普考申論題
110年
[化學工程] 工業化學概要
第 一 題
📖 題組：
一、一天然氣之體積組成如下： 甲烷 75% 乙烷 15% 丙烷 5% 二氧化碳 2% 氮氣 3% (一)請計算此氣體之重量組成及其平均分子量。（15 分） （原子量：H＝1，C＝12，N＝14，O＝16） (二)若完全燃燒 1 m3體積此氣體，需要同等狀態下多少體積之空氣？（假 設空氣中氧氣莫耳分率為 21%）（10 分）
一、一天然氣之體積組成如下： 甲烷 75% 乙烷 15% 丙烷 5% 二氧化碳 2% 氮氣 3% (一)請計算此氣體之重量組成及其平均分子量。（15 分） （原子量：H＝1，C＝12，N＝14，O＝16） (二)若完全燃燒 1 m3體積此氣體，需要同等狀態下多少體積之空氣？（假 設空氣中氧氣莫耳分率為 21%）（10 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
請計算此氣體之重量組成及其平均分子量。（15 分）
（原子量：H＝1，C＝12，N＝14，O＝16）
（原子量：H＝1，C＝12，N＝14，O＝16）
思路引導 VIP
這是一題基礎的化工計算題。首先，考生要建立一個觀念：氣體的「體積組成」即等於「莫耳組成」（根據阿佛加德羅定律）。接著，建議設定一個基準量（Basis），通常設定為 100 莫耳是最直觀的。解題步驟應為：1. 列出各組分的分子量；2. 計算 100 莫耳氣體中各組分的質量；3. 加總求得總質量，此總質量除以總莫耳數即為「平均分子量」；4. 將各組分質量除以總質量即可得到「重量組成」。
小題 (二)
若完全燃燒 1 m3體積此氣體，需要同等狀態下多少體積之空氣？（假
設空氣中氧氣莫耳分率為 21%）（10 分）
設空氣中氧氣莫耳分率為 21%）（10 分）
思路引導 VIP
這是一題關於燃燒反應化學計量的題目。關鍵在於：1. 只有烴類（甲烷、乙烷、丙烷）會消耗氧氣，二氧化碳與氮氣不參與燃燒反應；2. 在同溫同壓下（同等狀態），體積比等於莫耳數比。解題步驟：1. 寫出各可燃組分的完全燃燒反應式；2. 計算燃燒 1 莫耳該天然氣所需的理論氧氣莫耳數；3. 利用空氣中氧氣佔 21% 的比例，推算所需空氣的總體積。
氣體組成與燃燒計算
💡 運用莫耳分率轉換重量組成，並透過燃燒反應式計算空氣量。
🔗 氣體組成與燃燒計算邏輯鏈
- 1 設定基準量 — 假設氣體總量為 100 mol 以簡化計算。
- 2 轉換質量 — 利用各成分莫耳數乘以分子量得到各別質量。
- 3 求平均值 — 總質量除以總莫耳數即為平均分子量。
- 4 燃燒計量 — 依化學反應式係數比求出理論耗氧量。
- 5 換算空氣 — 將耗氧量除以氧氣分率 (21%) 得到總空氣量。
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🔄 延伸學習：延伸學習：煙道氣組成分析與空燃比 (A/F ratio) 應用。
