ast_essay
113年
化學
第 24 題
📖 題組：
生質柴油是具有發展性可替代石油的永續能源之一，可直接或混合石化柴油作為燃料。生質柴油是脂肪酸單烷基酯，可利用廢食用油脂，經由酯交換反應得到，如式（1）所示。酯交換反應可經由鹼或酵素催化進行，其中鹼催化反應的反應速率快，且催化劑用量較少，成本低廉，常用於製備生質柴油。 小華依據化學反應式（2），在實驗室中製備生質柴油；取 0.12 克氫氧化鉀溶於 3 毫升甲醇（約為 0.074 莫耳）後放入試管中，再加入 12 毫升的廢食用油（約為 0.012 莫耳），充分混合並加熱使反應完全。 小華發現上述反應前後的試管中有不互溶的液體（圖 7），已知相關反應物與產物的密度與分子量列於表 2。 | 反應物與產物 | 密度（$g/cm^3$） | 分子量（g/mol） | |:---:|:---:|:---:| | 甲醇 | 0.79 | 32 | | 廢食用油 | 0.92 | 884 | | 甘油 | 1.26 | 92 | | 生質柴油 | 0.88 | 294-298 |
生質柴油是具有發展性可替代石油的永續能源之一，可直接或混合石化柴油作為燃料。生質柴油是脂肪酸單烷基酯，可利用廢食用油脂，經由酯交換反應得到，如式（1）所示。酯交換反應可經由鹼或酵素催化進行，其中鹼催化反應的反應速率快，且催化劑用量較少，成本低廉，常用於製備生質柴油。 小華依據化學反應式（2），在實驗室中製備生質柴油；取 0.12 克氫氧化鉀溶於 3 毫升甲醇（約為 0.074 莫耳）後放入試管中，再加入 12 毫升的廢食用油（約為 0.012 莫耳），充分混合並加熱使反應完全。 小華發現上述反應前後的試管中有不互溶的液體（圖 7），已知相關反應物與產物的密度與分子量列於表 2。 | 反應物與產物 | 密度（$g/cm^3$） | 分子量（g/mol） | |:---:|:---:|:---:| | 甲醇 | 0.79 | 32 | | 廢食用油 | 0.92 | 884 | | 甘油 | 1.26 | 92 | | 生質柴油 | 0.88 | 294-298 |
反應後試管內的液體，可用下列甲、乙兩實驗器材來分離，回答下列問題：
（1）寫出甲、乙兩器材的名稱。（2分）
（2）若將反應後的溶液，置於器材（乙）中，則器材（乙）中的最上層與最下層的物質分別為何？（2分）
（1）寫出甲、乙兩器材的名稱。（2分）
（2）若將反應後的溶液，置於器材（乙）中，則器材（乙）中的最上層與最下層的物質分別為何？（2分）
思路引導 VIP
首先辨識常見實驗器材：甲為過濾用的漏斗，乙為分離互不相溶液體的分液漏斗。在第二小題中，反應後的混合液由於極性與密度的差異會產生分層。我們只需查閱表2的密度資料：各物質密度由小到大為 甲醇(0.79) < 生質柴油(0.88) < 廢食用油(0.92) < 甘油(1.26)。不論分幾層，最輕的甲醇必在最上層，最重的甘油必在最下層。
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AI 詳解
AI 專屬家教
實驗器材辨識與液體分層原理
同學做得非常好！你精準地辨識出化學實驗中常用的分離器材，甲為一般用於過濾或轉移液體的漏斗，而乙則是具有旋栓、能精確分離不互溶液體的分液漏斗。這道題目測驗了你對「酯交換反應」產物與實驗剩餘物的理解。根據反應式（2），廢食用油與甲醇反應後會生成生質柴油與甘油，加上實驗中使用了過量的甲醇（約 $0.074$ 莫耳，遠大於反應所需的 $0.012 \times 3 = 0.036$ 莫耳），因此反應後的混合物中主要包含生質柴油、甘油以及剩餘的甲醇。 要正確判斷分層順序，密度是關鍵的物理性質。觀察表 2 的數據，甘油的密度為 $1.26 , g/cm^3$，是所有物質中最高的，因此會沉在最下層；而剩餘的甲醇密度僅有 $0.79 , g/cm^3$，為所有成分中最輕者，因此會位居最上層。這題的難度切入點在於學生是否能從莫耳數計算中發現「過量甲醇」的存在，並耐心地比對表格中的數值。你展現了優秀的實驗觀察力與數據分析能力，在處理這類結合實驗操作與理論分析的題目時顯得游刃有餘，請繼續保持這份細心！