加載中. ..
PDF
104
年公務人員高等考試三級考試試題 代號：27160
類 科： 化學工程
科 目： 物理化學（包括化工熱力學）
考試時間： 2 小時 座號：
※注意：
可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
（請接背面）
全一張
（
正
面
）
一、丙酮與正己烷會形成共沸物，在壓力 85.6 kPa 下，0.65 莫耳丙酮與 0.35 莫耳正己烷
之共沸點溫度為 45℃。在此溫度下，丙酮與正己烷的蒸氣壓分別為 68.3 kPa 與45 kPa。
（每小題 10 分，共 30 分）
請分別畫出丙酮與正己烷在 45℃下之 Pxy 相圖（壓力對組成），並在圖上標示汽
相、液相與兩相共存的區域及 yx 相圖（汽相組成對液相組成）。
請計算丙酮與正己烷在共沸點時，液相各成分的逸度（fugacity）及活性係數。
若欲將共沸物在恆溫恆壓下分離為純物質，請分別計算分離 1莫耳汽相共沸物及
液相共沸物所需付出之最小功。
二、空氣的主要成分為氮氣（79%）與氧氣（21%）。（每小題 5分，共 15 分）
請估算空氣的定壓莫耳熱容（CP）。
將1 bar , 298 K 的空氣（1莫耳）絕熱壓縮至 10 bar 所需付出之最小功為多少？
將1 bar , 298 K 的空氣（1莫耳）等溫壓縮至 10 bar 所需付出之最小功為多少？
三、以氮氣與氫氣製備氨的反應式如下：
1/2 N2(g) + 3/2 H2(g) = NH3(g)
其中氨在 298 K , 1 bar 的莫耳生成熱與生成自由能分別為Δ o
f
H = －46.11 kJ/mol，
Δo
f
G = －16.65 kJ /mol。（每小題 5分，共 15 分）
請計算在 298 K 下，反應的平衡常數 KP。
請計算在 500 K 下，反應的平衡常數 KP。
假設在體積為 1 m3的反應器內放入 5 mol 氮氣與 15 mol 氫氣，計算在 298 K 下
反應達平衡時氨的莫耳數。
四、請根據氣體動力論與碰撞理論，以及下列兩種假設，推導氣相反應 A + B → P反應速率常
數k與分子性質（如分子直徑、分子運動速度）之間的關係。（每小題 5分，共 10 分）
假設所有碰撞皆導致反應的發生。
假設碰撞僅有當正向（AB 粒子中心連線方向）動能超過一定值 Emin 時，反應才
能發生。
104
年公務人員高等考試三級考試試題 代號：27160
類 科： 化學工程
科 目： 物理化學（包括化工熱力學）
全一張
（
背面
）
五、某觸媒 C能依照下列的反應機制將反應物 A轉化為產物 P：
A + C → AC
AC → A + C
AC → P + C
其中 k1, k2, k3為反應速率常數。（每小題 5分，共 10 分）
若第三步（k3）相對很慢，請推導產物 P的產生速率與反應物 A觸媒 C的濃度關
係。
若第三步（k3）相對很快，因此 AC 的濃度幾乎為零且在反應過程可視為不變，
請推導產物 P的產生速率與反應物 A觸媒 C的濃度關係。
六、以氫氣與鹽酸製作化學電池表示如下：
Pt , H2 (P1) | HCl(aq) (M1) | | HCl(aq)( M2)| Pt , H2 (P2)
其中 P1及P2為氫氣壓力，M1及M2為鹽酸水溶液濃度。（每小題 10 分，共 20 分）
請先畫出此化學電池可能的實際構造，並在適當處標示電極、氫氣與鹽酸溶液之
位置與壓力（P1, P2）、濃度（M1, M2）。再寫出此化學電池的總反應式（在式子
需註明壓力與濃度）。
若P1 = 1 bar，P2 = 10 bar，M1 = 1 M，M2 = 2 M，並假設鹽酸水溶液為理想溶液，
計算電池在 25℃時的電動勢。此時氫氣壓力為 P1端的電極進行氧化還是還原反應？
k1
k2
k
3