110 台糖新進工員招考工員級 化工 化學工業概論 考古題詳解
第 1 題2 分
原油的成分含有許多種烴類,須以蒸餾法(分為常壓、減壓兩項操作)將原油送入分級蒸餾塔內,通常在塔頂可得下列何種產物?
核心觀念
本題考查原油的分級蒸餾與各餾分的沸點差異。原油經加熱後進入分餾塔,塔內溫度由下而上逐漸降低,沸點較低、較易揮發的烴類上升至塔頂;沸點較高的成分則在塔身較下方冷凝。
常壓蒸餾所得餾分大致依塔內位置由上而下排列為:
氣體、汽油(或石油腦)、煤油、柴油,以及常壓渣油。
因此,塔頂附近通常取得的是低沸點的直餾汽油餾分。
解題方法
判斷原油分餾塔產品時,掌握下列原則:
各選項比較如下:
- 液化石油氣主要由丙烷、丁烷等低分子量烴類組成,通常是塔頂氣體經冷凝、加壓或後續氣體分離所得的產品。嚴格而言,並非原油分餾塔中最典型的液體塔頂餾分。
- 直餾汽油是原油經直接蒸餾取得的低沸點液體餾分,位於塔頂或塔頂側線附近。
- 石油腦與汽油的沸點範圍相近,名稱在不同教材或煉油分類中有部分重疊;但本題選項以「直餾汽油」作為原油分餾塔的典型產物。
- 煤油的沸點高於汽油,會在分餾塔中較低的位置冷凝。
因此,最符合命題慣例的答案為直餾汽油。
選項分析
(A) 液化石油氣(LPG)錯誤
第 2 題2 分
將多量的異丁烷、丁烯等產物置於觸媒床中反應,合成支鏈多的異辛烷,可得辛烷值高的汽油,稱此操作為下列何者?
核心觀念
本題考查石油煉製中的「烷化(alkylation)」操作。
烷化是將低分子量的異烷烴與烯烴,在酸性觸媒作用下反應,生成分子量較高、支鏈較多的異烷烴。典型反應為異丁烷與丁烯反應生成異辛烷:
生成物具有高度支鏈結構,因此抗震爆性佳,辛烷值高,適合調製高品質汽油。
解題方法
判斷本題可抓住三個關鍵字:
- 異丁烷、丁烯:分別代表異烷烴與烯烴原料。
- 觸媒床中反應:表示在酸性觸媒作用下進行烷化反應。
- 支鏈多的異辛烷、辛烷值高:烷化反應的典型產物與目的。
烷化反應的本質,是將烯烴片段接到異丁烷骨架上,使碳鏈增長並形成高度支鏈化的異構烷烴。支鏈越多,通常抗爆震能力越好,辛烷值也越高。
因此,正確操作為「烷化」。
選項分析
- (A) 裂解
第 3 題2 分
一般量度纖維的長度以「丹尼」為單位,一丹尼的意義為多長的絲,其重量為 1 公克?
核心觀念
本題考查纖維細度單位「丹尼」(denier,簡稱 )的定義。
丹尼是以一定長度纖維的重量表示其粗細程度,定義為:
長度 的纖維,重量為 ,其細度為 丹尼。
數學表示為:
因此,丹尼數值越大,代表相同長度下重量越大,纖維也越粗;丹尼數值越小,代表纖維越細。
解題方法
題目問:「一丹尼的意義為多長的絲,其重量為 公克?」
直接套用丹尼的定義:
當丹尼數為 、重量為 時:
解得:
所以,一丹尼是指 長的絲,其重量為 。
選項分析
- (A) :錯誤。 長的絲若重 ,其丹尼數為:
第 4 題2 分
煙火的色彩繽紛又絢爛,它們來自不同類型的金屬鹽類。當遇高溫火焰時,就會發生一些化學變化。例如我們常看到鈉離子其焰色為黃光,是因鈉離子具下列何種特性所致?
核心觀念
本題考查金屬離子的焰色反應與原子能階躍遷。
金屬鹽類受高溫火焰加熱時,金屬原子或離子的電子吸收能量,由低能階躍遷至高能階,形成激發態。電子由高能階回到較低能階時,會以光子的形式釋放能量,產生具有特定波長的可見光。
鈉的特徵焰色為明亮的黃光,主要波長約為 ,因此觀察到黃色火焰。
光子能量關係式為:
其中:
- :光子能量
- :普朗克常數
- :光的頻率
- :光速
- :光的波長
不同元素具有不同的電子能階,因此電子躍遷時放出的光波長不同,形成各元素特有的焰色。
解題方法
判斷焰色反應的關鍵,在於分辨「吸收光」與「放射光」:
- 高溫火焰提供能量,使鈉的電子被激發。
- 電子由高能階回到低能階。
- 能階差以光子形式放出。
- 鈉放出的特徵光主要落在黃色可見光範圍,因此呈現黃光。
所以,鈉離子焰色為黃光,是因為它能放射黃光。
選項分析
第 5 題2 分
欲將廢氣中含硫成分的氣體,例如 、 等物去除,可利用單乙醇胺(MEA)自填充塔內塔頂進入,並將含硫成分的廢氣自塔底通入,二者充分接觸後將有害成分去除,此方法稱為何?
核心觀念
本題考的是氣體污染物的去除方法,以及「吸收法」與「吸附法」的區別。
- 吸收法(Absorption):利用液體吸收劑,使氣體中的某一成分溶解或與液體發生化學反應,進入液相中。
- 吸附法(Adsorption):利用固體吸附劑的表面,將氣體分子附著於固體表面。
- 燃燒法:以燃燒或氧化反應破壞、轉化污染物。
- 觸媒法:利用觸媒降低反應活化能,使污染物轉化為較無害的物質。
本題以單乙醇胺(MEA)作為液體吸收劑,去除廢氣中的 、 等含硫氣體,屬於化學吸收法。
解題方法
題幹中的關鍵資訊有三項:
- 單乙醇胺(MEA)由填充塔塔頂進入,代表使用液體吸收劑。
- 含硫廢氣由塔底通入,氣液呈逆流接觸。
- 氣體與 MEA 充分接觸後,有害成分被去除。
填充塔是氣體吸收操作常用的設備。液體自塔頂向下流動,廢氣自塔底向上流動,兩者在填充物表面形成大接觸面積,使氣體中的污染成分由氣相傳遞至液相。
MEA 不只是單純溶解含硫氣體,還能與酸性氣體發生反應,因此實際上屬於反應吸收或化學吸收。概念上可表示為:
第 6 題2 分
金屬工業中,礦石的選礦最常使用下列何種方法?
核心觀念
礦石通常由有用礦物、脈石及其他雜質組成。金屬工業中的「選礦」是指利用礦物間物理性質或表面性質的差異,將有用礦物與脈石分離,使礦石中有用成分的比例提高,所得產品稱為精礦。
選礦常利用的性質包括:
- 密度差異:重力選礦
- 磁性差異:磁選法
- 表面潤濕性差異:浮選法
- 粒度差異:篩分、分級
其中,浮選法特別適合處理細粒、低品位及多種硫化礦,是金屬礦石選礦最常使用的方法之一。
解題方法
判斷本題的關鍵,在於區分「選礦」與「冶金提煉」:
- 選礦:先將礦石中的有用礦物與脈石分離,提高礦物品位。
- 冶金提煉:再以化學或物理方法,從精礦中取得金屬。
浮選法的基本原理是:將磨細的礦石與水及藥劑混合,通入空氣形成氣泡。具有疏水性的有用礦物會附著在氣泡上並上浮,形成泡沫層加以收集;親水性的脈石則留在礦漿中。
因此,礦物能否浮起主要取決於其表面潤濕性。透過捕收劑、起泡劑及調整劑,可選擇性地使特定礦物附著於氣泡,達到分離效果。
選項分析
(A) 蒸餾法
第 7 題2 分
有關酵素的敘述,下列何者錯誤?
