化學工程 114 年工業化學概要考古題

煉鋼是將生鐵（pig iron）中的雜質（碳、矽、磷、硫等）氧化除去，得 到所需成分與性能的鋼（steel）。請回答下列問題： ㈠寫出轉爐煉鋼過程中去除碳、矽與磷的主要化學反應式。（13 分） ㈡請提出一項減少煉鋼過程二氧化碳排放的可能策略。（12 分）

在半導體製造中，晶圓（silicon wafer）需要經過多道化學程序，如氧化、 蝕刻、摻雜與化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition, CVD）等，以形 成微米或奈米級電路結構。這些過程高度仰賴精密的化學反應與控制。 在一台單片式化學氣相沉積（CVD）反應器中，以SiH₄為前驅物於700℃、 1 Torr 進行多晶矽沉積。假設： SiH₄進料流量=100 cm3/min（以標準狀況計，STP） 反應器中SiH₄轉化率=20% 只考慮在晶圓上沉積（忽略腔體壁面損失） 200 mm 晶圓面積A=314 cm2 反應：SiH4 Si+2H2 矽密度ρSi=2.33 g/cm3，矽摩爾質量MSi=28.0855 g/mol ㈠求晶圓上沉積速率（以nm/min 表示）。（13 分） ㈡若欲沉積300 nm 厚度，需時間多久？（12 分）

尿素是全球產量最高的含氮化學品之一，主要用作氮肥。工業上可由氨 氣（NH₃）與二氧化碳（CO₂）反應製得。此反應是化肥工業利用CO₂的 重要範例。 主要反應分兩步進行： ⑴形成碳酸氨（中間產物）：2NH3 + CO2 NH2COONH4 ⑵脫水生成尿素：NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O 請回答下列問題： ㈠寫出整體反應的化學方程式。（6 分） ㈡若以1 molCO2為原料且反應完全，理論上可生成多少mol 尿素？（6 分） ㈢若工廠每天捕集88 kg CO2，請計算理論上可生產多少公斤尿素？（6 分） （已知尿素摩爾質量= 60.06 g/mol） ㈣試說明此製程在環境保護上的兩項意義。（7 分）

氫氣（H₂）是化學工業中常見的原料氣體，具有可燃性。在空氣中，氫 氣濃度介於4%～75%（體積比）時，遇到火源會發生爆炸。某儲氣室體 積為100 m3，若其中洩漏出0.8 kg 氫氣，請判斷此時氫氣濃度是否達到 爆炸下限（4%）。 已知條件： 標準狀況下（STP）：1 mol 氣體體積=22.4 L 氫氣摩爾質量=2.016 g/mol 假設氣體在室內均勻混合，不洩漏到外界。 請回答下列問題： ㈠計算洩漏的氫氣物質的量（mol）。（8 分） ㈡求出氫氣的體積（m3）。（8 分） ㈢計算氫氣在室內空氣中的體積百分比，並判斷是否超過爆炸下限。（9 分）