化學程序工業 申論題歷屆試題與參考架構
高考三級，民國 102～115 年共 14 份試卷、70 題，其中 64 題附參考答題架構。考這一科的類科：化學工程。本頁列出歷年全部題目，參考架構只列開頭的「破題」，完整的答題架構、關鍵字與作答提醒請到站內查看。
115 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
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：
（一）食鹽（NaCl）轉化為氫氧化鈉之百分比？（10 分）
（二）製備 100 kg 產物時，所生成之氯氣及氫氣重量（kg）？（10 分）
（20 分）
- 2
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：
（一）硝基苯合成苯胺之化學反應式。（5 分）
（二）最終產物之各成分莫耳數。（8 分）
（三）反應物回流之莫耳數。（7 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查化工程序中帶有回流物流（Recycle stream）與化學反應的物料平衡計算，核心在於釐清「單程轉化率」與「總轉化率」之物理意義，並透過反應器與整體系統兩個不同邊界建立衡算方程式。
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- 3
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）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查輕油高溫蒸氣裂解製程中，低碳烯烴與伴隨生成之炔烴、二烯烴及同碳數混合物的工業純化分離技術，重點在於說明「選擇性加氫」與「萃取蒸餾」在相近沸點混合物分離中的工業應用。
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- 4
重量分析法可用於檢測氯離子含量，請問：
（一）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）
（二）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）
（20 分）
參考架構・破題
本題融合重量分析化學計量計算與沉澱物理化學理論，第一小題為氧化還原定量分析之質量平衡計算，第二小題則聚焦於馮維曼相對過飽和度理論在晶形沉澱操作上的具體控制策略。
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- 5
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
（一）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）
（二）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）
（三）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）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查逆相高效液相層析（RPLC）之分離原理、滯留因子計算與移動相極性調整策略，需結合溶質分子結構極性判斷溶離先後，並靈活運用層析滯留動力學參數進行溶劑比例調整。
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114 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請回答下列有關化學工業程序流程圖和生產製程相關問題。
（一）請問繪製管件及儀表圖（pipe & instrument diagram, P&ID）比程序流程圖（process flow diagram, PFD）多加入了那些資料？（12 分）
（二）請說明「清潔生產製程」與「傳統生產製程」在原料、能源、回收和工業污染（廢水、廢氣和廢棄物）等方面之差異性。 （10 分）
（22 分）
參考架構・破題
本題考查化工廠工程圖面階層架構以及現代綠色化學與清潔生產理念，區分程序流程圖與管件儀表圖之細節差異，並對比傳統末端治理與源頭清潔生產在資源利用及環保上的根本轉變。
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- 2
質能均衡探討化學工業程序中進料與出料間的質量及能量變化關係，請回答下列質能均衡相關問題。有一蒸餾塔用來提高酒精的濃度，未蒸餾前之酒精中含乙醇 10%，其流率為 2.4 kg/s。蒸餾後塔頂之酒精中含乙醇40%，其流率為 0.4 kg/s。試求塔底的酒精溶液離開時濃度為多少？（15 分）
（15 分）
- 3
請回答下列有關儀器分析問題。
（一）濾紙色層分析某化合物時，溶劑前沿的移動距離為 5 公分，化合物色點的移動距離為 3 公分，其阻滯因數（Rf）值應為何？（5 分）
（二）某物質經過 20 cm 長的層析管柱，所得圖譜中的尖峰底部寬度為 8 秒，滯留時間為 40 秒，則該層析管之理論板數（N）和理論板高（H）為多少？（10 分）
（15 分）
- 4
請回答下列有關化學工業安全與污染防治問題。
（一）請描述如何以氣提法去除廢水中的氨氮？（5 分）
（二）請描述如何以離子交換法去除廢水中的 NH4+和 NO3–？（4 分）
（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）
（15 分）
- 5
下圖為 2-methyl-1-pentene 之 1H NMR 之圖譜，2.97、2.08、2.96、2.06 和2.00 為五個 NMR 峰的積分值，請回答下列有關分析化學之問題。
