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109年公務人員高等考試三級考試試題
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。
本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
代號：
39160
頁次：
2
－
1
一、將定壓氣體由管線中注入一空槽。若忽略氣體與周遭間的熱傳，則氣體入
口管線中氣體焓值與槽中氣體的內能間關係為何？若氣體為理想氣體而
且有一定的熱容（heat capacity），則槽中氣體溫度與管線入口的氣體溫度
為何？（20分）
二、在一絕熱活塞汽缸中有2莫爾理想氣體（溫度500 K，壓力10 atm）。此氣
體行可逆絕熱膨脹。在膨脹過程中，與汽缸中氣體相等瞬間溫度的外部氣
體經氣體注入口注入足夠的量，以保持膨脹過程的汽缸中內壓為固定的
10 atm。當總作功= -50 L·atm，停止膨脹。請計算活塞內氣體最終溫度與莫
爾數。假設氣體的莫爾熱容（Cv, m）= 1.5 R。（R = 0.08205 L·atm/mol·K）
（20分）
三、卡諾冰箱（Carnot refrigerator）的性能係數為C = T2/(T1– T2)。請導出C的
全微分式以顯示當我們改變T1與T2時性能係數的改變速率。（15分）
四、某一級反應的活化能為25,000 cal/mol，且其反應係數k = Ae–Ea/RT式中的A
值為51013(1/s)。請計算此反應在何溫度下的半生期為1小時？
（R = 1.987 cal/mol·K）（15分）
五、CO2(s)在熔點的部分莫爾熔解焓（partial molar enthalpy of fusion）為
7,950 J/mol。於相同溫度，部分莫爾昇華焓為25,505 J/mol。於220 K，液
態CO2上方的平衡蒸氣壓590.6 kPa。假設汽化焓與溫度無關，請使用
Clausius-Clapeyron方程式求取液態CO2上方蒸氣壓的關係式。（15分）
[Clausius-Clapeyron方程式 vap m
2
1 1 2
H
p
1 1
ln ( )
P R T T
R = 8.314 (J/mol·K)]
代號：
39160
頁次：
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－
2
六、在一電池反應
1
2
Cu(s) +
1
2
Cl2(g)
1
2
Cu2++Cl-⑴
其中 氧化
1
2
Cu(s)
1
2
Cu2++ e
-
Cu2+；Cu = 0.337 volt
還原
1
2
Cl2(g) + e
-
Cl-
Cl-；Cl2；Pt = 1.360 volt
請計算反應⑴在25℃之電動勢（
）、自由能（
G）與平衡常數（K）。
（1 Farad = 96500 coul）（15分）