地特三等申論題
106年
[化學工程] 化學程序工業(包括質能均衡)
第 一 題
硫酸之用途非常廣泛，亦可作為石化工業之觸媒，例如石油煉製之烷化反應(生成烷化油)及甲苯硝基化反應(生成二硝基甲苯)。請說明上述兩個反應之化學反應式及使用硫酸濃度(wt%)。(20分)
📝 此題為申論題
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看到本題，應直覺聯想到硫酸在石化工業中的兩大經典應用：『烷化反應』的酸催化劑，以及『硝化反應』中混酸（硝酸+硫酸）的催化與脫水劑。解題時需分別寫出具代表性的化學反應式（如異丁烷與丁烯的烷化、甲苯的二硝化），並精確標示工業上為維持催化活性及避免副反應所要求的硫酸濃度（通常需維持高度濃縮狀態）。
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【破題】 硫酸在石化及精密化學品工業中扮演極重要的催化與脫水角色。在石油煉製的烷化反應中作為酸性觸媒；在甲苯硝基化反應中則與硝酸組成「混酸」，提供硝基化陽離子並吸收副產物水分。 【論述】
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硫酸石化催化應用
💡 掌握硫酸在烷化與硝化中之酸強度需求與化學反應機制。
| 比較維度 | 烷化反應 | VS | 硝化反應 |
|---|---|---|---|
| 主要原料 | 異丁烷 + 輕質烯烴 | — | 甲苯 + 硝酸 |
| 硫酸功能 | 質子酸觸媒 | — | 觸媒及脫水劑 |
| 操作濃度 | 85% - 98 wt% | — | 96% - 98 wt% |
| 主要產物 | 高辛烷值烷化油 | — | 二硝基甲苯 (DNT) |
💬烷化反應著重質子酸環境，硝化反應則額外強調硫酸的吸水脫水能力。
