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100年公務人員高等考試三級考試試題 代號：36160
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、固體的鐵被氧化後成為氧化鐵，其化學反應如下，
4Fe(s) + 3O2(g) 2Fe2O3(s)
請使用以下表列的數據，
計算出上述反應在 25℃下之標準自由能 。（10 分） )( 0
GΔ
計算出上述反應在 25℃下之反應平衡常數。（5分）
請解釋上述反應在 25℃下是否為一自發性反應。（5分）
物質 0
f
HΔ(kJmol
-
1) 0
S
Δ
(JK
-
1mol
-
1)
Fe2O3
(
s
)
-826 90
Fe(s) 0 27
O2(g) 0 205
（R＝8.3145 JK-1mol-1；計算時請注意單位）
二、有一物質A其起始反應濃度為[A]0，經過一段反應時間 )(
t
之後，其濃度降為[A]，假
設此反應為一級反應，其反應速率常數為k：（15 分）
請利用積分方式，由反應速率定律式，推導出反應時間與濃度變化關係。
請推導出此反應之半生期t1/2與反應起始濃度之關係。
三、將 2莫耳之單原子理想氣體，從狀態 A（壓力 = 2atm，體積 = 10L），改變至狀態
B（壓力 = 2atm，體積 = 30L），之後又改變至狀態 C（壓力 = 1atm，體積 = 30L）。
請分別計算出經由 A→B及B→C兩個不同路徑，其功（work; W）、熱量（heat; q）、
內能（internal ener g y; ）及焓（enthalpy;
EΔ
H
Δ
）的值。（20 分）
（請以焦耳J作為單位;
J
atm
L
35.1011
−
=
⋅
; R＝8.3145 JK-1mol-1）
四、已知一氧化碳與氫氣反應可生成甲醇；CO(g) + H2(g) → CH3OH(l)，假設在 25℃下，
將3大氣壓的氫氣和 5大氣壓之一氧化碳混合後去產生甲醇：
在此狀態下（尚未到達平衡），計算此時反應之自由能( )G
Δ
為多少？（10 分）
在此狀態下，是否為自發性反應，請解釋。（5分）
[] []
(
)
-137G 166G 0
f
0
f3JJ COOHCH =−= ΔΔ ，
五、0.9mol 的氧氣，在 25℃、一大氣壓下加熱，而最終共加入 500J的熱量。
請計算出在固定體積下，加熱後，氣體的溫度為何？而內能 的變化為何？
（10 分） )(U
請計算出在固定壓力下，加熱後，氧氣的溫度為何？而內能 的變化為何？
（10 分） )(U
（請注意：氧氣為雙原子分子；R＝8.3145 JK-1mol-1）
100年公務人員高等考試三級考試試題 代號：36160
類 科： 化學工程
科 目： 物理化學（包括化工熱力學）
全一張
（
背面
）
六、請簡短的解釋下列之名詞：（每小題 2分，共 10 分）
石墨烯（graphene）
超導體之臨界溫度（superconductor critical temperature）
半導體之能隙（band gap）
超臨界流體（supercritical fluid）
單位晶體（unit cell）