放入浸透石蠟油的礦物棉，管中段鋪陶瓷碎片（催化劑）。
- 操作：用本生燈先強力加熱陶瓷碎片（約 500°C），再間歇加熱棉花驅出石蠟油蒸氣通過熱催化劑。
- 收集：生成的氣體經水上排氣法收集於集氣瓶。
- 驗證：收集到的氣體可使溴水由橙色褪為無色（證明含烯烴）；另將氣體點燃可燃，呈藍色火焰。
解釋裂解在石油工業上的重要性
- 供需錯配：石油中長鏈烷烴（如柴油、重油）供應過剩，但短鏈烷烴（汽油）及烯烴需求高。
- 經濟價值：透過裂解把低價值的長鏈烷烴分解成高價值短鏈烷烴與烯烴（如乙烯、丙烯）。
- 化工原料：裂解產生的烯烴是製造聚合物（如聚乙烯、聚氯乙烯）、酒精及其他有機品的重要原料。
- 方程式例：C₁₀H₂₂ → C₈H₁₈ (汽油) + C₂H₄ (乙烯)。
討論使用化石燃料對環境的影響及減排措施
- 空氣污染物：燃燒產生 SO₂（酸雨）、NOₓ（酸雨、光化學煙霧）、CO（有毒）、懸浮粒子（損害肺部）。
- 溫室氣體：CO₂ 排放加劇溫室效應，引致全球暖化、冰川融化、海平面上升。
- 減排措施：使用低硫燃料、安裝脫硫設備、汽車催化轉化器將 NOₓ、CO 轉化。
- 替代方案：發展再生能源（太陽能、風能、氫能）及提升能源效益（節能家電、電動車）。
寫出辛烷 (C₈H₁₈) 完全燃燒與不完全燃燒的方程式並比較
- 完全燃燒（足氧）：2C₈H₁₈ + 25O₂ → 16CO₂ + 18H₂O；放出大量熱能，火焰藍色，無煙。
- 不完全燃燒（缺氧）：2C₈H₁₈ + 17O₂ → 16CO + 18H₂O；產生有毒 CO，火焰較暗。
- 嚴重缺氧：C₈H₁₈ + 9/2 O₂ → 8C + 9H₂O；產生碳微粒（煙灰），火焰黃色。
- 危險：不完全燃燒產生 CO（與血紅蛋白結合能力比 O₂ 強 200 倍），可致命。
描述烯烴的兩個化學試驗
- 試驗一（溴水）：加入少量橙色溴水並搖勻，烯烴使溴水由橙色快速褪為無色（加成反應）。
- 方程式：CH₂=CH₂ + Br₂ → CH₂BrCH₂Br (1,2-二溴乙烷)。
- 試驗二（酸化高錳酸鉀）：加入紫色 KMnO₄(aq)/H⁺，烯烴使紫色褪為無色（氧化反應）。
- 陷阱：寫觀察時須寫顏色變化（橙→無色、紫→無色），不可只寫「褪色」；烷烴在常溫及暗處不與溴水反應（對照）。
寫出含 6 個碳原子烴類的系統名稱並辨別模糊命名
- 直鏈：正己烷 hexane (CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃)，己-1-烯 hex-1-ene (CH₂=CHCH₂CH₂CH₂CH₃)。
- 支鏈：2-甲基戊烷 2-methylpentane；須從離取代基近的一端編號（原則：取代基位置數字最小化）。
- 明確命名例：己-2-烯 (hex-2-ene)——雙鍵位置明確。
- 陷阱（模糊命名）：「methylpentene」未指明甲基及雙鍵位置；「2-甲基己-1-烯」對；「2-甲基-2-己烯」須明確為 2-methylhex-2-ene，不可省略 hex 前綴。
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關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 化學神器 App。