核心觀念
本題考查酵素(enzyme)的基本性質,包括:
- 酵素的本質:多數酵素是蛋白質。
- 酵素的功能:具有高度催化能力,可加速化學反應。
- 酵素的分布:廣泛存在於微生物、植物及動物體內。
- 酵素的專一性:通常一種酵素只催化特定基質或特定類型的化學反應。
酵素可降低反應的活化能,使反應速率加快,但本身在反應前後的總量與性質通常不會改變。
解題方法
判斷各選項是否符合酵素的基本定義,重點放在「酵素是否具有多樣性」與「酵素的專一性」之間的區別。
雖然自然界中的酵素種類很多,所能催化的反應也相當多樣,但這是指「不同酵素各自催化不同反應」。對單一酵素而言,通常具有高度專一性,並非能任意將同一基質轉變成許多不同的化學產物。
因此,將「酵素反應具多樣性」解釋成單一酵素可使基質產生不同化學反應,違反酵素的專一性原則。
選項分析
(A) 是一種蛋白質
正確。酵素的本質大多為蛋白質,通常由胺基酸所組成,並藉由特定的立體結構形成活性部位,以與基質結合並催化反應。
補充而言,少數具有催化能力的 RNA 稱為核酶(ribozyme),但基礎化學工業或生物化學題目所稱的酵素,通常以蛋白質性酵素為主要概念。因此本選項正確。
(B) 具有高度催化的功用
正確。酵素是生物體內的重要催化劑,能大幅降低化學反應所需的活化能,使反應速率顯著增加。
第 8 題2 分
市售常見的十二烷基苯磺酸鈉鹽,屬於下列何種界面活性劑?
核心觀念
界面活性劑依其溶於水後,親水基所帶的電荷,可分為:
- 陰離子界面活性劑:親水基帶負電荷。
- 陽離子界面活性劑:親水基帶正電荷。
- 兩性界面活性劑:同時具有正、負電荷,電性會隨酸鹼值改變。
- 非離子型界面活性劑:溶於水後不形成帶電的親水基。
本題的關鍵在於判斷「十二烷基苯磺酸鈉鹽」解離後,真正具有界面活性的部分所帶的電荷。
解題方法
十二烷基苯磺酸鈉可表示為:
溶於水後解離為:
其中:
- 為鈉離子,屬於對離子。
- 為十二烷基苯磺酸根,具有長鏈疏水基與磺酸根親水基,是主要的界面活性部分。
- 界面活性部分帶有負電荷,因此屬於陰離子界面活性劑。
所以本題答案為:
選項分析
(A) 陰離子界面活性劑
第 9 題2 分
一種可被電極化的絕緣體,在外電場作用下,於緊靠帶電體的一端會出現異號的電荷,另一端會出現同號的電荷,這種現象稱為極化。具有此種特性的絕緣體內部產生反抗電場,可減弱其內部的電場,主要用作電容器,此種現象稱之為何?
核心觀念
本題考的是絕緣體在外加電場作用下產生介電極化的性質。
介電質是指不易傳導電流,但能在電場中發生極化的絕緣材料。當介電質置於外電場中,材料內部正、負電荷會發生微小位移,使靠近外部帶電體的一端感應出異號電荷,另一端感應出同號電荷。
極化後,介電質內部會形成一個方向與外加電場相反的反抗電場,因此介電質內的合成電場減弱。這種能在電場中極化並作為電容器介質的性質,稱為介電性。
電容器容量與介電質的關係可表示為:
其中:
- :電容量
- :介電質的介電率
- :電極面積
- :兩電極間距
加入介電質後,介電率 增大,電容量也會提高,因此介電材料主要應用於電容器。
解題方法
題幹已明確描述以下關鍵特徵:
- 材料本身是絕緣體。
- 受到外電場作用後產生極化。
- 靠近帶電體處出現異號感應電荷,遠端出現同號電荷。
- 極化造成反抗電場,使內部電場減弱。
- 主要用途是製作電容器。
這些描述全部符合介電性的定義,因此選擇 (A)。
選項分析
(A) 介電性:正確
第 10 題2 分
阿斯匹靈(Aspirin)也稱乙醯柳酸,通常用作止痛劑、解熱藥,其結構式應為何?
核心觀念
阿斯匹靈(Aspirin)的學名為乙醯柳酸,化學名稱是2-乙醯氧基苯甲酸,分子式為 。
其結構特徵為:
- 苯環上具有羧基 。
- 原本柳酸(Salicylic acid)的酚羥基 被乙醯化,形成乙醯氧基 。
- 羧基與乙醯氧基位於苯環的鄰位。
因此,阿斯匹靈可表示為:
解題方法
先辨認「乙醯柳酸」的組成:
- 「柳酸」是鄰羥基苯甲酸,即苯環上有 與 。
- 「乙醯」表示酚羥基上的氫被乙醯基 取代。
- 因此 會轉變為 ,但羧基 仍保留。
符合「苯環+鄰位羧基+乙醯氧基」的結構,就是阿斯匹靈。
選項分析
第 11 題2 分
高分子材料的薄膜具有選擇性,可使混合物中的某成分通過,阻擋其他成分,以達分離的目的。為了得到去離子水(DI water),請選擇適當濾膜,依序阻擋細菌、病毒和 通過。 A. 微濾膜 B. 超濾膜 C. 逆滲透膜
核心觀念
本題考查膜分離技術的孔徑與去除對象。不同濾膜依孔徑大小及分離機制,可依序去除:
- 微濾膜(MF, Microfiltration):孔徑較大,主要截留懸浮固體、膠體及細菌。
- 超濾膜(UF, Ultrafiltration):孔徑小於微濾膜,可截留病毒、蛋白質及高分子物質。
- 逆滲透膜(RO, Reverse Osmosis):屬於緻密膜,主要利用壓力克服滲透壓,使水分子通過並阻擋溶解性鹽類及離子,例如 。
因此,阻擋對象由尺寸較大的細菌,依序到較小的病毒,最後到溶解於水中的 ,濾膜順序應為:
解題方法
判斷膜分離順序時,先比較欲去除物質的尺度:
濾膜則依攔截能力由弱至強排列:
具體而言:
- 先以微濾膜去除尺寸較大的細菌及懸浮微粒。
- 再以超濾膜去除尺寸更小的病毒及其他大分子物質。
- 最後以逆滲透膜去除溶解性鹽類及 等離子。
故選擇順序為 ABC。
第 12 題2 分
微生物殺蟲劑是利用昆蟲病原細菌,被昆蟲吃入體內後會分解出一種晶體蛋白,可將昆蟲毒殺,最具代表的是下列何種菌?
