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高考申論題 114年 [化學工程] 化學程序工業(包括質能均衡)

第 一 題

📖 題組:
請回答下列有關化學工業安全與污染防治問題。
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

請描述如何以氣提法去除廢水中的氨氮?(5 分)

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看到「氣提法去除氨氮」,應立即聯想到「酸鹼平衡」與「氣液質傳」兩大核心。解題時必須先點出調整pH值將銨根離子轉換為游離氨氣的化學原理,接著描述氣液逆向接觸的物理操作過程,最後勿忘提及尾氣(含有毒氨氣)的後續收集處理以符合污染防治要求。

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【破題】氣提法(Air Stripping)去除氨氮是結合化學酸鹼平衡與物理氣液質傳原理,將廢水中的氨氮轉為游離氨氣後,利用空氣流將其帶走之程序。 【論述】 一、 化學原理(pH調整):

小題 (二)

請描述如何以離子交換法去除廢水中的 NH4+和 NO3–?(4 分)

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看到離子交換法去除特定離子,應立刻區分目標物為陽離子還是陰離子。NH4+ 為陽離子,需用陽離子交換樹脂;NO3- 為陰離子,需用陰離子交換樹脂。答題時務必寫出樹脂種類並搭配簡單的離子交換反應式,最後補充實務上串聯或混合床的操作方式以拿取完整分數。

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【破題】廢水中的 NH4+(陽離子)與 NO3-(陰離子)可分別利用陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂,透過靜電吸附與離子置換反應予以去除。 【論述】 一、去除 NH4+(銨根離子):

小題 (三)

請寫出添加硫酸鋁、氯化鐵和石灰去除廢水中磷酸鹽的化學反應式。(6 分)

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本題測驗廢水處理中「化學沉澱法去磷」的基礎反應式。解題關鍵在於掌握鋁離子(Al³⁺)、鐵離子(Fe³⁺)與鈣離子(Ca²⁺)與廢水中磷酸根(PO₄³⁻)結合,生成難溶性沉澱物(如磷酸鋁、磷酸鐵、羥基磷灰石或磷酸鈣)的化學計量與電荷平衡關係。

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廢水中添加化學藥劑去除磷酸鹽,主要是利用金屬離子與磷酸根反應生成難溶性沉澱物,藉由固液分離達到去除目的。相關化學反應式如下:

  1. 添加硫酸鋁(Al₂(SO₄)₃): 鋁離子與磷酸根反應生成難溶的磷酸鋁沉澱。

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