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普考申論題 114年 [化學工程] 工業化學概要

第 一 題

📖 題組:
請回答下列有關染料的問題。(每小題 6 分,共 18 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

直接染料的化學結構主要包含那些基團?

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作答此題應從直接染料的特性反推其化學結構:首先它要有顏色(發色基團),其次它必須能溶於水(水溶性基團),最後它不需媒染劑即可直接染於纖維素纖維,故需具備能與纖維產生氫鍵的助色及結合基團。

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直接染料大多屬於具備共平面線型結構的水溶性染料,其化學結構主要包含以下兩大類基團: 一、發色基團(Chromophores): 主要為「偶氮基」(Azo group, -N=N-)。直接染料多屬雙偶氮或多偶氮類化合物,藉由較長的共軛雙鍵系統吸收特定波長光線進而產生顏色。

小題 (二)

酸性染料和鹽基性染料的差異性。

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看到比較兩種染料的題目,應直覺從「化學結構(發色團帶電性)」、「適用纖維對象(蛋白質纖維 vs 壓克力纖維)」及「染色機制(離子鍵結)」三個維度切入。建議採用條列式對比,讓閱卷委員能迅速掌握兩者的核心差異,獲取完整分數。

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【破題】酸性染料與鹽基性染料之核心差異,在於其水溶液中解離所產生的離子電荷性質,從而決定了其適用的纖維種類與染色機制。 【論述】 一、化學結構與離子特性

小題 (三)

何謂「氧化染料(oxidation dyestuff)」?

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看到「氧化染料」,應直覺聯想到其獨特的發色機制(需經過氧化反應)。作答時應涵蓋核心定義(無色或小分子前驅物經氧化發色)、化學反應機制(在纖維上氧化聚合成不溶性大分子),以及常見的工業實例(如苯胺黑或永久性染髮劑),並採條列式陳述以確保得分完整。

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「氧化染料(Oxidation dyestuff)」是指本身為無色或僅具淺色的小分子芳香族胺類或酚類前驅化合物,在被纖維吸收後,藉由氧化劑或空氣中的氧進行氧化聚合反應,從而在纖維內部生成不溶性有色大分子的染劑。 其特徵與實務應用包含:

  1. 反應機制:染料前驅物分子量小且具水溶性,能輕易滲透進入纖維內部;經氧化反應(如加入過氧化氫或重鉻酸鹽)後,會聚合成大分子有色化合物,並被物理性地封鎖於纖維孔隙中無法脫落。

小題 (四)

試說明此製程在環境保護上的兩項意義。(7 分)

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看到反應式中消耗 CO₂ 且副產物只有 H₂O,應直覺聯想到當前的環保熱點:「碳捕捉與利用(CCU)」以及「綠色化學(無毒副產物)」。答題時請採用條列式,清楚陳述這兩大環保效益,並適度使用專有名詞以提升專業感。

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【破題】工業上合成尿素的製程,將無機氣體轉化為高附加價值的有機固體,在當代綠色化學與淨零排放趨勢中具備高度的環境保護意義。 【論述】 一、消耗溫室氣體(碳捕捉與利用,CCU):

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