核心觀念
本題考的是「微生物殺蟲劑」的代表性菌種。最具代表性的微生物殺蟲劑來源,是蘇力菌 Bacillus thuringiensis,簡稱 Bt。
蘇力菌的孢子形成過程會產生晶體蛋白,主要成分為 -內毒素(delta-endotoxin)。昆蟲取食後,晶體蛋白在昆蟲中腸的鹼性環境及消化酵素作用下被活化,破壞腸道細胞膜,使細胞形成孔洞,造成昆蟲停止取食、腸道功能失常,最後死亡。
解題方法
題幹提供三個關鍵線索:
- 屬於昆蟲病原細菌。
- 昆蟲吃入後,會分解出晶體蛋白。
- 晶體蛋白能將昆蟲毒殺。
這些特徵直接對應到蘇力菌及其所產生的晶體毒素。因此選擇「蘇力菌」即可。
蘇力菌的學名為:
其殺蟲作用可概括為:
第 13 題2 分
界面活性劑的功用可由 HLB 值判斷。HLB 值會介於 1~20 之間,其值愈低,在油中的溶解度就越大;愈高,則在水中的溶解度就越大。今有一非離子型界面活性劑 ,其 HLB 值為何?
核心觀念
HLB(Hydrophile–Lipophile Balance,親水親油平衡值)用來表示非離子型界面活性劑的親水、親油程度:
- HLB 值較低:親油性較強,較易溶於油。
- HLB 值較高:親水性較強,較易溶於水。
對於非離子型界面活性劑,常用 Griffin 公式:
其中 為分子中聚氧乙烯基團(ethylene oxide,EO)所占的質量百分率。
解題方法
題目給定界面活性劑:
每一個 基團的分子量為:
共有 6 個聚氧乙烯基團,因此 EO 部分的分子量為:
整個分子的分子量為:
其中末端 的分子量為 。
EO 所占質量百分率為:
第 14 題2 分
下列何種物質被稱為化學工業之母?
核心觀念
「化學工業之母」是硫酸()的傳統稱呼。硫酸是重要的基本化學原料,廣泛用於肥料、石油精製、金屬冶煉、染料、顏料、炸藥、合成纖維及蓄電池等產業。
由於硫酸用途廣、需求量大,且許多化學製程都以硫酸作為反應物、催化劑、脫水劑或酸化劑,因此被稱為「化學工業之母」。
解題方法
本題屬於化學工業基本常識題,可從各物質在工業上的角色判斷:
- 判斷是否為大量生產、廣泛使用的基本化學原料。
- 分辨其是基礎原料、一般產品,還是特定產業的重要原料。
- 熟記「化學工業之母」的固定稱呼。
符合此稱呼的是硫酸,化學式為:
因此選擇硫酸即可。
選項分析
(A) 酒精
第 15 題2 分
台灣地區自日本時代開始至今,共有幾座輕油裂解工廠?
核心觀念
本題考臺灣石油化學工業的發展史,重點是辨認「輕油裂解工廠」的數量與主要業者。
輕油裂解工廠是以石油腦(Naphtha)等輕質石油餾分為原料,經高溫裂解產製乙烯、丙烯等基本石化原料的工廠。臺灣的輕油裂解工廠主要由下列兩家業者設置:
- 台灣中油公司:3 座
- 台塑石化公司:3 座
因此合計為:
解題方法
本題不需計算複雜公式,採「業者分類法」即可。
臺灣輕油裂解工業的主要發展順序如下:
- 台灣中油公司先後設置 3 座輕油裂解工廠。
- 台塑石化公司在麥寮六輕陸續設置 3 座輕油裂解工廠。
- 兩家公司合計:
題目問的是輕油裂解「工廠」的座數,不是裂解爐數量、產能,也不是下游石化工場數量,應以工廠座數計算。
選項分析
第 16 題2 分
氮、磷、鉀稱為肥料三要素,其中氮肥又稱葉肥,主要在促進植物莖葉生長及製造葉綠素,以供光合作用產生碳水化合物,而下列何種肥料不屬於氮肥?
核心觀念
肥料三要素為氮(N)、磷(P)、鉀(K):
- 氮肥:俗稱葉肥,主要促進植物莖、葉生長及葉綠素形成。
- 磷肥:有助於根系發育、開花、結果及能量代謝。
- 鉀肥:可增強植物抗病、抗逆境能力,並改善莖稈強度與果實品質。
本題要判斷各選項是否屬於以「氮」為主要養分的肥料。
解題方法
可由肥料名稱或來源判斷其主要養分:
- 含有銨態氮、尿素氮等形式者,屬於氮肥。
- 家畜家禽糞便含有有機氮,通常歸為有機質肥料,也具有氮肥作用。
- 草木灰主要含鉀鹽,屬於鉀肥,而非氮肥。
因此,找出主要提供鉀元素的選項即可。
選項分析
(A) 尿素
尿素化學式為 ,含氮量高,常用作氮肥。施入土壤後可經水解及微生物作用轉化為銨態氮、硝態氮,供植物吸收。
因此,尿素屬於氮肥,選項正確但不是本題答案。
(B) 雞糞
第 17 題2 分
玻璃的主要成分是 ,屬於無定形固體,可視為高黏度過冷液體。下列哪一種玻璃折射率高、散光性低,常用於製造光學儀器?
核心觀念
玻璃依主要添加成分,可分為鈉玻璃、鉀玻璃、鉛玻璃及硼矽玻璃。不同金屬氧化物會改變玻璃的折射率、色散性、耐熱性與化學穩定性。
鉛玻璃含有較高比例的氧化鉛 ,具有下列特性:
- 折射率高,光線通過時折射作用強。
- 光學性質良好,適合製作透鏡、稜鏡及其他光學儀器。
- 外觀明亮、有光澤,常用於水晶玻璃及裝飾玻璃。
- 密度大、質量較重,且耐熱性通常不如硼矽玻璃。
本題所稱「散光性低」,是依考試教材對鉛玻璃光學用途的分類描述,重點在於辨認「高折射率、供光學用途」的玻璃種類。
解題方法
題目已明確給出兩項判斷條件:
- 折射率高;
- 散光性低,且常用於製造光學儀器。
四種玻璃中,鉛玻璃因添加 ,電子極化性較強,可顯著提高玻璃的折射率,因此常作為光學玻璃使用。
所以符合題意者為鉛玻璃。
選項分析
(A) 鈉玻璃
鈉玻璃主要成分為二氧化矽、氧化鈉及氧化鈣,通常稱為鈉鈣玻璃。其製造成本低、熔點較低、容易加工,廣泛用於普通窗玻璃、瓶罐及日常容器。
第 18 題2 分
工業上製造 98% 濃硫酸時,通常是利用下列何種物質來吸收 氣體?
核心觀念
本題考查接觸法製造硫酸時, 的吸收方式。
接觸法主要流程為:
其中, 經五氧化二釩催化氧化成 後,不能直接用水吸收,而是以約 的濃硫酸吸收,生成發煙硫酸,再加水調整成所需濃度。
主要反應為:
生成的焦硫酸()再加水:
解題方法
判斷工業吸收劑時,掌握兩項原則:
- 與水反應極為劇烈且放熱。
- 直接以水吸收會形成硫酸微粒霧,造成酸霧,不易有效回收。
因此,工業上先用高濃度硫酸吸收 ,使其轉化為溶解於硫酸中的焦硫酸,再經控制加水得到濃硫酸。
題目指定製造 濃硫酸,故吸收劑應採用 濃硫酸。
選項分析
(A) 直接用水吸收:錯誤
雖然水可與 反應:
第 19 題2 分
日常生活中常見保麗龍用於製作保溫材料、海報、便當盒等,其單體為下列哪一物質?
