DSE 化學｜化石燃料與空氣污染：分餾、燃燒計算與催化轉換器備課指引（導師用）

DSE 化學｜化石燃料與空氣污染：分餾、燃燒計算與催化轉換器備課指引（導師用）｜由一份原油到三條污染方程

2026-11-05

學生識講「燃燒產生二氧化碳」，但問到燒一公斤辛烷排幾多二氧化碳就停手。這一堂由分餾塔一路計到催化轉換器。

本堂目標　學生能夠：① 說出分餾按沸點切出四餾分，並各舉一個用途；② 寫出烷烴完全燃燒與不完全燃燒的方程，並由質量算 CO2 排放；③ 寫出催化轉換器把 CO 與 NO 變成 CO2 與 N2 的方程，並解釋為何要「無鉛」。

01　先備知識（開課前 3 分鐘快檢）

以下任何一項未過關，本堂就會卡住，先補該項：

技能	快檢題	過關標準
烷烴通式	辛烷的分子式是甚麼	C8H18，通式 CnH2n+2
摩爾與質量	如何由質量求摩爾數	質量除以摩爾質量
氧化還原	燃燒屬於哪一類反應	氧化，還原劑被氧化

02　課堂流程（45 分鐘）

時間	環節	導師做什麼	學生做什麼
0–5 分	先問一桶原油	「汽油與瀝青同源，憑甚麼分開？」	答不出或答「加工」
5–15 分	分餾塔五個切點	由 20°C 到 350°C，碳數越長沸點越高	五個餾分名稱與用途
15–28 分	完全與不完全燃燒	氧氣足夠 vs 不足，產物差別	CO 與碳煙的來源
28–40 分	燃燒質量計算	1 mol 辛烷 114 g 產生 352 g CO2	1 kg → 3.09 kg CO2
40–45 分	催化轉換器與離場三問	2CO + 2NO → 2CO2 + N2	三題全對

03　講解腳本（照著說就可以）

第一幕：分餾塔只有一個原理：沸點

原油加熱成蒸氣進入分餾塔，塔底熱塔頂冷，碳數越大沸點越高，所以在越低的位置凝結。五個切點記法：20°C 以下 C1–C4 石油氣、70°C 左右 C5–C10 汽油、180°C 煤油、250°C 柴油、350°C 以上潤滑油與瀝青。
學生最常犯的錯是以為分餾是「化學反應」，要在黑板寫明：分餾是物理分離，分子沒有改變。同樣重要的一句：供應與需求不匹配 —— 汽車要汽油，但原油中汽油餾分只佔一部分，所以才有裂解。

問學生：分餾出來的汽油，分子與原油中的一樣嗎？

第二幕：燃燒要寫兩條路：氧氣夠與氧氣不夠

完全燃燒：C8H18 + 12.5 O2 → 8 CO2 + 9 H2O，每莫爾辛烷用 12.5 莫爾氧氣；不完全燃燒產生 CO 或碳煙，後者才是空氣污染與中毒的來源。碳氫比決定 CO2 排放：辛烷摩爾質量 114，一莫爾燒出 8 莫爾 CO2 即 352 g，所以 1 kg 辛烷排放約 3.09 kg CO2。
下一步才講污染物的來源分別：CO 來自不完全燃燒、SO2 來自燃料中的硫、NO 來自高溫下氮與氧結合（不是燃料本身）。這三句分清楚，長題目就穩。

問學生：柴油車的黑煙，是燃燒足夠還是不足夠的證據？

第三幕：催化轉換器把兩種毒氣互相抵消

汽車排氣中的 CO 是還原劑、NO 是氧化劑，鉑銠催化下兩者反應：2CO + 2NO → 2CO2 + N2。三個要點：催化劑不消耗、只加快；必須用無鉛汽油，因為鉛會使催化劑中毒；轉換器只能處理 CO、NO 與未燃碳氫，對 CO2 無效。
再補一個數字：煤含硫 1%，1 kg 煤含 10 g 硫即 0.312 mol，完全燃燒產生 20 g SO2，這就是燒煤發電要裝脫硫裝置的原因。

問學生：為甚麼催化轉換器不能減少二氧化碳？

04　必教題型與步驟

題型	例子	步驟	答案
分餾餾分題	配對餾分與用途	先按碳數排，再按沸點切	汽油 C5–C10
燃燒方程題	寫完全或不完全燃燒方程	先配碳、再配氫、最後配氧	C8H18 + 12.5 O2
排放計算題	由燃料質量求 CO2 質量	質量 → 摩爾 → 乘 8 → 乘 44	1 kg → 3.09 kg
污染控制題	寫催化轉換器方程並解釋	CO 氧化、NO 還原，同一方程寫齊	2CO + 2NO → 2CO2 + N2

合理性檢查（一定要教）：三個數字互相檢查：辛烷 114 g/mol、每莫爾放出 352 g CO2、1 kg 排放 3.09 kg。合理性測試是 CO2 質量一定要大過燃料質量（因為氧被加了進去），計出小於 1 kg 就一定錯。硫的那條線同樣檢查：10 g 硫出 20 g SO2，比例 2:1，因為 SO2 摩爾質量是硫的兩倍。

05　獨立練習三題

題目	答案	想觀察什麼
辛烷完全燃燒的方程是甚麼？	C8H18 + 12.5 O2 → 8 CO2 + 9 H2O	氧氣係數有否配平
1 kg 辛烷完全燃燒排出多少 CO2？	約 3.09 kg	有否由摩爾質量再乘 8 與 44
1 kg 含硫 1% 的煤產生多少 SO2？	20 g	硫與 SO2 是否 1:1 摩爾

06　學生常見錯誤與糾正句

錯誤	學生通常這樣寫	導師這樣說
把分餾當化學反應	寫「分餾把長鏈裂成短鏈」	分餾只是按沸點分開，裂解才是化學反應。
不完全燃燒方程仍寫 CO2	氧氣不足時寫出 8 CO2	氧不足就出 CO 或 C，要學生自己數氧夠不夠。
排放計算忘了乘碳數	用 114 g 對 44 g 直接比例	一莫爾辛烷有 8 個碳，所以要乘 8。
以為 NO 來自燃料中的氮	寫「汽油含氮所以排 NO」	NO 是高溫下空氣中的氮與氧結合，與燃料成分無關。

07　家課建議（直接指到練習卷題號）

DSE Chemistry fossil fuels practice paper　第 1–3 題：畫分餾塔並標五個餾分，第 3 題要寫出完整燃燒方程並配平。
同一份卷排放計算題　第 5 題：由 1 kg 辛烷算 CO2 排放，再由煤含硫 1% 算 SO2，兩個答案都要連單位。

08　離場檢查（最後 5 分鐘）

題目	答案	判定
分餾是物理還是化學	物理分離	答化學就要重講分子不變
不完全燃燒的兩個產物	CO 與碳（碳煙）	只答 CO 要補碳煙
催化轉換器的方程	2CO + 2NO → 2CO2 + N2	答不出就回到「CO 還原、NO 氧化」

09　導師常問

為甚麼要用無鉛汽油？

鉛會使催化劑中毒失效，而催化轉換器是汽油車減排的關鍵裝置。

天然氣是否沒有污染？

燃燒天然氣幾乎不排 SO2 與懸浮粒子，但仍是化石燃料，會排 CO2。

裂解與分餾有咩分別？

分餾按沸點分開原有分子，裂解把長鏈斷成短鏈以增加汽油產量。

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