化學工程 115 年化學程序工業考古題

氫氧化鈉（NaOH）常利用鹽水溶液（NaCl, H2O）經電解程序加以製 備，而生產過程會衍生氯氣（Cl2）及氫氣（H2）。若進料鹽水溶液之 濃度為40 wt%，產物組成為44 wt% NaOH、6 wt% NaCl 及50 wt% H2O。 （MCl2 = 71 g/mol；MNaCl = 58.5 g/mol；MNaOH = 40 g/mol；MH2O = 18 g/mol） 試求： ㈠食鹽（NaCl）轉化為氫氧化鈉之百分比？（10 分） ㈡製備100 kg 產物時，所生成之氯氣及氫氣重量（kg）？（10 分）

苯胺（C6H5NH2）可利用硝基苯（C6H5NO2）與氫氣反應而製備，惟同時 衍生水份。若生產過程中硝基苯進料（100 moles）之總轉化率（overall conversion）為90%，而流經反應器之單程（one-pass）轉化率為30%， 新鮮氫氣進料為過量20%（excess）。反應器出口物流（stream）經過分 離器後分別獲致最終產物及反應物回流物流，反應物回流物流之組成為 23%硝基苯及77%氫氣，此回流將與新鮮進料混合後流經反應器（題中 之%視為mole %）。試求： ㈠硝基苯合成苯胺之化學反應式。（5 分） ㈡最終產物之各成分莫耳數。（8 分） ㈢反應物回流之莫耳數。（7 分）

煉油業輕裂製程主要生產乙烯、丙烯及丁二烯，然進料裂解過程中，乙 炔伴隨乙烯而生成，丙二烯亦隨丙烯而產生，四碳族之碳氫化合物則混 合於丁二烯中。於上述情形下，試分別說明乙烯、丙烯及丁二烯之商業 純化方法。（20 分）

重量分析法可用於檢測氯離子含量，請問： ㈠某樣品含有氯化鉀（KCl，分子量為74.55 g/mol），取1.51 g 的樣品配 製於酸性溶液中，加入0.64 g 二氧化錳（MnO2，分子量為86.94 g/mol） 後進行下列反應： MnO2（s）+ 2 Cl － （aq）+ 4H+（aq）→ 2H2O（aq）+ Cl2（g）+ Mn2+（aq） 反應完全後，將過量的二氧化錳過濾、清洗及乾燥，秤得MnO2 的重 量為0.35 克。請計算樣品中KCl 的重量百分比。（12 分） ㈡檢測水中氯離子含量時，加入AgNO3 溶液形成AgCl 沉澱，請說明有 那些具體方法可形成顆粒較大且易過濾的AgCl 晶體沉澱。（8 分）

以逆相層析法（reverse-phase liquid chromatography）分析可樂中的檸檬 酸（C6H8O7：pKa1 = 3.1、pKa2 = 4.8、pKa3 = 6.4）及咖啡因（C8H10N4O2） 含量。檸檬酸及咖啡因的結構如下： 檸檬酸 咖啡因 ㈠當移動相（mobile phase）含有20%甲醇及80%水，請說明檸檬酸及咖 啡因流出層析管柱的順序，並說明原因。（6 分） ㈡咖啡因的滯留時間（retention time）為18.9 分鐘，未滯留物質流出管 柱時間為0.5 分鐘（tM）。未滯留物質及咖啡因訊號峰底部寬度（width of peak）分別為0.5 分鐘及1.0 分鐘。請計算咖啡因的滯留因子 （retention factor, k’）。（6 分） ㈢若要滯留因子k’= 10，以乙醇和水為移動相，乙醇和水的比例應該如 何調整？（極性係數：水為10.2，甲醇為5.1，乙醇為4.3）。（8 分）