核心觀念
保麗龍的主要成分是「發泡聚苯乙烯」(Expanded Polystyrene),本質上屬於聚苯乙烯。其單體為苯乙烯(Styrene),結構式可表示為:
苯乙烯經由加成聚合反應,使碳碳雙鍵打開並連接成長鏈:
生成物即為聚苯乙烯(Polystyrene,PS)。聚苯乙烯再經發泡處理後,形成質量輕、隔熱性佳的保麗龍。
解題方法
題目問「保麗龍的單體」,先辨認保麗龍的材料名稱:
- 保麗龍:發泡聚苯乙烯(EPS)
- 聚合物:聚苯乙烯(PS)
- 單體:苯乙烯(Styrene)
因此,直接選擇苯乙烯即可。
選項分析
(A) 乙烯
乙烯的結構式為 ,經加成聚合後生成聚乙烯(PE):
聚乙烯常用於塑膠袋、塑膠膜及各類容器,並非保麗龍的單體。錯誤。
(B) 丙烯
第 20 題2 分
染料可以呈現鮮豔顏色的原因是其結構中含有發色團與助色團。下列何種官能基不是染料中的發色團?
核心觀念
染料的顏色主要來自分子內的發色團(chromophore)。發色團通常具有不飽和鍵、共軛系統或可吸收可見光的官能基,使分子能吸收特定波長的光,剩餘反射光即呈現顏色。
助色團(auxochrome)本身通常不是主要的呈色中心,但可藉由給電子或吸電子作用,改變共軛系統的電子分布,影響染料的色調、深淺及與纖維的親和力。常見助色團包括:
- 胺基
- 羥基
- 烷氧基
- 磺酸基
本題要求判斷「不是發色團」的官能基,因此應找出典型助色團。
解題方法
逐一判斷各官能基是否能作為染料的主要吸光、呈色結構:
- 含有羰基、偶氮基或硝基的結構,均可參與電子共軛及光吸收,屬於常見發色團。
- 胺基主要扮演給電子的助色作用,可增強或改變發色團的呈色效果,本身通常歸類為助色團,而非發色團。
因此,答案為胺基。
選項分析
(A) 羰基()
羰基含有 不飽和鍵,具有 電子系統,可吸收特定波長的紫外光或可見光。在醌類染料等結構中,羰基能與芳香環形成共軛系統並產生顏色,因此可作為發色團。
本選項錯誤。
第 21 題2 分
酸、鹼的製造是重要的化學工業。有關各種酸、鹼的製法,下列何者錯誤?
核心觀念
本題考查常見酸、鹼及基本化學品的工業製造方法,重點在於辨認各製程的主要產品:
- 哈柏法(Haber process):製造氨。
- 索爾未法(Solvay process):製造碳酸鈉。
- 接觸法(Contact process):製造硫酸。
- 氨氧化法(Ostwald process):製造硝酸。
其中最容易混淆的是「接觸法」與「鹽酸製造」。接觸法的核心是將二氧化硫氧化成三氧化硫,再製成硫酸,並非製造鹽酸。
解題方法
逐一比對各選項所列的製程與主要產品即可。各製程的代表性反應如下:
- 哈柏法:
以鐵系催化劑,在高溫、高壓條件下合成氨。
- 索爾未法:
利用食鹽、氨、水及二氧化碳製造碳酸氫鈉,再加熱分解生成碳酸鈉:
- 接觸法:
先將硫燃燒生成二氧化硫,再氧化成三氧化硫:
通常使用五氧化二釩 作為催化劑,最後吸收製成硫酸。
- 氨氧化法:
先將氨催化氧化成一氧化氮,再氧化成二氧化氮,最後吸收生成硝酸:
因此,錯誤敘述是將接觸法的產品寫成鹽酸。
選項分析
第 22 題2 分
工業上利用乙烯()製造 VCM 時,下列何種化學品為其重要副產物?
核心觀念
VCM 是氯乙烯單體(Vinyl Chloride Monomer,),工業上主要以乙烯為原料,經由「二氯乙烷法」製造。
其關鍵反應如下:
- 乙烯氯化生成二氯乙烷(EDC):
- 二氯乙烷熱裂解生成 VCM,並副產氯化氫:
其中 即為 VCM,副產的 溶於水後形成鹽酸。因此,鹽酸是乙烯製造 VCM 過程中的重要副產物。
解題方法
辨認 VCM 的工業製程即可判斷。VCM 的分子結構為:
工業上先將乙烯轉化為二氯乙烷,再使二氯乙烷裂解。裂解時,二氯乙烷脫去一分子 :
第 23 題2 分
工業上氨()的合成反應為:
依照勒沙特列原理(Le Châtelier’s principle),下列哪一種反應條件可提高氨的產率?
核心觀念
本題考查勒沙特列原理,以及溫度、壓力對化學平衡的影響。
反應為:
其中:
- ,表示正反應為放熱反應。
- 反應物氣體總莫耳數為 莫耳。
- 生成物氣體總莫耳數為 莫耳。
解題方法
- 判斷溫度影響:
正反應為放熱反應,可視為:
降低溫度時,平衡會向放出熱量的方向移動,也就是向右移動,增加氨的生成量。
因此,應採用低溫。
- 判斷壓力影響:
左側共有 莫耳氣體,右側共有 莫耳氣體。提高壓力時,平衡會向氣體莫耳數較少的一側移動,因此向右移動,增加氨的產率。
因此,應採用高壓。
綜合判斷,能提高氨平衡產率的條件為低溫高壓。
選項分析
第 24 題2 分
煉鐵過程要加入石灰石()。石灰石()在煉鐵過程是扮演下列何種角色?
核心觀念
煉鐵時加入石灰石 ,主要是作為助熔劑(flux),用來除去鐵礦石中的脈石與雜質,形成熔點較低、容易分離的爐渣。
石灰石受熱分解:
生成的氧化鈣 再與鐵礦石中的酸性雜質二氧化矽 反應:
生成的矽酸鈣 為爐渣主要成分之一,可與熔融鐵分層而被排出。因此,石灰石的主要功能是降低雜質與爐渣的熔融溫度,促進爐渣形成與分離。
解題方法
判斷煉鐵原料的角色,可依其在高爐中的主要作用區分:
- 焦炭中的碳及一氧化碳:提供熱量,並作為還原劑。
- 空氣中的氧氣:支持燃燒,具有氧化作用。
- 石灰石:高溫分解產生 ,與脈石反應形成爐渣,屬於助熔劑。
題目問的是石灰石 的角色,故應選擇助熔劑。
選項分析
第 25 題2 分
聚乙烯(PE)可分為高密度聚乙烯(HDPE)與低密度聚乙烯(LDPE)。有關二者的敘述,下列何者錯誤?
