第1題
一製造氯化乙烷（C2H5Cl）之程序，以乙烯與氯化氫為反應物，如下圖 所示。（原子量：Cl：35.5, H：1, C：12） 乙烯之進料流量為4000 kg/h，反應器唯一之出料為液化之氯化乙烷。在 穩定狀態下： 請寫出反應方程式。（4 分） 氯化氫進料之莫耳流量及重量流量。（8 分） 氯化乙烷之莫耳流量及重量流量。（8 分）
民國110年 高考三級 化學工程 化學程序工業（包括質能均衡）考古題
民國110年 高考三級 化學工程 化學程序工業（包括質能均衡）收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
官方資料
題目與答案
第2題
一體積為2 m3 之連續攪拌反應槽（CSTR），進料為1200 kg/h 之反應物 A，其濃度為8 kg-mol/m3，溫度為20℃。反應式為 A B 反應器出口之A 濃度為3.6 kg-mol/m3 溫度為60℃。此反應為放熱反應， 反應熱為-17000 kcal/kg-mol A。反應物及產物之比熱均為0.75 kcal/kg ℃， 其比重均為800 kg/m3。（每小題10 分，共30 分） 在穩定狀態下，從此一反應器每小時需移除的熱量（kcal/h）為多少？ 反應器之夾套冷卻器（cooling jacket），有20℃冷卻水進入。此冷卻水 離開夾套冷卻器之溫度為45℃。請問冷卻水之流量（kg/h）為多少？ （水之比熱為1 kcal/kg ℃） 夾套冷卻器之熱傳面積為4 m2，冷卻水與反應器內物質之平均溫度差 （∆TLM）可視為25 ℃。求此一冷卻裝置之總和熱傳係數（kcal/m2-℃-h）。
第3題
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% 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） 相對於黃鐵礦而言，空氣之過量比（excess）是多少？
第4題
化學氣相沈積法常被用在電子工業中形成薄膜。常見的一個化學氣相沈 積的反應是以矽甲烷（SiH4）形成多晶矽薄膜，其反應之機制如下： SiH4(g)⟺SiH2(g)+ H2(g) SiH2(g)+ Site ⟺SiH2(ads) SiH2(ads)→Si(s)+ H2(g) 其中(g)表示氣相，ads 表示吸附相，s 表示固相。雙箭頭表示達到平衡。 根據實驗觀察，此一反應會受到氫氣的抑制。在SiH4 濃度高時，反應對 於SiH4 而言，為零級反應（zero order），而當SiH4 濃度低時，反應對於 SiH4 而言，為一級（first order）反應。 請將此反應機制，按照基本反應（elementary reaction）推導出反應速 率以符合實驗之觀察。（20 分） 請描述此一程序中需注意的工安與環保問題，及其處理方式。（10 分）