（一）請畫出 2-methyl-1-pentene 之化學結構，並指出下圖 a、b、c、d、e 這五個 NMR 峰各為 2-methyl-1-pentene 化學結構中那個氫之吸收峰？（10 分）
（二）下圖 a、b、c、d、e 這五個 NMR 峰當中，何者受屏蔽效應（shielding effect）之影響最大？（3 分）
（三）下圖 a、b、c、d、e 這五個 NMR 峰當中，何者位於最高場（upfield）之位置？（3 分）5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5
（16 分）
參考架構・破題
本題考 1H NMR 圖譜判讀：先畫出 2-methyl-1-pentene 結構、依化學環境把氫分成五組，再用「化學位移＋積分比＋分裂型態」三項證據逐一對應 a～e 峰，最後以屏蔽效應解釋高場位置。
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- 6
請回答下列有關石油化學工業之問題。
（一）汽油辛烷值（octane number）之定義為何？（5 分）
（二）油品的辛烷值與其分子結構有關，正戊烷和正辛烷當中，何者的辛烷值較高？（3 分）
（三） 1-戊烯和正戊烷當中，何者的辛烷值較高？（3 分）
（四）如何提升汽油之辛烷值？（6 分）
（17 分）
113 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
乙酸甲酯（CH3COOCH3）水解屬於化學平衡反應，傳統製程設計無法提昇其反應轉化率，近年來則採行催化蒸餾技術，可大幅促進水解反應之進行。
（一）請列出乙酸甲酯水解之化學反應式。（6 分）
（二）請分別說明催化蒸餾技術及其適用特殊條件。（14 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查綠色程序強化技術中之「催化蒸餾」原理及其在克服平衡限制反應中的工業應用，以乙酸甲酯水解為代表案例，對比傳統反應分離串聯與多功能一體化單元之工藝突破。
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- 2
實驗室進行碳氫化合物裂解反應之測試，利用庚烷（C7H16） 、辛烷（C8H18）及氫氣作為進料，完成氣相（gas phase）裂解反應，其中庚烷/辛烷之進料莫爾（mole）比為 2/3。反應器出口端全部氣體之莫爾百分率分別為：丙烷（C3H8）18%、丁烷（C4H10）58%、戊烷（C5H12）24%。請計算辛烷/氫氣之進料莫爾比。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題為碳氫化合物裂解反應器之穩態元素質量平衡計算題，核心在於利用化學反應過程中「碳原子」與「氫原子」總莫耳數守恆定律，建立聯立方程式以求解進料辛烷與氫氣之莫耳比。
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- 3
石油煉製程序中，欲分離芳香烴（苯、甲苯、二甲苯）及非芳香烴（環己烷、甲基環戊烷、甲基環己烷）時，鑒於上述碳氫化合物之沸點相近，工業上經常先使用液/液兩相萃取單元，再繼續進行蒸餾單元。
（一）請說明液/液兩相萃取單元之萃取相（Extract）及萃餘相（Raffinate）主要組成。（8 分）
（二）請列舉液/液兩相萃取單元常用之四種溶劑。（12 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題考查芳香烴抽提分離程序中液液萃取（Liquid-Liquid Extraction）之熱力學分相原理，針對沸點相近之芳烴與非芳烴混合物，需明確區分萃取相與萃餘相之相態組成，並列舉工業經典萃取溶劑。
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- 4
（一）軌道阱（Orbitrap）質譜儀屬於較為先進的質譜技術，請說明其工作原理。 （10 分）
（二）與傳統質譜儀相比，軌道阱質譜儀主要的改善為何？有什麼優勢？（10 分）
（三）軌道阱質譜儀所應用的傅立葉轉換技術對於光譜結果有何改善？ （10 分）
（30 分）
參考架構・破題
本題考查高階分析儀器中軌道阱（Orbitrap）質譜技術之物理工作原理、相較於傳統質譜之技術革新優勢，以及傅立葉轉換信號處理技術對質譜解析度與靈敏度之巨大提升。
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- 5
雙鹼基化合物 B 的 pKb1 = 4.00 和 pKb2 = 6.00。請估計在 pH 7.00 時以BH22+形式存在的離子莫爾分率？（10 分）
（10 分）
參考架構・破題
本題考查分析化學中多元弱酸鹼共軛體系之解離平衡常數換算，以及在特定氫離子濃度（pH值）下計算特定質子化形態離子莫耳分率（分佈係數alpha值）之推導與計算。
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112 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試說明電透析（Electro-dialysis, ED）之基本原理與用途。（25分）
（25 分）
參考架構・破題
本題考查膜分離技術中電透析（Electrodialysis, ED）之基本分離原理、膜堆流道構造，以及其在水處理脫鹽、化學品提純與資源循環再生等現代化工程序之多元應用。
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- 2