核心觀念
本題考查聚乙烯(PE)的製造方法、分子鏈結構與物性之間的關係:
- HDPE:高密度聚乙烯,支鏈少、分子鏈排列規整、結晶性高。
- LDPE:低密度聚乙烯,支鏈多、分子鏈排列較不規整、結晶性低。
聚乙烯的密度主要受到分子鏈能否緊密排列影響。支鏈越少,分子鏈越容易靠近並規則排列,結晶性與密度便越高。
解題方法
先掌握製程與結構的對應關係:
| 種類 | 聚合壓力 | 聚合機構 | 支鏈數量 | 結晶性 | 密度 |
|---|---|---|---|---|---|
| HDPE | 低壓法 | 配位聚合,常用 Ziegler-Natta 或 Phillips 催化劑 | 少 | 高 | 高 |
| LDPE | 高壓法 | 自由基聚合 | 多 | 低 | 低 |
因此,只要檢查選項是否符合上述對應,即可判斷錯誤敘述。
選項分析
(A) 高密度聚乙烯(HDPE)利用高壓法製得,低密度聚乙烯(LDPE)利用低壓法製得
錯誤。
實際情況正好相反:
- LDPE 採用高壓自由基聚合法製造。
- HDPE 採用低壓催化聚合法製造。
高壓自由基聚合容易造成分子鏈轉移,因此形成較多長、短支鏈,使分子鏈排列疏鬆,產生低密度聚乙烯。
(B) 高密度聚乙烯(HDPE)含支鏈結構較少,低密度聚乙烯(LDPE)含支鏈結構較多
正確。
第 26 題2 分
高吸水性分子樹脂可由交聯的聚丙烯酸製造,其分子鏈連接下列何種官能基,故具有高吸水性之功能?
核心觀念
本題考查高吸水性樹脂(Superabsorbent Polymer, SAP)的結構與吸水原理。
交聯聚丙烯酸經部分中和後,分子鏈上形成大量帶負電的羧酸鹽基團:
因此,常見的高吸水性樹脂主要是交聯型聚丙烯酸鈉。其網狀結構可吸收大量水分並膨潤,核心原因是分子鏈上的 基團具有親水性與離子性。
解題方法
判斷高吸水性樹脂的官能基,可掌握兩個重點:
- 官能基必須具有高度親水性。
- 官能基形成固定負電荷後,能造成離子滲透壓,促使水分進入交聯網狀結構。
在聚丙烯酸鈉中,羧酸鹽基團 解離後,使聚合物骨架帶有大量固定負電荷。鏈間的鈉離子可自由移動,內外離子濃度差造成滲透壓,水分因而大量進入;同時負電荷彼此排斥,使聚合物網絡伸展,交聯結構則防止其溶解,形成吸水後的凝膠。
所以本題應選擇羧酸鈉基團,而不是未中和的羧酸基團。
選項分析
(A) :錯誤
甲基屬於非極性基團,親水性低,無法與水形成足夠的氫鍵或離子作用。聚合物若含有大量甲基,通常不會具備高吸水性。
(B) :錯誤
第 27 題2 分
有關酒類的製造,下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考查酒類依製造方法所作的分類,以及製酒過程中的糖化、發酵與蒸餾。
酒類可概分為:
-
釀造酒:以穀類、水果等原料,經糖化、發酵製成,不再經蒸餾。 例:啤酒、葡萄酒、紹興酒。
-
蒸餾酒:先將原料糖化、發酵,再利用酒精與水沸點不同進行蒸餾,提高酒精濃度。 例:威士忌、白蘭地、伏特加、蘭姆酒。
-
再製酒:以釀造酒或蒸餾酒為基酒,再加入糖、香料、藥材等調製。 例:利口酒、部分水果酒。
製酒過程中,澱粉本身不能直接被酵母有效利用,必須先經糖化作用,由澱粉酶將澱粉水解成可發酵糖類,再由酵母進行酒精發酵。
解題方法
判斷本題可依下列順序:
- 先確認各酒類屬於釀造酒或蒸餾酒。
- 再檢查選項所列的製造流程是否完整。
- 最後辨認糖化作用的作用對象、催化方式及產物。
四個選項中,啤酒的分類及酒精濃度符合一般化學工業概論教材的標準,因此選擇(A)。
選項分析
(A) 啤酒屬於釀造酒,酒精濃度 3~6%
正確。
啤酒以大麥芽等穀類為主要原料,先利用麥芽中的酵素將澱粉糖化,再由酵母將糖類發酵成酒精與二氧化碳,製程中不經蒸餾,因此屬於釀造酒。
啤酒的酒精濃度通常約為 ,符合本選項敘述。
(B) 威士忌的釀造流程為:原料 糖化 發酵 殺菌
錯誤。
威士忌屬於蒸餾酒,主要流程為:
第 28 題2 分
SBR 是一種合成橡膠,其主要用途為車輛輪胎、鞋底等,其單體是由下列何者聚合而成?
核心觀念
SBR 是 Styrene-Butadiene Rubber 的縮寫,中文為「丁苯橡膠」。它不是由單一單體聚合而成,而是由兩種單體進行共聚:
- 苯乙烯(Styrene)
- 1,3-丁二烯(1,3-Butadiene)
其聚合可概念表示為:
SBR 兼具丁二烯橡膠的彈性與苯乙烯所提供的強度、耐磨性,因此廣泛用於車輛輪胎、鞋底及輸送帶等產品。
解題方法
直接利用縮寫判斷:
- S 代表 Styrene,即苯乙烯。
- B 代表 Butadiene,即丁二烯。
- R 代表 Rubber,即橡膠。
因此,SBR 的兩種單體就是苯乙烯與丁二烯。題目若要求單選,題幹本身具有不完整性,因為選項(A)與(B)均為正確單體。
選項分析
(A) 苯乙烯:正確
苯乙烯是 SBR 的共聚單體之一,結構可表示為:
它與丁二烯共聚形成丁苯橡膠。
第 29 題2 分
有關生醫材料之敘述,下列何者正確?
核心觀念
本題考查生醫材料的分類、天然高分子種類、膠原蛋白的分子結構,以及陶瓷材料的醫療用途。
生醫材料依主要材質,通常可分為:
- 高分子材料
- 金屬材料
- 陶瓷材料
- 複合材料
其中,陶瓷材料具有高硬度、耐磨耗、耐腐蝕及良好生物相容性,常應用於骨科與齒科,例如人工骨、骨填補材料、人工牙根及牙科修復材料等。
解題方法
逐一檢視各選項的關鍵敘述:
- 材料分類是否完整。
- 天然高分子所屬的化學類別是否正確。
- 膠原蛋白的多肽鏈數目與空間結構是否正確。
- 陶瓷材料的臨床用途是否符合實際應用。
本題中,B、C的錯誤屬於明顯的基本觀念錯誤;A則是分類不完整;D符合陶瓷生醫材料的典型用途。
選項分析
(A) 生醫材料可分為高分子、陶瓷及金屬類
此敘述不完整。
生醫材料的主要分類通常包括高分子、陶瓷、金屬及複合材料。複合材料是由兩種以上不同性質的材料組合而成,可兼具各組成材料的優點,例如骨科使用的高分子—陶瓷複合材料。
因此,僅列出高分子、陶瓷及金屬三類,漏列複合材料,不能作為完整分類,故錯誤。
(B) 天然高分子材料常見的有幾丁質、玻尿酸與膠原蛋白,這三者皆為多醣體類材質
前半句所列材料大致正確,但後半句錯誤。
第 30 題2 分
利用重組 DNA 技術製造胰島素,下列敘述何者錯誤?
