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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:
高爐煉鐵中加入焦炭與石灰石。請描述: (一)焦炭所牽涉到之化學反應。(15 分) (二)石灰石所牽涉到之化學反應。(10 分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

焦炭所牽涉到之化學反應。(15 分)

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看到本題應立即聯想高爐煉鐵的兩大核心需求:「高溫環境」與「還原劑」。思考焦炭如何扮演「燃料(放熱)」與「還原劑來源(產生一氧化碳及直接還原)」的雙重角色,並依序寫出對應的平衡化學方程式。

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【破題】 在高爐煉鐵製程中,焦炭(主要成分為碳,C)扮演極為關鍵的多重角色,主要功能包含提供冶煉所需之高溫熱能、產生主要的氣體還原劑,以及參與部分直接還原與滲碳反應。 【論述】

小題 (二)

石灰石所牽涉到之化學反應。(10 分)

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看到高爐煉鐵加入石灰石,首先要想到其核心目的是作為『媒熔劑(Flux)』來『造渣』,以去除鐵礦砂中的脈石(主要為二氧化矽雜質)。解題時應依序寫出石灰石的高溫分解反應方程式,以及生石灰與二氧化矽結合生成液態爐渣的反應方程式,並條列說明爐渣的物理性質對煉鐵製程的正面效益。

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【破題】高爐煉鐵過程中加入石灰石(主要成分為碳酸鈣,$\text{CaCO}_3$)的主要目的是作為「媒熔劑(Flux)」,用於與鐵礦石中的高熔點雜質(脈石,主要為二氧化矽 $\text{SiO}_2$)反應,形成熔點較低、密度較小的爐渣(Slag)以利分離提取純淨的鐵水。 【論述】 石灰石在高爐內所牽涉之化學反應與製程意義,依序如下:

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