有A與B液體混合物，其中A的重量占40%，B的重量占60%，可利用蒸餾程序將A與B分離，混合物由蒸餾塔中間進料每小時1000 kg，進料中有10% A由塔底產物餾出，蒸餾塔頂餾出物含99% A：
（一）試計算蒸餾塔頂A與B的流率為每小時多少kg？（15分）
（二）試計算蒸餾塔底A與B的流率為每小時多少kg？（10分）
（25 分）
參考架構・破題
本題為化工分離程序中連續蒸餾塔之二元物料衡算題，考驗考生依據題目給定之進料分配率（分離規格）與純度要求，靈活運用總質量平衡及組分質量平衡求解塔頂與塔底產物流率。
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- 3
以銅-鋅為觸媒，在250℃及50 atm條件下，以合成氣連續製造甲醇：
（一）試寫出其反應式。 （4分）
（二）若以純氫氣與純CO為進料，CO與氫氣的進料莫耳比為1：3，試計算要生產100 kg/hr的甲醇，至少需要多少氫氣與CO的進料莫耳流率？（原子量：O = 16，H = 1，C = 12）（21分）
（25 分）
參考架構・破題
本題考查碳一化工中以合成氣催化合成甲醇之主化學反應方程式，並結合限制試劑（Limiting reactant）判定與非化學計量比進料下的連續化學反應物料計算。
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- 4
一絕熱穩定操作的蒸氣渦輪（turbine）可用來當作小型發電機。渦輪的 進 料 蒸 氣 條 件 為 M in = 3 kg/s； Tin = 600℃； P in = 10 bar； 進 口 熱 焓（ enthalpy ） = 3698 kJ/kg ， 渦 輪 的 出 口 蒸 氣 條 件 為 Tout = 400℃ ；Pout = 1.0 bar；出口熱焓（enthalpy）= 3278 kJ/kg。假設動能與位能的變化可忽略：
（一）試寫出質量與能量平衡式。（10分）
（二）試計算此蒸氣渦輪可產生多少功？（15分）
（25 分）
參考架構・破題
本題考查化工熱力學與熱工學中穩態開口系統（Open system）之熱力學第一定律應用，針對絕熱蒸氣渦輪發電機推導能量平衡式，並代入熱焓（Enthalpy）數據求解輸出軸功。
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111 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
塑膠的聚合反應大都在液相進行，說明液相聚合反應有那些方法？（8 分）列出四種熱塑性塑膠。（6 分）
（14 分）
- 2
請說明奈米 TiO2 光觸媒的原理。（12 分）
（12 分）
- 3
考慮在一儲槽經泵的流量輸送過程，在正常操作下，藉由流量控制其輸送的流量，如圖 1。但當打入儲槽的液位量不夠時，可能會造成泵的空蝕（Cavitation）。（每小題 10 分，共 20 分）圖 1：泵輸送儲槽過程
（一）設計一個超馳控制（Override Control），並說明你設計的概念。
（二）在上述的控制結構下，若控制器為 PI 控制，應如何防止積分飽和（ Reset Windup ） 的 發 生 ？ 你 可 以 以 控 制 結 構 的 方 塊 圖 （ Block Diagram），說明你設計的概念。
（20 分）
參考架構・破題
圖 1 為泵出口以 FC-50 控制流量的迴路；儲槽液位過低會讓泵入口淨正吸入水頭（NPSH）不足而發生空蝕。題目要你用「選擇器（selector）」做超馳控制，並處理兩控制器共用一閥時的積分飽和問題。
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- 4
四氯化碳的生產過程是經由一反應CH 4 4Cl2 CCl4 4 HCl假設此反應為不可逆，並且進行完全反應。整個生產流程如圖 2，試計算出：（每小題 12 分，共 24 分）CH4 kg．mole/hr HCl Recycle 7,500 HCl Cl 2 2,000 kg．mole/hr Product kg．mole/hr反應器 壓縮機冷卻器冷却器分離器CCl4 Product圖2：四氯化碳的生產流程
（一）支流 6 的 CCl4 莫耳流量（kg．mole/hr）。
（二）支流 8 的 HCl 莫耳流量（kg．mole/hr）。
（24 分）
參考架構・破題
本題為含循環流的物料平衡：反應 CH4＋4Cl2→CCl4＋4HCl 不可逆且完全反應，新鮮進料 CH4 500、Cl2 2,000 kg·mole/hr 剛好是 1：4 的化學計量比；循環的 HCl 7,500 kg·mole/hr 只是惰性物，關鍵是選對系統邊界。
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- 5
蒸餾塔操作在大氣壓力及絶熱下，其進料為 85℃的 50% CH3OH 及 50% wt%水，如圖 3 所示。在操作中塔頂及塔底分別提取出 90wt% CH3OH 及 5wt% CH3OH 的飽和液體。全冷器被採用，且回流比為 3。相關的熱力學性質為：（每小題 15 分，共 30 分）水的熱容量（heat capacity）= 1Btu/lbm°F飽和蒸氣熱焓（90wt% CH3OH ，71℃）= 581 Btu/lbm飽和液體熱焓（90wt% CH3OH ，71℃）= 72 Btu/lbm飽和液體熱焓（50wt% CH3OH ，85℃）= 540 Btu/lbm飽和液體熱焓（5wt% CH3OH ，95℃）= 171 Btu/lbm飽和蒸氣熱焓（300℉） = 910 Btu/lbm HT 581Btu lb m F = 2000lbm/hr 2000 lb mm hr hF =F540Btu/lb D hF 540 50%CH Btu lb m 90% CH3OH 3OH 90%CH 3OH 50% CH3OH R 10% Water 50%Water 10%Water 50% Water hR 72 Btu lb m B hBhB = 171Btu lb m m 171Btu/lb 5% CH3OH 5%CH OH3 95% Water 95%Water圖3：甲醇純化的蒸餾塔
