112年 高普考 高考三級 化學工程 物理化學(包括化工熱力學) 試卷

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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
:
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:
38260
頁次:
2
-
1
一、有
的理想氣體置於密閉系統(closed system)中,初始溫度與壓力
分別為
300 K
與
1 atm
,將其於定壓下加熱到溫度
800 K
(第一步驟);然
後,等溫壓縮至其相同的初始體積(第二步驟)。已知氣體常數(gas
constant, R)為
1 1
8.314 J mol K
,且該氣體定壓莫耳比熱(constant-pressure
molar heat capacity,
p
C
)為
1 1
30 J mol K
。
試將此兩步驟程序繪製於壓力(P)-體積(V)關係圖中,圖中必須包
含座標軸名稱與單位,並標示初始狀態、第一步驟結束狀態及最終狀態
的座標值。(14分)
試計算此程序的總內能變化
U
)
(
。(5分)
試計算此程序的總焓(enthalpy)變化
H
)
(
。(5分)
試計算此程序外界對系統作功量
W
)
(
。(6分)
試計算此程序所吸收的熱量
Q
)
(
。(5分)
二、在25℃時,進行一基本反應(elementaryreaction)
)
(g)
(
g
A B
,已知該反應
25℃時的速率常數(rate constant)為
5 1
6.93 10 s
。(每小題5分,共10分)
試計算
( )
g
A
的半衰期(half-life)為多少小時?
若初始時系統內僅含壓力
82.6 kPa
的
( )
g
A
,試計算1小時後
( )
g
A
的分壓。
三、已知25℃下,甲烷的標準燃燒焓(standard enthalpy of combustion,
0
c
Δ
H
)
為
1
890.4 kJ mol
,而其標準燃燒吉布士自由能(standard Gibbs free energy
of combustion,
0
c
Δ
G
)為
1
817.9 kJ mol
。若有一燃料電池(fuel cell)設計
以甲烷作為燃料發電,已知左側電極室進行甲烷氣體完全氧化生成二氧
化碳和液體水;右側電極室則進行氧氣的還原反應。
請問那一側的電極室是負極?試寫出該燃料電池負極的半反應方程式。
(10分)
試寫出該甲烷燃料電池的全反應方程式。(5分)
25℃、
1 bar
下,試計算該燃料電池的標準電位差(standard potential
difference)。已知法拉第常數(Faradayconstant)為
1
96485 C mol
。(7分)
代號:
38260
頁次:
2
-
2
四、在
X
射線光電子實驗中,一波長
120 pm
的光子撞擊到一原子,使該原子內
層電子被激發出,並具有
4 1
3.27 10 km s
的速度。試計算該電子的結合能
(binding energy)?(7分)
註:普朗克常數(Planck constant)為 34
6.626 10 J s
;光速為
8 1
3.00 10 m s
;
一個電子質量為 31
9.109 10 kg
;12
1pm 10 m
。
五、丙酮(acetone)- 乙腈(acetonitrile)組成的二成分系統,已知兩物質的蒸
氣壓可分別以下列兩式計算:
S
1
2940
ln(P ) 14.55
T 35.93
S
2
2945
ln(P ) 14.27
T 49.15
其中
S
1
P
為丙酮的蒸氣壓,單位為
kPa
;
S
2
P
為乙腈的蒸氣壓,單位為
kPa
;
T
為溫度,單位為
K
。假設組成的溶液符合拉午耳定律(Raoult’s law)。
試計算
300 K
、
25 kPa
時,液相中丙酮的莫耳分率
1
x
(
)
與氣相中丙酮的
莫耳分率
1
y
( )
。(14分)
300 K
下,當液相中丙酮的莫耳分率
1
x
(
)
為0.4時,試計算總壓
P
( )
與氣
相中丙酮的莫耳分率
1
y
( )
。(12分)
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