核心觀念
本題考查重組 DNA 技術中各種酵素的功能:
- 限制酶(restriction enzyme):辨認特定核苷酸序列,切割 DNA,產生平端或黏性末端。
- DNA 聚合酶(DNA polymerase):以既有 DNA 鏈為模板,依互補鹼基配對原則合成新的 DNA 鏈。
- DNA 接合酶(DNA ligase):將兩段 DNA 的骨架連接起來,形成完整的重組 DNA 分子。
- 宿主細胞:將重組質體送入大腸桿菌後,利用大腸桿菌的複製系統大量複製質體,並表現外源基因產物。
解題方法
判斷各選項是否正確描述「限制酶、聚合酶、接合酶」的功能即可。
重組 DNA 的基本流程為:
其中,「不同來源的 DNA 片段連接」是 DNA 接合酶的功能;「大量複製重組 DNA」則主要依靠宿主細胞內的 DNA 複製機制及 DNA 聚合酶完成。
選項分析
(A) 利用限制酶,切割胰島素質體 DNA 的特定片段
正確。限制酶能辨認 DNA 上特定的鹼基序列,並在特定位置切割 DNA。製造重組 DNA 時,可利用限制酶切開質體及外源基因片段,使兩者產生相容的末端,以利後續接合。
第 31 題2 分
105 年 12 月 1 日起,環保署將原先判定大氣之空氣污染指標(PSI)更換成空氣品質指標(簡稱 AQI)。AQI 指標增列原先 PSI 指標下列何種項目?
核心觀念
本題考「空氣污染指標 PSI」改制為「空氣品質指標 AQI」時,污染物項目的變化。
民國 105 年 12 月 1 日起,環保署以 AQI 取代 PSI。AQI 相較於原 PSI,主要新增細懸浮微粒 作為空氣品質評估項目,使指標更能反映對人體健康影響較大的細懸浮微粒污染。
因此,本題關鍵在於辨認 AQI 相較 PSI「增列」的污染物種類,而非判斷 AQI 所採用的全部計算濃度形式。
解題方法
直接比較 PSI 與 AQI 的污染物項目:
- 原 PSI 已納入 、、、 等污染物。
- AQI 改制後,新增細懸浮微粒 。
- 粒徑小於或等於 微米,較容易深入人體呼吸道,對健康影響較受重視。
所以新增項目為:
選項分析
(A)
第 32 題2 分
有關波特蘭水泥的特性,下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考查波特蘭水泥的製造原料、熟料化學組成,以及水硬率(Hydraulic Modulus, H.M.)的定義與典型範圍。
波特蘭水泥製造可分為:
- 製造水泥熟料的主要原料:石灰石、黏土等。
- 熟料研磨時添加的材料:石膏,主要作用是延緩凝結時間,避免水泥瞬間凝結。
水硬率定義為:
普通波特蘭水泥的水硬率通常約在 之間。
解題方法
逐一檢查各選項是否符合波特蘭水泥的基本製造與化學性質:
- 石灰石與黏土屬於製造熟料的主要原料。
- 石膏是在熟料研磨成水泥時添加的緩凝劑,不能與石灰石、黏土並列為熟料的主要原料。
- 水硬率可直接依典型數值範圍判斷。
- 石膏添加量並非一律固定為 ,通常約為 ,且須依凝結時間及三氧化硫含量控制。
選項分析
(A) 主要原料包含石灰石、石膏、黏土
錯誤。
石灰石提供主要的氧化鈣,黏土提供二氧化矽、氧化鋁及氧化鐵,兩者是製造水泥熟料的主要原料。
石膏並非製造熟料的主要原料,而是在熟料冷卻後研磨時添加,作用為延緩水泥凝結。因此此選項將石膏列為主要原料,敘述不正確。
(B) 原卷此選項之公式文字擷取不全,僅可辨識「」及後續百分比公式,請參考原卷
第 33 題2 分
陶瓷材料具有一般金屬材料所不及的高熔點、高硬度、耐腐蝕性、高的機械強度,並具有特殊功能性。有關陶瓷材料的敘述,下列何者正確?
核心觀念
本題考查常見工程陶瓷的材料特性、鍵結型態、功能分類與應用:
- :氧化鋯,具高熔點、耐腐蝕、低熱傳導等特性,並可藉由添加 形成穩定化氧化鋯。
- :碳化矽,具有強共價鍵、高硬度、耐磨耗及高溫抗氧化特性。
- :釔穩定化氧化鋯,主要利用其氧離子導電性製作氧氣感測器。
- 光學陶瓷:指具有高透光性或特殊光學功能的整體陶瓷材料,不等同於玻璃表面的薄膜光學鍍層。
解題方法
本題採用「材料性質與典型用途配對」判斷:
- 檢查材料的硬度、耐熱性與耐腐蝕性是否符合。
- 判斷材料的主要功能是結構用途、耐磨用途、感測用途或光學用途。
- 對照該材料最具代表性的應用,辨認選項是否偷換材料或功能。
其中最關鍵的是:
- 的強共價鍵與高硬度是典型特徵。
- 的導電性主要與氧分壓有關,並非 濃度。
- 光學陶瓷是材料本體的分類,薄膜鍍層則屬於光學薄膜技術。
選項分析
(A) 錯誤
確實具有高熔點、耐腐蝕、低熱傳導及良好化學穩定性,也常被用於耐火材料、耐磨材料及結構陶瓷。
但「硬度可達莫氏硬度 9,僅次於鑽石」的敘述不正確。莫氏硬度中:
- 鑽石:硬度 10
- 剛玉,即 :硬度約 9
- 氧化鋯:通常低於剛玉,並非典型的莫氏硬度 9 材料
因此,選項將氧化鋯的硬度特性與氧化鋁或其他超硬材料混淆,故錯誤。
(B) 正確
由矽與碳形成強烈的共價鍵,晶體結構穩定,因此具有:
- 高硬度
- 高耐磨耗性
- 高耐熱性
- 良好抗熱震性
- 高溫下良好的抗氧化性
第 34 題2 分
不鏽鋼不容易生鏽腐蝕,表面常保潔白光亮,台語俗稱「白鐵」。不鏽鋼中除了鐵以外,主要尚含有下列哪兩種金屬?
核心觀念
不鏽鋼是以鐵為基礎,添加一定比例的合金元素所製成的鋼材。其耐鏽、耐腐蝕的主要原因,是含有足量的鉻(Cr),鉻在表面形成緻密、穩定且具有自我修復能力的氧化鉻薄膜,使內部鐵材與氧氣、水分隔離。
常見不鏽鋼的主要合金元素為:
- 鉻(Cr):提供耐腐蝕性,形成氧化鉻鈍化膜。
- 鎳(Ni):改善耐腐蝕性、韌性與延展性,並有助於形成奧氏體組織。
因此,本題所問除鐵以外主要含有的兩種金屬為鉻與鎳。
解題方法
看到「不容易生鏽腐蝕」、「表面潔白光亮」及俗稱「白鐵」等關鍵字,應聯想到不鏽鋼的核心合金成分。
判斷順序如下:
- 不鏽鋼的代表性元素是鉻,因為鉻能形成保護性的氧化鉻鈍化膜。
- 傳統常見的不鏽鋼,尤其是 不鏽鋼,約含 鉻、 鎳。
- 因此,除鐵以外最具代表性的兩種金屬為鉻與鎳。
第 35 題2 分
在煉油廠中,BTX 是指下列哪幾種芳香烴的簡稱?
