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112年公務人員高等考試三級考試試題
類 科
：
化學工程
科 目
：
化學反應工程學
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：
38280
頁次：
2
－
1
一、在一個批次反應器中，進行二級均相反應： k
A P
。其中，A為反應物，
P為產物。如果反應過程中，反應物、產物、溶劑均為液相，且總體積的
變化可以忽略，轉化40%反應物的時間為2小時。請估計達到反應物轉化
率為70%所需要的反應時間。（20分）
二、一級可逆反應的基本反應式表示如下：
1
2
k
k
A P
在反應系統中，反應物
A
初始濃度為[A]0，產物P初始濃度為[P]0。
請估計反應開始後的反應物A瞬時濃度，以及反應達到平衡後的產物P的
平衡濃度。（20分）
三、在塞流反應器（plug flow reactor）中進行一級氣相反應，基本反應式為
(g) (g)
2
k
A P
。在穩定操作下，進料為60 mol%的反應物A和40 mol%惰性氣
體I，進料量為1000 kg/h，反應器溫度T = 400 K、壓力P = 5 bar，反應速率
常數k = 500 h-1
，A和I的分子量分別為44 g/mol和40 g/mol。當A的轉化率為
40%，請估計反應器的體積。（20分）
四、在連續攪拌槽反應器（CSTR）中，進行一級可逆放熱反應（ 1
2
k
k
A B
），
這一個CSTR以體積流量為U0的高純度A為進料；兩項一級反應速率常數
k1
、k2均遵循阿瑞尼斯方程式（Arrhenius equation），活化能分別為E1和E2
，
且頻率因數（pre-exponential factor）分別為A1和A2。請估計在CSTR所需
要體積最小時，為了達成反應物A轉化率fA的最佳操作溫度？（20分）
代號：
38280
頁次：
2
－
2
五、甲醇可以藉由一氧化碳氫化反應得到，基本反應為CO(g) +2H2(g) CH3OH(g)。
如果進料維持H2/CO莫耳比為2，反應系統維持在壓力P =1.2 bar、
溫度T = 300 K，請估計甲醇於反應平衡時的莫耳分率？（20分）
雖然此反應的反應熱容易受溫度影響，但反應熱在T = 298.15 K～303.15 K
間，仍可視為常數。產物和反應物在298.15 K的標準莫耳生成焓（standard
molar enthalpy of formation, 0
298
f
H）和標準莫耳生成吉布斯自由能
（standard molar Gibbs free energy of formation, 0
298
f
G），列表如下：
狀態 0
298
f
H（J/mol）0
298
f
G（J/mol）
CO Gas -110,525 -137,169
CH3OH Gas -200,660 -161,960
CH3OH Liquid -238,660 -166,270