（一）如果冷凝器通過的冷卻水由 60℉升高至 140°F，那麼欲分離 2,000 lbm/hr的進料需要多少水（lbm/hr）？
（二）如果再沸器為部份再沸器，其用以產生飽和蒸氣，則需要多少的300℉飽和水蒸氣（lb m/hr）？
（30 分）
參考架構・破題
本題是蒸餾塔的質量與能量聯合平衡：先以總質量與甲醇質量平衡求 D、B，再用回流比求塔頂蒸氣量算冷凝器熱負荷，最後以全塔能量平衡求再沸器熱負荷與蒸汽量。全題用質量分率與 lbm 為單位即可。
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110 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
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：
（一）請寫出反應方程式。（4 分）
（二）氯化氫進料之莫耳流量及重量流量。（8 分）
（三）氯化乙烷之莫耳流量及重量流量。 （8 分）
（20 分）
參考架構・破題
乙烯與氯化氫進行加成反應生成氯化乙烷，反應器唯一出料是產物，代表兩反應物以 1：1 計量比全部轉化；只要把乙烯質量流量換算成莫耳流量，其餘依計量比與分子量即可求得。
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- 2
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AB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）
（一）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？
（二）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 ℃）
（三）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） 。
（30 分）
參考架構・破題
本題是 CSTR 的穩態能量平衡：反應放熱一部分用來把進料由 20℃加熱到出口 60℃，其餘須由夾套冷卻水移除；再用冷卻水顯熱求流量，以 Q＝U·A·ΔTLM 求總熱傳係數。
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- 3
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%
（一）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）
（二）相對於黃鐵礦而言，空氣之過量比（excess）是多少？
（20 分）
參考架構・破題
黃鐵礦同時進行兩個燃燒反應，已知煙道氣組成，用「氮氣為聯結物（tie component）」回推空氣量，再以 SO2 與 O2 的原子／物種平衡解出兩反應各消耗的 FeS2，最後依理論氧量求過量空氣百分比。
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- 4
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。
（一）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）
（二）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）
（30 分）
109 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
何謂綠色化學製程？有何重要性？（20分）
（20 分）
參考架構・破題
綠色化學製程是從源頭設計，讓化學品的製造與使用減少或消除有害物質，以預防污染取代末端處理。作答先下定義，再用綠色化學十二原則展開，最後談對環境、經濟、安全與法規的重要性。
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- 2
試述金屬礦還原的三種常用方法。（20分）
（20 分）
參考架構・破題
金屬礦多以氧化物、硫化物或碳酸鹽存在，冶金的核心是把金屬離子還原成金屬。常用方法依金屬活性分為：碳（焦炭／CO）還原、金屬熱還原（較活潑金屬還原）、電解還原；也可補充氫還原。
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- 3
有不可逆一階反應（1st order reaction）AB，在一個連續式攪拌反應槽（Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR）進行，假設反應前後流體密度均不變，在進料體積流量10 dm3/min，反應速率常數k = 0.23(1/min)條件下，如果要達到90%的轉化率，需要反應器的體積多大？（20分）
（20 分）
- 4
一個火爐的熱絕緣牆有三層結構，防火磚，隔熱磚，普通磚，厚度和熱傳係數如下列所示，防火磚內層表面溫度982℃，普通磚外面表層溫度49℃。計算：（每小題10分，共20分）
（一）火爐向外面的熱損失多少（kcal/hr·m2）？
（二）介面層的兩個溫度（T2, T3）各是幾℃？厚度（cm） 熱傳係數（kcal/hr·m·K）防火磚 15.3 1.414隔熱磚 10.2 0.208普通磚 10.2 1.191 ℃ ℃