核心觀念
BTX 是煉油與石油化學工業中常見的芳香烴混合物簡稱:
- B:Benzene,苯
- T:Toluene,甲苯
- X:Xylene,二甲苯
因此,BTX 代表苯、甲苯與二甲苯,常作為石油化學工業的重要原料。
解題方法
直接利用英文名稱的字首判斷:
對應中文名稱如下:
所以正確選項為苯、甲苯及二甲苯。
選項分析
- (A) 苯:正確。 苯的英文為 Benzene,取字首 B,是 BTX 中的 B。
第 36 題2 分
工業上常利用合成氣(synthetic gas)來合成甲醇()、氨()等重要化合物。合成氣是下列哪兩種氣體的混合氣?
核心觀念
合成氣(synthetic gas,簡稱 syngas)是以一氧化碳()與氫氣()為主要成分的混合氣,通常由煤、天然氣或重油等含碳原料經氣化、部分氧化或蒸汽重組製得。
其主要用途包括:
- 合成甲醇:
- 製造氨所需的氫氣:合成氣中的一氧化碳可經水煤氣轉化反應產生更多氫氣:
再將氫氣與氮氣混合,進行哈柏法合成氨:
因此,合成氣的標準組成判定為一氧化碳與氫氣。
解題方法
本題直接利用「合成氣」的定義判斷。合成氣不是依照某一固定比例組成,而是以 與 為主要有效成分的混合氣。
題目列出四種氣體:
- :合成甲醇的碳源與含氧反應物
- :合成甲醇及多種化學品的重要氫源
- :可存在於製程氣體中,但不是合成氣的主要定義成分
- :與氫氣合成氨時使用,但不屬於一般所稱的合成氣主要組成
第 37 題2 分
有關空氣污染,下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考查三類常見空氣污染環境效應:
- 酸雨:主要與硫氧化物、氮氧化物有關。
- 溫室效應:由能吸收地表紅外線輻射的溫室氣體造成,二氧化碳是重要的人為溫室氣體。
- 光化學煙霧:氮氧化物與揮發性有機物在陽光作用下反應形成,二氧化氮是重要前驅物。
酸雨的判定不能只看是否低於中性點 ,因為自然雨水本身即含有溶解的二氧化碳,通常呈弱酸性。
解題方法
逐一核對各選項所描述的污染物與環境效應:
- 硫氧化物是否為酸雨來源?
- 酸雨的 判定標準是否為 7.0?
- 二氧化碳是否屬於主要溫室氣體?
- 二氧化氮是否參與光化學煙霧形成?
本題為複選題,至少有兩個正確選項。
選項分析
(A) 硫氧化物是造成酸雨的主要因素
正確。
燃燒煤、重油等含硫燃料時,會產生二氧化硫:
二氧化硫在大氣中進一步氧化成三氧化硫,再與水反應形成硫酸:
硫酸隨雨水降落,會使降水酸化。因此,硫氧化物是酸雨的重要主要來源之一。氮氧化物也會形成硝酸,同樣是酸雨的重要來源。
(B) 小於 7.0 的雨水稱為酸雨
錯誤。
代表中性,但自然雨水會吸收空氣中的二氧化碳:
第 38 題2 分
有關水污染,下列敘述何者正確?
核心觀念
本題考查水污染指標及優養化:
- BOD(Biochemical Oxygen Demand,生化需氧量):微生物分解污水中可生物分解的有機物時,所消耗的溶氧量。
- COD(Chemical Oxygen Demand,化學需氧量):利用化學氧化劑氧化水中可氧化物質時,所需的氧量。
- 一般情況下,COD 可氧化的物質範圍較廣,因此通常有:
- 優養化:水體中氮、磷等營養鹽過量,造成藻類大量繁殖,死亡後分解又消耗溶氧,導致水質惡化。
解題方法
本題可分兩步判斷:
- 先辨認 BOD、COD 的英文全名與中文定義,排除名稱對調的選項。
- 再判斷 BOD、COD 的一般大小關係,以及肥料、清潔劑是否會帶入氮、磷營養鹽。
選項分析
(A) BOD 稱為化學需氧量,COD 稱為生化需氧量
錯誤。
BOD 是「生化需氧量」,COD 才是「化學需氧量」,本選項將兩者名稱完全對調。
(B) 一般的污水通常 BOD>COD
錯誤。
COD 的氧化範圍通常比 BOD 廣,除了可生物分解有機物,也可能包含不易被微生物分解但可被化學氧化的物質。因此一般污水通常為:
第 39 題2 分
聚合物可分為熱塑性樹脂(thermoplastic resin)與熱固性樹脂(thermosetting resin),下列何者為熱塑性樹脂?
核心觀念
聚合物依受熱後的行為,可分為:
- 熱塑性樹脂(thermoplastic resin):受熱會軟化、熔融,冷卻後重新硬化;此過程通常可反覆進行。其分子多為線型或支鏈型結構,分子鏈間沒有大量永久交聯。
- 熱固性樹脂(thermosetting resin):加熱或加入硬化劑後會產生三度空間交聯結構,固化後即使再加熱,也不會重新熔融,通常只會分解或焦化。
本題要求辨認各選項所屬的樹脂種類。
解題方法
判斷原則是看樹脂是否具有永久交聯結構:
- 若受熱可軟化、熔融並重新成形,屬於熱塑性樹脂。
- 若固化後形成不可逆的交聯網狀結構,屬於熱固性樹脂。
常見分類如下:
| 樹脂 | 分類 |
|---|---|
| 聚乙烯(PE) | 熱塑性樹脂 |
| 聚苯乙烯(PS) | 熱塑性樹脂 |
| 酚甲醛樹脂(PF、電木) | 熱固性樹脂 |
| 環氧樹脂(Epoxy resin) | 熱固性樹脂 |
因此,本題實際上有兩個熱塑性樹脂選項。
選項分析
(A) 聚乙烯樹脂:正確
聚乙烯(polyethylene, PE)由乙烯聚合而成,分子主鏈主要由碳—碳單鍵構成,屬於線型或支鏈型高分子,沒有形成永久性的三度空間交聯網狀結構。
聚乙烯受熱時會軟化、熔融,冷卻後可再次硬化並成形,因此屬於熱塑性樹脂。
常見用途包括塑膠袋、容器、薄膜、管材及電線絕緣材料。
(B) 聚苯乙烯樹脂:正確
第 40 題2 分
常見的鐵礦有五種:磁鐵礦()、赤鐵礦()、褐鐵礦()、菱鐵礦()、黃鐵礦()。下列敘述何者正確?(,,)
核心觀念
本題考查:
- 常見鐵礦的名稱、化學式與外觀。
- 由化學式計算鐵的質量百分率。
- 地殼中元素含量的基本排名。
- 硫化礦焙燒或冶煉時產生二氧化硫所造成的空氣污染。
