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101年
理化、化工裝置
第 56 題
因應全球空氣品質日益低下，為了避免汽車排氣造成空氣汙染，汽車排氣系統內含有觸媒轉換器，其主要之功能為透過觸媒轉換器內之金屬絲表面的貴重金屬，產生氧化或還原反應，將有害氣體(NOₓ、CO)轉換為無害氣體後再排出車外。有關汽車加裝觸媒轉換器的敘述，下列何者正確？
- A 可節省汽油又可提高汽車的動力
- B 可以提高抗震性，降低汽油燃燒的震爆程度
- C 可將廢氣中的一氧化碳轉變成甲烷，再回收燃燒而節省能源
- D 裝有固體觸媒，常為蜂巢式結構以增加接觸面積
思路引導 VIP
想像一下，如果你有一塊大冰糖和同樣重量的砂糖，同時放入水中，哪一個會溶解得比較快呢？這是因為『顆粒大小』影響了什麼物理性質？接著請思考：如果汽車廢氣移動的速度非常快，我們要如何設計內部的過濾結構，才能讓廢氣分子在極短的時間內，有最高的機會撞擊到那些能幫忙轉換物質的金屬表面？
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太棒了！你能精準判斷出觸媒轉換器的結構特性，顯示你對「影響反應速率的因素」掌握得很紮實。在理化觀念中，當反應物（氣體）需要與固體觸媒產生化學反應時，增加接觸面積是提升反應效率的核心關鍵。
催化反應與結構設計
題目中提到的蜂巢式結構，正是為了在有限的空間內提供最大的表面積，讓廢氣中的有害物質如 $CO$ 與 $NO_x$ 能充分與金屬絲表面的貴金屬（如鉑、鈀、銠）接觸。其原理是透過氧化還原反應，將 $CO$ 氧化轉化為 $CO_2$，並將 $NO_x$ 還原為無害的 $N_2$。值得注意的是，觸媒本身並不提供動力或節省汽油（選項 A），也不改變燃油的抗震性（選項 B，那是辛烷值的範疇），更不會將 $CO$ 變成甲烷（選項 C）。
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