高考申論題
110年
[化學工程] 化學程序工業(包括質能均衡)
第 一 題
📖 題組：
一硫酸生產製程，以黃鐵礦（pyrite，主要成分為 FeS2）為原料。反應式如下：（每小題 10 分，共 20 分） FeS2 + 2.5 O2 → FeO + 2 SO2 （反應 1） 2 FeS2 + 5.5 O2 → Fe2O3 +4 SO2 （反應 2） 此二反應同時進行，均以空氣（N2 79 mol%，O2 21 mol%）燃燒黃鐵礦。燃燒後之氣體（flue gases）之組成分析顯示， SO2：10.2 mol%，O2：7.8 mol%，N2 82.0 mol%
一硫酸生產製程，以黃鐵礦（pyrite，主要成分為 FeS2）為原料。反應式如下：（每小題 10 分，共 20 分） FeS2 + 2.5 O2 → FeO + 2 SO2 （反應 1） 2 FeS2 + 5.5 O2 → Fe2O3 +4 SO2 （反應 2） 此二反應同時進行，均以空氣（N2 79 mol%，O2 21 mol%）燃燒黃鐵礦。燃燒後之氣體（flue gases）之組成分析顯示， SO2：10.2 mol%，O2：7.8 mol%，N2 82.0 mol%
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
反應 1 與反應 2 進行的比例（以 FeS2在此兩反應中被消耗的量來比）
思路引導 VIP
思考流程： 這題是典型的燃燒物料衡算題，利用「Tie component (惰性連結物)」來破題。
小題 (二)
相對於黃鐵礦而言，空氣之過量比（excess）是多少？
思路引導 VIP
思考流程：
- 理解「過量空氣（Excess Air）」定義：過量空氣百分比 = [(實際供氧量 - 理論需氧量) / 理論需氧量] × 100%。
燃燒反應物料衡算
💡 利用惰性組分連結進出料，並結合原子守恆與聯立方程求解反應比。
🔗 燃燒物料衡算求解邏輯
- 1 設定基準 — 以煙道氣 100 mol 為基礎，列出各成分莫耳數。
- 2 N2 連結 — 利用 N2 不反應特性，由煙道氣 82% N2 反推空氣進料量。
- 3 O2 衡算 — 計算進料 O2 量，扣除煙道氣剩餘 O2，求得反應消耗 O2。
- 4 聯立求解 — 依據各反應之 SO2 生成與 O2 消耗係數，解出 FeS2 分配量。
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🔄 延伸學習：延伸學習：當系統包含多種產物時，原子守恆法（Atomic Balance）通常比分子衡算法更簡便。