鐵礦含鐵量的計算公式為:
解題方法
逐一檢查各選項:
- A、D 可依礦物特性與冶煉反應判斷。
- B 需比較 與 的理論含鐵量。
- C 需掌握地殼中金屬元素的含量概念。
磁鐵礦的含鐵量
磁鐵礦為 :
其中鐵的質量為:
因此:
赤鐵礦的含鐵量
赤鐵礦為 :
其中鐵的質量為:
因此:
磁鐵礦含鐵量約為 ,高於赤鐵礦的 。
選項分析
(A) 黃鐵礦()外觀呈金黃色,俗稱愚人金
正確。
第 第一題 題10 分
高雄市小港區高坪七路和高坪六街的交叉路口一處倉庫,7 日上午 10 時 43 分發生一起嚴重火警!現場爆炸聲頻傳,火光、濃煙四射。由於起火物為鋁鎂合金,警消到場後也僅能在四周架設水線防護,試圖丟射消防砂撲滅,不過火勢仍相當猛烈,已從倉庫起火點延燒至馬路對面的公司兼住家。初步了解,起火原因疑似為老闆使用電焊不慎,火花引燃戶外堆置的鎂粉與鋁合金等金屬物,使得火警發生後,白煙直衝天際,火勢燃燒猛烈。消防局事後統計,這場火警共花了約 5 個半小時,在下午 4 時 22 分撲滅火勢,動用 19 個消防分隊,共 46 車、104 人前往搶救。
此火場也產生類似鋁熱反應,而放出大量的熱與白煙。所謂鋁熱法為利用鋁的還原性獲得高熔點金屬單質的方法,此種反應被稱為鋁熱反應。鋁熱劑(鋁與金屬的混合物)著火點較高,需要引燃。常見的是用鎂條作為引燃劑;若氧氣不足、鎂燃燒不充分,亦可再混入適量氯酸鉀或過氧化鋇,但易自燃,亦可用高溫噴槍點燃。插入混合物中的部分鎂條燃燒時,氯酸鉀則是助燃劑,以保證鎂條的繼續燃燒,同時放出足夠的熱量引發氧化鐵和鋁粉的反應。由於該反應放出大量的熱,溫度可達 ,並發出耀眼光芒,只要反應已經引發,就可劇烈進行,放出的熱使生成的鐵熔化為液態。
請就此火災,回答下列問題:
(一)請說明鎂鋁合金火災為何不可使用水柱來滅火?可以改用乾粉或 來滅火嗎?理由為何?【4 分】
(二)已知 、 的標準莫耳生成熱為 、,則 的鋁熱劑可放出多少熱量(kJ)?(假設鋁熱劑含 Al 與 的莫耳比為 ,原子量 Al:27,Fe:56。)【6 分】
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核心觀念
本題考查:
- 鎂、鋁等活性金屬的火災滅火原理。
- 鋁熱反應的氧化還原反應式。
- 標準莫耳生成熱與赫斯定律。
- 由反應物莫耳比及總質量求反應放熱量。
(一)鎂鋁合金火災的滅火方法
1. 不可使用水柱滅火的原因
鎂、鋁在高溫或熔融狀態下具有很強的還原性,會與水反應並產生氫氣。例如鎂與水蒸氣反應:
此反應具有下列危險:
- 反應放熱,使火場溫度升高。
- 產生的 為可燃性氣體,遇火焰可能爆燃。
- 高溫熔融金屬接觸水會使水瞬間汽化,造成蒸氣爆炸及熔融金屬飛濺。
- 水柱可能把燃燒中的金屬粉末、熔融金屬帶往四周,使火勢擴大。
因此,水不但無法有效隔絕氧氣,還可能增加爆炸與延燒危險,鎂鋁合金火災不可使用水柱直接滅火。
2. 是否可使用乾粉
可以使用專供金屬火災的乾粉,也就是 Class D 金屬火災滅火劑,例如以氯化鈉、石墨、銅粉等為主要成分的乾粉。其作用包括:
- 覆蓋燃燒中的金屬,隔絕空氣。
- 吸收熱量,降低燃燒溫度。
- 防止熔融金屬與水、空氣接觸。
但一般的 ABC 乾粉並不等同於金屬火災專用乾粉,不能直接視為適用於鎂粉、鋁粉火災。題幹所述消防砂即屬於以覆蓋、隔絕空氣為主的處置方式。
3. 是否可使用
不可使用 滅火。鎂在高溫下可將二氧化碳還原,反而持續燃燒:
因此, 不僅不能有效隔絕燃燒所需的氧化劑,還會成為鎂燃燒的反應物,生成氧化鎂與碳,並伴隨大量熱量。鋁、鎂等金屬火災均不適合使用二氧化碳滅火器。
(二)鋁熱劑的放熱量
1. 寫出鋁熱反應式
鋁將氧化鐵還原成鐵:
題目給定鋁熱劑中 與 的莫耳比為 ,正好符合反應方程式的化學計量比。
2. 計算一莫耳反應的反應熱
標準反應焓為:
單質 與 的標準莫耳生成熱均為 ,因此:
第 第二題 題10 分
隨著國民生活水準提高,發展經濟的過程也要兼顧環保議題。近年來各國紛紛強調綠色化學,以提高「原子利用率」為原則,研究如何在生產過程中充分利用原料及能源,減少廢棄物對大自然環境產生衝擊。請回答下列問題:
(一)為求產業的永續經營與發展,廢棄物的處理要兼顧 5R 的原則,請問何謂環保 5R?寫出中文與英文意義。【5 分;中文及英文均寫對才給分】
(二)日常生活中充滿各種塑膠,為了方便識別及回收,1988 年美國塑膠工業協會提出其分類編碼方式,利用 1~7 的數字來標示,其中【圖二】代表其他塑膠(Other 或 O)。請寫出 1~5 號分別代表何種塑膠?【5 分;請以中文及縮寫表示,且中文及縮寫均寫對才給分】
【圖二】原卷塑膠分類編碼圖示
登入後即可作答並保存紀錄。
核心觀念
本題考查兩部分:
- 廢棄物管理的環保 5R 原則。
- 美國塑膠工業協會建立的塑膠分類編碼,依數字辨識塑膠種類,便於分類、回收與再利用。
塑膠編碼中的數字代表主要材質種類,並非代表塑膠可回收次數或產品等級。
解題方法
(一)環保 5R 原則
依廢棄物優先處理順序,先從源頭減少廢棄物,再進行重複使用、回收與資源再生,並拒絕不必要或過度包裝的產品。
| 英文 | 中文意義 | 說明 |
|---|---|---|
| Reduce | 減量 | 減少原料、能源使用及廢棄物產生 |
| Reuse | 再使用 | 物品經適當處理後重複使用 |
| Recycle | 回收再利用 | 將廢棄物分類、加工,製成再生原料或產品 |
| Recovery | 資源回收/能源回收 | 從廢棄物中回收有用物質或能源,例如焚化發電、回收金屬 |
| Refuse | 拒絕 | 拒絕使用不必要、過度包裝或難以處理的產品 |
其中, 是源頭減量,優先程度通常高於末端處理; 與 則是將已產生的廢棄物轉化為可利用資源。
(二)塑膠分類編碼 1~5 號
依塑膠分類編碼,逐號記憶如下: