普考申論題
110年
[化學工程] 工業化學概要
第 二 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 (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）
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。
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」。
氣體燃燒化學計量
💡 掌握燃燒反應式、混合氣體組分耗氧量與空氣換算關係。
🔗 燃燒計算三部曲
- 1 建立平衡式 — 列出各組分與氧氣反應之係數比
- 2 加總需氧量 — 依組成比例累加各成分之理論耗氧體積
- 3 換算空氣體積 — 將總氧量除以 21% 得到同狀態空氣體積
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🔄 延伸學習：延伸學習：若題目給定過剩空氣率，須再乘以 (1+excess air%)