（20 分）
- 5
工業生產漂白水通常用下列的反應製造。將氯氣（Cl2 ）注入氫氧化鈉（NaOH）的水溶液，生成產物NaOCl（sodium hypochlorite）和副產物NaCl和水。Cl2 + 2 NaOH NaCl + NaOCl + H2O現有氫氧化鈉的水溶液含1145 kg純NaOH，和851 kg的氯氣反應，生成618 kg的NaOCl。 （每小題5分，共20分）
（一）在反應中，那一項反應物是被限量的？
（二）在反應中，那一項反應物是超量供給多少百分比（重量%）？
（三）以Cl2使用量，NaOCl的產率（Yield）是多少？（以重量為基礎）
（四）反應程度（Extent of reaction）是多少？（分子量 Cl2：71.00；NaOH：40.01；NaOCl：74.50；H2O：18.00）
（20 分）
108 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
一鋼鐵工廠產生標準狀態下 100 m3/s 含 20% CO2 之廢氣（標準狀態下一莫耳氣體之體積為 0.0224 m3）。若須移去此廢氣中 90%之 CO2：
（一）此一廢氣若以 1N NaOH 溶液吸收，請寫出化學反應式。（5 分）
（二）計算前項所用之 1N NaOH 之消耗量，請以公斤/每年為單位作答。 （10 分）
（三）此一廢氣若以氧化鈣溶液吸收，其中之 CO2 完全反應成碳酸鈣（CaCO3），計算碳酸鈣之產量，請以公斤/每年為單位作答。（註：鈣之分子量為 40。）（5 分）
（四）請敘述化工製程減少排放二氧化碳的意義，並試舉例說明三種減排做法。（5 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題是以莫耳流量為基準的質量均衡：先把標準狀態體積流量換成莫耳流量，求每年需移除的 CO2 莫耳數，再依反應式化學計量求 NaOH 消耗量與 CaCO3 產量，最後論述減碳意義。
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- 2
一蒸汽鍋爐以丙烷及 10%過量空氣燃燒來加熱，進料氣體皆處於 25℃。丙烷 + 氧 Æ 二氧化碳 + 水， ∆ 298 ° = -534 kcal/g-mol 丙烷假設丙烷完全反應：
（一）求出口氣體組成。 （5 分）
（二）求理論上最高可達到之絕熱火焰溫度。 （10 分）
（三）若蒸汽加熱之熱量需求為 1×10 kcal/s，求丙烷之用量，以（kg/s）為單位作答。假設鍋爐內氣體之丙烷完全消耗，氣體溫度為 500 K。 （10 分）相關氣體之莫耳熱容量（CP）估算方法如下：CP = A + B T, 此式中 T 以（K）為單位，CP 的單位是 cal/(g-mol)(K)化學成分名稱 A B O2 7.16 1.00×10-3 N2 6.83 0.90×10-3 H2 O 7.30 2.46×10-3 CO2 10.57 2.10×10-3
（25 分）
參考架構・破題
燃燒計算三步：以 1 mol 丙烷為基準做化學計量求出口組成；絕熱火焰溫度令反應熱全部用於加熱產物；鍋爐實際可用熱量等於反應熱扣除出口氣體（500 K）帶走的顯熱。
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- 3
一個從合成氣製備甲醇的程序，其反應式如下：CO + 2H2 Æ CH3OH反應器之轉化率（conversion）為 15%。未反應之反應物在與產物甲醇分離後，回流反應器，如上圖所示。進料中一氧化碳與氫氣之莫耳比為1：2。若甲醇之產量為 5000 公升/小時，甲醇之比重為 0.78。
（一）計算進料及回流的莫耳流速，答案請以（kg-mol/h）為單位。 （18 分）
（二）若進料中，氫氣過量，例如一氧化碳與氫氣之莫耳比為 1：2.2，上圖中的回流還可以維持程序之穩定操作嗎？為什麼？（2 分）
（三）進料中一氧化碳與氫氣之莫耳比為 1：2，但含有 0.1 % mol 之 CO2，若欲維持反應器內 CO2 濃度在 1% mol，請問排放（purge）/回流（recycle）之莫耳流量比為何？（5 分）
（25 分）
參考架構・破題
含回流（recycle）與排放（purge）的物料均衡。關鍵是區分整體轉化率與單程轉化率：產物分離後回流，整體上新鮮進料全部轉成甲醇，而反應器單程只轉化 15%，回流量由此反推。
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- 4
工業安全及污染防治是化工程序重要的考量點。請就以下相關事項作答：（每小題 5 分，共 25 分）
（一） 解 釋 化 學 物 質 之 閃 點 （ flash point ） 與 自 燃 溫 度 （ autoignition temperature）。
（二）解釋爆燃（deflagration）與爆炸（detonation） 。
（三）解釋並說明燃燒塔之作用及其裝置。
（四）氮氧化物是空氣污染的重要源頭，請說明化工程序中，如何減少氮氧化物之生成，及如何減少其排放。
（五）可燃液體洩漏會造成危害。請比較說明：⑴儲存於正常沸點之上的可燃液體，⑵儲存於正常沸點之下的液體，造成危害的情形。
（25 分）
107 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請回答下列問題：
（一）請寫出拉午耳定律（Raoult’s Law）及亨利定律（Henry’s Law），並說明其應用。（10 分）
（二）請寫出吉勃士相律（Gibbs phase rule），並依吉勃士相律計算包含液、氣兩相純水平衡系統之自由度（degree of freedom）。（10 分）
（20 分）
- 2
請說明三種去除工業排放廢氣中揮發性有機物（VOCs）之處理技術及原理。（20 分）
（20 分）
- 3
請說明以對二甲苯（p-xylene, PX）為原料製造純對苯二甲酸單體（Purified Terephthalic Acid, PTA）之主要過程，及純對苯二甲酸單體之用途。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
PTA 主流製程是 Amoco（Mid-Century）法：對二甲苯在醋酸溶劑中，以鈷、錳、溴觸媒進行液相空氣氧化得粗對苯二甲酸，再經加氫精製去除雜質 4-CBA 得純 PTA，主要用於生產 PET 聚酯。
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- 4
某種僅含碳及氫原子之氣體與空氣（空氣成分為 21% O2 及 79% N2）混合燃燒，燃燒後氣體之乾基（dry-basis）成分（以 mole%計）為 84% N2、8% CO2、6% O2、及2% CO。請計算：
（一）該氣體之碳氫比（C/H ratio）。（10 分）
（二）該氣體燃燒時之過量空氣百分比（% excess air） 。（10 分）
（20 分）
- 5
300 kg 之硝酸銀（AgNO3）飽和溶液從 100℃冷卻至 20℃，以產生硝酸銀晶體，再經過濾分離。濕濾餅含 80%（以重量計）固體及 20%飽和溶液，再經過乾燥蒸發去除水分。硝酸銀在 20℃及 100℃之溶解度分別為 222 g AgNO3/100 g H2O 及952 g AgNO3/100 g H2O，請計算：
（一）硝酸銀以乾燥結晶形式產出之比率。（10 分）
（二）乾燥蒸發去除之水分量。 （10 分）
（20 分）
106 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請試述下列名詞之意涵：（每小題 5 分，共 20 分）
（一）共沸蒸餾（azeotropic distillation）
（二）酯化反應（esterification reaction）
（三）陰離子聚合反應（anionic polymerization）
（四）介面活性劑的乳化（emulsification）
（五）生物質快速熱解（fast pyrolysis of biomass）
（20 分）
- 2
試述由矽砂製造晶圓片過程。（15 分）
（15 分）
- 3
試述氯乙烯（VCM）的製造方式。（10 分）
（10 分）
- 4
蒸餾塔的操作過程中（如圖 1），其對外界環境特別敏感，如天候狀況及雷陣雨，當外界空氣溫度驟降時，蒸餾塔的回流比也應調整。
（一）利用能量平衡方式，設計一自動控制回流比。 （10 分）
（二）依圖繪出你設計的控制結構圖。 （10 分）TT C.W. TT FT AT FC AC圖 1：蒸餾塔控制結構全一張（背面）
（20 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 5
在一反應爐中，醋酸（Acetic acid）被裂解產生中間物烯酮（Ketene），經由反應CH3COOH(g) → CH2CO(g)+H2O(g) 。 此 外 ， 有 另 一 個 反 應 也 會 進 行 CH3COOH(g) → CH4(g)+CO2(g)。反應操作在 700℃下，若烯酮的轉換率為 80%且產率為 0.0722，在進料醋酸 100 kgmol/h 及 300℃，反應爐應提供多大的熱源？（20 分）已知標準反應熱（The standard heat of reaction） ： ΔH °f,CH 4 = −17.89 kcal/gmol ，ΔH °f,CO2 = −94.05 kcal/gmol ， ΔH °f,CO3COOH = −103.93 kcal/gmol ，ΔH °f,CH 2CO = −14.60 kcal/gmol ， ΔH °f,H 2O = −57.80 kcal/gmol各成分的比熱（ CP ）： C p,CH 4 = 38.39 J/gmol ， C p,CO2 = 19.02 J/gmol ，C p,CH 3COOH = 6.90 J/gmol ， C p,CH 2CO = 4.11 J/gmol ， C p,H 2O = 34.05 J/gmol
（20 分）
參考架構・破題
本題為有化學反應之能量均衡：以 25℃ 標準反應熱為基準，計算進料由 300℃ 降到 25℃、在 25℃ 反應、產物升到 700℃ 的焓變，總和即反應器需供應的熱量 Q＝ΔH。
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- 6
考慮串連兩個連續攪拌反應器（如圖 2） ，各槽分別保持固定的體積為 V1 及 V2，進料的體積流率為 F，而化學反應為 2 次反應 rA = − kC A2 ，CA 為成分 A 的溫度，假設兩個反應器為完美攪拌且恆溫，寫出兩槽成分 A 的動態方程式及相關條件，適當定義你的方程式相關符號，若有需要可加入適當條件使方程式可解。 （15 分）F F C AA0 FF C AA1 F C CA2 A2圖 2：兩個連續攪拌反應器
（15 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
105 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
解釋名詞：（每小題 5 分，共 20 分）鑄鐵（Cast Iron）水力類析法（Hydraulic Classification）（Oil Equivalence）陽離子交換樹脂（Cation Exchange Resin）
（20 分）
- 2
敘述在化學工業將芳香族的苯、甲苯和二甲苯之各異構物（Benzene, Toluene, Xylene,（15 分）BTX）混合物分離的方法。
（15 分）
參考架構・破題
