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102年公務人員特種考試外交領事人員及外交行政人員
考試、102年公務人員特種考試法務部調查局調查人員
考試、102年公務人員特種考試國家安全局國家安全情
報人員考試、102年公務人員特種考試民航人員考試、
102年公務人員特種考試經濟部專利商標審查人員考試試題
代號：70470
考 試 別： 專利商標審查人員
等 別： 三等考試
類 科 組： 一般化工
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
）
相關常數
氣體常數 R = 8.314 J/(mol K) = 8.314 × 10−5 bar m3/(mol K)
一、水蒸氣（steam）在 2 MPa 及400℃經由一釋壓閥至 0.1 MPa。若此程序可視為
Joule-Thomson expansion，
請估算出口之水蒸氣溫度。
請計算水蒸氣前後之
S
Δ（entropy）及
A
Δ（Helmholtz free energy）的變化。（20 分）
水蒸氣之熱物性質
T, ℃ P, MPa U
ˆ, kJ/kg
H
ˆ, kJ/kg
S
ˆ, kJ/kg K
400 2.0 2945.2 3247.6 7.1271
300 0.1 2810.4 3074.3 8.2158
400 0.1 2967.9 3278.2 8.5435
二、有一化學反應
(
)
422
CHO + 3/2 O( ) CO( ) + 2HO()lgg→2
l
在298.15 K 及1.0 bar 下，計算此反應之 o
R
ooo
, , ,
RRR
H
US A
Δ
ΔΔΔ
及o
R
G
Δ
，氣相可視為
理想氣體（ideal gas）。（15 分）
計算在 298.15 K 下之反應平衡常數 Kp。（5分）
成分之熱力學性質（298.15 K, 1 bar）如下：（ ）
o, enthalpy of formation
f
HΔ
()
(
)
()
o1o-1
4
2
2
2
Substance kJ mol J mol K
CH O 239.2 126.8
O ( ) 0 205.2
CO ( ) 393.5 213.8
H O( ) 285.8 70.0
f
HS
l
g
g
l
−−
Δ
−
−
−
1
102年公務人員特種考試外交領事人員及外交行政人員
考試、102年公務人員特種考試法務部調查局調查人員
考試、102年公務人員特種考試國家安全局國家安全情
報人員考試、102年公務人員特種考試民航人員考試、
102年公務人員特種考試經濟部專利商標審查人員考試試題
代號：70470
考 試 別： 專利商標審查人員
等 別： 三等考試
類 科 組： 一般化工
科 目： 物理化學（包括化工熱力學）
全一張
（
背面
）
三、一雙成分系統之氣液平衡可用 i
vap
i
ii
xP
y
P
γ
=來表示，其中 vap
i
P為成分之蒸氣壓，
i
γ
為成分之活性係數，並可以 van Laar equation 來表示，參數
α
=1.20 及
β
=0.95。
在55℃及溶液中（單相）成分 1的莫耳分率為 0.75 時，請估算溶液的始沸點壓力
（bubble point pressure）及氣相中的成分組成。（20 分）
相關方程式：
22
2
1
=
1+ x
x
β
γ
β
α
⎡⎤
⎢⎥
⎣⎦
ln
γ
() ()
vap
1
2842.2
ln bar = 9.6830 K 56.3209
PT
−−；
() ()
vap
2
2810.5
ln bar = 9.3171 K 51.2586
PT
−− ；
van Laar equation 12
1
2
ln =
1+ x
x
α
γα
β
⎡
⎤
⎢
⎥
⎣
⎦
；
四、在一化學反應系統中含有下列成分：CH4(g), CO2(g), CO(g), H2O(g), O2(g), H2(g)及
C(s)，其中 g為氣態，s為固態。
對此反應系統，請列出一組之獨立反應化學式
（a set of independent chemical reactions）。
根據吉勃士相定律（Gibbs phase rule），
本系統之自由度（degree of freedom）為何？（20 分）
五、從關係式 PP
V
dH C dT V T dP
⎥
中，推導出
T
⎡⎤
∂
⎛⎞
=+−
⎜⎟
⎢
∂
⎝⎠
⎣⎦
P⎞
⎟
以T, P, V來表示。（20 分）
T
C
P
∂
⎛
⎜
∂
⎝⎠