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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)
📝 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)

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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。

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【考點分析】 燃燒反應方程式與化學計量。需注意各組分對氧氣的需求量不同。 【理論/法規依據】

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)

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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」。

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【考點分析】 本題考查氣體組成表示法的轉換(體積百分比/莫耳百分比轉重量百分比)以及平均分子量的計算公式。 【理論/法規依據】

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