BTX 中苯、甲苯沸點差距大，可用蒸餾；但二甲苯三異構物與乙苯沸點非常接近（尤其間、對二甲苯），必須改用結晶或吸附分離。作答依「芳香族與非芳香族分離→BTX 蒸餾分離→C8 芳香族異構物分離」三層展開。
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- 3
啤酒是國人常喝的含酒精飲料，請說明啤酒釀造的方法。（15 分）
（15 分）
- 4
純硼砂結晶（Na2B4O7 •10H2O）的製造程序，是將原料 Na2B4O7 溶解在沸水中，再慢慢降溫後，硼砂將會逐漸結晶析出。如將 100 kg 的 Na2B4O7 溶解在 200 kg 的沸水中，然後慢慢降溫到 55℃，分析在剩下溶液中含有 12.4 wt%的 Na2B4O7，請計算純硼砂結晶 Na2B4O7 •10H2O 回收的重量（kg）。（分子量：Na2B4O7 = 201.27，H2O = 18）（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
本題為結晶程序的物質均衡：結晶產物為十水合物，需以分子量換算其中 Na2B4O7 所占比例，再對 Na2B4O7 作成分均衡、對總量作總均衡，聯立求解。
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- 5
鈦（Titanium, Ti）是近代新開發的金屬，請敘述鈦及鈦合金的特性和用途。（15 分）
（15 分）
- 6
如下表所示，從 3 個已知成分的氣體鋼瓶，要摻配製成混合氣 2.5 莫耳的成分。請評估計算是否可從 3 個鋼瓶的氣體摻配而得？如果可以，需從 3 個鋼瓶各取多少莫耳？（15 分）氣體鋼瓶（mole%） 混合氣（mole%）Gas 1 2 3 SO2 0.23 0.20 0.54 0.25 H2S 0.36 0.33 0.27 0.23 CS2 0.41 0.47 0.17 0.52
（15 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
104 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
針對揮發性有機物（VOC）儲槽之運作：（每小題 10 分，共 20 分）
（一）何謂透氣損失？
（二）請說明其可行控制技術為何？
（20 分）
- 2
蒸餾在化學工業仍是主要分離程序，傳統蒸餾程序若要分離 N 成分混合物至少需要（N－1）支蒸餾塔，今有一混合物含 3 成分（A、B 及 C），其中 C 沸點最高而 A最低，若欲分離出此三種物質，蒸餾順序有那些可能方式（用流程圖表示）？並說明其設計準則為何？（20 分）
（20 分）
- 3
有一股混合醇含甲醇 85 mol%、乙醇 14 mol% 及水 1 mol%，分別經由催化進行下列反應：（每小題 10 分，共 20 分）2 CH3OH (CH3)2O + H2O；2 C2H5OH (C2H5)2O + H2O；
（一）若目標是生產 50,000 噸/年之二甲基醚（dimethyl ether, DME），試估算二乙基醚（diethyl ether, DEE）之產量為何？（1 噸 = 1,000 kg）
（二）甲醇及乙醇之單程轉化率（single pass conversion）均為 80%，求其個別回流量（recycle）為何？
（20 分）
參考架構・破題
本題為含回流的物質均衡：甲醇與乙醇以相同計量比脫水成醚，在完全回收未反應醇（總轉化率 100%）的假設下，由 DME 產量推回甲醇消耗量，再依進料比推出乙醇與 DEE；第二小題以單程轉化率求回流量。
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- 4
有一反應器內含殼管式熱交換器，熱油流經管外提供熱量以維持反應進行，目前操作條件參考下圖所示，針對下列節能方案，評估其節能成效？（每小題 10 分，共 20 分）
（一）反應器出口物流預熱進料物流，使其由 150℃升至 250℃。
（二）二股物流改為 countercurrent。註：假設流體物化特性保持不變反應進料 150℃熱油 410℃熱油 360℃反應出料 350℃全一張
（20 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 5
環氧乙烷是重要工業原料，用來製造乙二醇及某些塑膠，通常由乙烯經銀觸媒催化氧化而得，副反應為乙烯之劇烈氧化生成二氧化碳及水，其選擇性受製程條件影響，正常操作溫度約在 225 ~ 275℃間，而單程轉化率低有助於環氧乙烷生成。（每小題 10 分，共 20 分）
（一）請用流程圖說明製造流程。
（二）乙烯氧化常有工安風險，如何解決？請用簡易流程圖說明其進料聯鎖（interlock）系統。
（20 分）
參考架構・破題
環氧乙烷（EO）由乙烯以銀觸媒直接氧化製得，主反應放熱、副反應（完全燃燒成 CO2、H2O）放熱更大，因此製程設計的核心是「低單程轉化率＋大量循環＋移熱＋控制氧濃度避開燃燒範圍」。第二小題重點是氧氣進料的安全聯鎖。
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103 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請依製造方法或程序將酒分類（10 分），並每類均舉例（4 分），且說明各類之製法。（6 分）
（20 分）
- 2
無論是動物或植物油脂的製造，都需先經過採取再精製處理的程序，請分別寫出 動物和植物油脂之採取方法（10 分），以及 至少五種油脂的精製處理方法。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
油脂工業分「採油」與「精製」兩階段：動物油脂多以熬煉法，植物油脂以壓榨法與溶劑萃取法；粗油再經脫膠、脫酸、脫色、脫臭等精製，去除磷脂、游離脂肪酸、色素與臭味物質。
