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普考申論題 105年 [化學工程] 工業化學概要

第 一 題

📖 題組:
界面活性劑有許多用途,請說明下列問題: (一)肥皂與合成清潔劑(包括陰離子、陽離子及非離子)之化學結構。(10 分) (二)肥皂製程中之皂化反應,請以油脂(三酸甘油酯)為起始原料做說明。(7 分) (三)肥皂在硬水中遇到的問題。(4 分) (四)為了解決合成清潔劑的生物降解問題,工業界採取了何種對策?(4 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

肥皂與合成清潔劑(包括陰離子、陽離子及非離子)之化學結構。(10 分)

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看到此題應先聯想界面活性劑的共通特徵:分子皆包含「親油基(長鏈碳氫化合物)」與「親水基(極性或離子官能基)」。答題時,需依序針對肥皂及三類合成清潔劑,分別寫出其代表性化學結構通式,並點出其親水端的電荷特性與主要官能基以爭取完整分數。

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【破題】 界面活性劑的分子結構皆具備兩親性,由非極性的「親油端」(通常為長鏈烷基或芳香基)與極性的「親水端」所組成。依據其親水端在水中解離的特性,可分類如下: 【論述】

小題 (二)

肥皂製程中之皂化反應,請以油脂(三酸甘油酯)為起始原料做說明。(7 分)

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看到「皂化反應」與「三酸甘油酯」,應立刻聯想到酯類在鹼性環境下的水解反應。答題時必須精確寫出三酸甘油酯與氫氧化鈉(或氫氧化鉀)反應生成甘油與脂肪酸鈉(肥皂)的化學平衡方程式,並簡述反應條件與產物分離(如鹽析)的製程步驟。

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【破題】皂化反應(Saponification)是指油脂(三酸甘油酯)在鹼性環境下加熱水解,生成甘油(丙三醇)與脂肪酸鹽(肥皂)的工業化學過程。 【論述】 一、化學反應方程式

小題 (三)

肥皂在硬水中遇到的問題。(4 分)

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看到此題,應立即聯想「硬水」的成分(鈣、鎂離子)與「肥皂」的化學本質(脂肪酸鈉)。答題關鍵在於寫出兩者結合產生不溶性沉澱(皂垢)的化學反應式,並條列說明沉澱對洗淨力及衣物/設備造成的負面影響。

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【破題】肥皂在硬水環境中使用會產生不溶性沉澱,導致洗淨力大幅下降並產生皂垢。 【論述】 一、化學反應與沉澱產生

小題 (四)

為了解決合成清潔劑的生物降解問題,工業界採取了何種對策?(4 分)

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看到生物降解問題,應聯想到早期合成清潔劑造成的「河川泡沫污染」。解題關鍵在於指出自然界微生物難以分解「支鏈」結構,因此工業界的對策是將原料的碳氫鏈由「支鏈(如ABS)」改為「直鏈(如LAS)」,即完成從硬性清潔劑到軟性清潔劑的轉換。

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【破題】為解決合成清潔劑造成的環境泡沫污染,工業界透過改變界面活性劑的碳氫鏈結構,以大幅提高其生物降解率(Biodegradability)。 【論述】 一、 早期問題(硬性清潔劑)

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