普考申論題
109年
[化學工程] 工業化學概要
第 一 題
📖 題組：
硝酸製法以氨之氧化為主，請回答下列相關問題： (一)氨與氧在鉑觸媒催化下，生成一氧化氮。請寫出其反應方程式。（6分） (二)一氧化氮會再與氧氣作用生成二氧化氮，二氧化氮以水吸收成為硝酸。請寫出其反應方程式。（6分） (三)硝酸水溶液在硝酸莫耳濃度37.7 mol%時形成共沸物。此時硝酸之重量百分比為何？（8分） (四)硝酸濃縮塔以濃硫酸加入，打破共沸，再以蒸餾獲得濃硝酸。此濃縮塔之進料為：稀硝酸進料濃度50%（重量百分比，下同），濃硫酸96%，濃縮塔之出料為：濃硝酸98%，硫酸70%。欲得到1000公斤濃硝酸，需進料多少公斤濃硫酸？（10分）
硝酸製法以氨之氧化為主，請回答下列相關問題： (一)氨與氧在鉑觸媒催化下，生成一氧化氮。請寫出其反應方程式。（6分） (二)一氧化氮會再與氧氣作用生成二氧化氮，二氧化氮以水吸收成為硝酸。請寫出其反應方程式。（6分） (三)硝酸水溶液在硝酸莫耳濃度37.7 mol%時形成共沸物。此時硝酸之重量百分比為何？（8分） (四)硝酸濃縮塔以濃硫酸加入，打破共沸，再以蒸餾獲得濃硝酸。此濃縮塔之進料為：稀硝酸進料濃度50%（重量百分比，下同），濃硫酸96%，濃縮塔之出料為：濃硝酸98%，硫酸70%。欲得到1000公斤濃硝酸，需進料多少公斤濃硫酸？（10分）
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (一)
氨與氧在鉑觸媒催化下，生成一氧化氮。請寫出其反應方程式。（6分）
思路引導 VIP
看到「氨之氧化生成一氧化氮」，應立即聯想到工業製硝酸的「奧斯華法（Ostwald process）」第一階段。先寫出反應物（NH3、O2）與生成物（NO、H2O），接著利用原子不滅定律完成係數平衡，並標示反應狀態與觸媒條件以展現專業度。
小題 (二)
一氧化氮會再與氧氣作用生成二氧化氮，二氧化氮以水吸收成為硝酸。請寫出其反應方程式。（6分）
思路引導 VIP
看到此題應將過程拆分為「氧化」與「吸收」兩個階段。先寫出一氧化氮氧化為二氧化氮的反應，接著寫出二氧化氮溶於水生成硝酸的自身氧化還原反應（注意會產生副產物一氧化氮），最後確保各方程式原子數量皆完全平衡。
小題 (三)
硝酸水溶液在硝酸莫耳濃度37.7 mol%時形成共沸物。此時硝酸之重量百分比為何？（8分）
思路引導 VIP
看到莫耳分率（mol%）轉換為重量百分率（wt%）的題型，應先寫出溶質（硝酸）與溶劑（水）的分子量，並假設混合物總莫耳數為 100 mol 作為計算基準。接著分別求出硝酸與水的質量，最後以硝酸質量除以總質量即可得出答案。
小題 (四)
硝酸濃縮塔以濃硫酸加入，打破共沸，再以蒸餾獲得濃硝酸。此濃縮塔之進料為：稀硝酸進料濃度50%（重量百分比，下同），濃硫酸96%，濃縮塔之出料為：濃硝酸98%，硫酸70%。欲得到1000公斤濃硝酸，需進料多少公斤濃硫酸？（10分）
思路引導 VIP
本題涵蓋硝酸工業製程（奧斯華法）的化學反應式及化工計算中的質量平衡（Mass Balance）。解題時應先寫出正確的化學反應方程式，接著利用分子量將莫耳濃度轉換為重量百分比，最後針對濃縮塔系統的各成分（HNO3、H2SO4、H2O）建立獨立的物料平衡方程式，並聯立求解未知的進料量。