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- 3
何謂「暫時硬水」和「永久硬水」？（10 分）分別寫出處理（降低水之硬度）以上兩種硬水的方法。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
水的硬度來自鈣、鎂離子。依陰離子不同分為暫時硬水（碳酸氫鹽，煮沸可除）與永久硬水（硫酸鹽、氯化物，煮沸不能除），處理方法因此不同，答題要寫定義＋化學反應式。
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- 4
一容器內裝有一克莫耳的理想氣體，假設此氣體體積無論如何變化，施壓在此氣體的壓力都維持常壓，如果清晨的氣溫是 15℃，而中午則是 35℃，請問（假設以下過程均為可逆程序（reversible process））：從清晨到中午，此氣體之內能變化（internal energy change）為何？（10 分）如果又從中午回到清晨的狀態，此氣體所作的功 （work）、所傳至容器的熱（heat），以及內能變化為何？（6 分）對此加熱和冷卻的整個程序（overall process）而言，其功、熱和內能變化為何？（4 分）（已知氣體常數為 8.314 J/(g-mol)(K)，假設此理想氣體之熱容（heat capacity）為 30 J/(g-mol)(K)）。
（20 分）
參考架構・破題
定壓、可逆、理想氣體的熱力學第一定律計算：內能只與溫度有關，定壓下 Q＝ΔH＝CpΔT、W＝PΔV＝RΔT；整個循環回到原狀態，狀態函數 ΔU＝0，但要注意本題加熱與冷卻同為定壓路徑，功與熱也剛好抵消。
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- 5
有一由甲烷（CH4）和乙烷（C2H6）組成的燃料氣體，以通入富氧空氣（oxygen-enrich air）（48 mol% O2）燃燒此燃料氣體來分析其組成，所得到的煙道氣（flue gas）之組成為：24 mol % CO2、14 mol % O2 和 62 mol % N2，請問：此燃料氣體中甲烷之莫耳分率（mole fraction）為何？（15 分）每莫耳（mole）燃料氣體需用多少莫耳富氧空氣？（5 分）
（20 分）
參考架構・破題
燃燒的物料平衡題：以 N2 為聯繫成分（tie component）求富氧空氣量，再用 C、H、O 元素平衡求燃料組成。煙道氣組成不含水，視為乾基分析。
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102 年（考試時間 120 分鐘） 原卷 PDF
- 1
1938 年美國杜邦公司 Carothers（聚縮合反應之父）發明耐隆 66（nylon 66）造成大轟動，歐洲為了突破專利而開發耐隆 6（nylon 6），此兩種重要的合成聚醯胺（Polyamide）纖維之性質有何差異？（5 分）略述各別的製造方法。（15 分）
（20 分）
參考架構・破題
耐隆 66 與耐隆 6 同為脂肪族聚醯胺，差別在原料與聚合機制：耐隆 66 由二元酸與二元胺「縮合聚合」，耐隆 6 由己內醯胺「開環聚合」；結構上醯胺基排列與氫鍵規整度不同，造成熔點、耐熱性與染色性差異。
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- 2
描述及說明晶圓廠「點砂成鑽」（由矽砂石轉成鑽石(晶片)）製造流程圖。（20 分）
（20 分）
參考架構・破題
「點砂成鑽」指從矽砂（SiO2）經還原、純化、長晶、切片成晶圓，再經前段製程與後段封裝測試成為晶片。答題以一張由原料到晶片的流程圖為主軸，每一步寫出化學反應或關鍵技術。
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- 3
敘述工業界高分子聚合技術中，懸浮聚合法（Suspension polymerization）及乳化聚合法（Emulsion polymerization）之異同點，（10 分）並敘述二者之優劣點。（10 分）
（20 分）
- 4
將 100 克 Na2SO4 溶入 200 克水中，冷卻至 100 克的 Na2SO4·10H2O 結晶析出，求：（分子量 Na2SO4：142.05；H2O：18.016 克/莫耳）
（一）剩餘溶液（母液(mother liquor)）的組成。（15 分）
（二）每 100 克原溶液有幾克結晶析出？（5 分）
（20 分）
- 5
在蒸發裝置中注入含 34.5 wt% 的 K2SO4 水溶液，蒸發出 2900 kg/hr 的水分，另外流出蒸發裝置為濃縮液含 50.6 wt% 的 K2SO4，將此濃縮液注入結晶罐中冷卻使 K2SO4結晶析出，並加以過濾，得濾餅含純 K2SO4 結晶，濾液則含 37.6 wt% 的 K2SO4，濾餅中 K2SO4 結晶占 95 wt% 的濾餅重：
（一）繪出流程圖並加以標示成分。（5 分）
（二）計算 K2SO4 水溶液進料速率（單位為 kg/hr）。（5 分）
（三）計算 K2SO4 結晶產生速率（單位為 kg/hr）。（10 分）
（20 分）
參考架構・破題
蒸發器＋結晶過濾器的串聯物料平衡：先以蒸發器的總質量與 K2SO4 平衡求進料與濃縮液，再對結晶過濾單元解濾餅與濾液。注意濾餅不是純結晶，內含 5 wt% 夾帶的濾液（濃度 37.6%）。
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其他等別的「化學程序工業」
- 化學程序工業（地方特考三等）（47 題）
題目來源：考選部考畢試題查詢平臺（政府資訊公開資料）；參考架構為本站自撰，僅供準備方向參考，非官方標準答案。最後更新：。