類 別 : 化 工 製 程 節 次 : 第 二 節 科 目 : 1 . 化 工 熱 力 學 2 . 化 學 反 應 工 程 學

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(1)

1.化工熱力學 2.化學反應工程學 第 1 頁,共 5 頁

經濟部所屬事業機構 109 年新進職員甄試試題

類 別 : 化 工 製 程 節 次 : 第 二 節 科 目 : 1 . 化 工 熱 力 學 2 . 化 學 反 應 工 程 學

注 意 事

1.本試題共 5 頁(含 A3 紙 1 張、A4 紙 1 張)。

2.可使用本甄試簡章規定之電子計算器。

3.本試題為單選題共 50 題,每題 2 分,共 100 分,須用 2B 鉛筆在答案卡畫記作答,於本 試題或其他紙張作答者不予計分。

4.請就各題選項中選出最適當者為答案,各題答對得該題所配分數,答錯或畫記多於 1 個 選項者,倒扣該題所配分數 3 分之 1,倒扣至本科之實得分數為零為止;未作答者,不 給分亦不扣分。

5.本試題採雙面印刷,請注意正、背面試題。

6.考試結束前離場者,試題須隨答案卡繳回,俟本節考試結束後,始得至原試場或適當處 所索取。

7.考試時間:90 分鐘。

3 [A] 1. 1莫耳的單原子分子理想氣體從狀態A變為狀態B,假設在不知為何種氣體,但已知狀態A、B 兩者之壓力、體積和溫度下,請問可得知該氣體下列何種選項?

(A)氣體內能的變化 (B)氣體所做的功

(C)氣體傳給外界的熱量 (D)氣體的質量

6 [D] 2. 對於熱力學第二定律的敘述,下列何者有誤?

(A)熱不可能自行從低溫物體傳給高溫物體

(B)不可能從單一熱源吸熱後完全變為有用的功,而不引起其他變化 (C)自發過程皆為不可逆

(D)系統從一個平衡態到另一個平衡態的過程中,若過程不可逆,則熵減少

9 [D] 3. 將數種液體混合後,若混合液為理想液體,下列何者有誤?(E:內能、H:熱焓量、G:自由 能、V:體積)

(A) ∆𝐻𝐻𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 0 (B) ∆𝐸𝐸𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 0 (C) ∆𝑉𝑉𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 0 (D)∆𝐺𝐺𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 0 12 [D] 4. 有關麥斯威爾(Maxwell)關係式,下列何者有誤?

(A)�𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕

𝑇𝑇 = �𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝑇𝑇

𝜕𝜕 (B)− �𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕

𝑇𝑇 = �𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝑇𝑇

𝜕𝜕 (C) �𝜕𝜕𝑇𝑇𝜕𝜕𝜕𝜕

𝜕𝜕 = �𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕

𝜕𝜕 (D) �𝜕𝜕𝑇𝑇𝜕𝜕𝜕𝜕

𝜕𝜕 = �𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕

𝜕𝜕

15 [D] 5. 關於熱力學的敘述,下列何者正確?

(A)理想氣體內能變化量,僅為壓力的函數 (B)功與熱量為狀態函數

(C)系統與外界無質量與能量交換,稱為密閉系統(Closed system) (D)任何氣體經歷一可逆循環過程,其焓值變化量必為0

18 [C] 6. 1 公克0 ℃的冰與10 公克100 ℃的水混合,請問熵變化量(∆𝑆𝑆)為多少(𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐°𝐾𝐾)?(已知水的凝固熱為 80𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑔𝑔 ,水的𝐶𝐶𝐶𝐶 = 1𝑔𝑔∙℃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐)

(A) -0.515 (B) 0.293 (C) 0.515 (D) 0.58

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(2)

1.化工熱力學 2.化學反應工程學 第 2 頁,共 5 頁 21 [B] 7. 關於熱力學第三定律之敘述,下列何者正確?

(A)在絕對零度時,任何物質的熵等於零

(B)在絕對零度時,具有完美晶體(perfect crystal)的熵等於零 (C)在 0 ℃時,任何物體的熵等於零

(D)在 0 ℃時,具有完美晶體(perfect crystal)的熵等於零

24 [B] 8. 𝑃𝑃𝐶𝐶𝑃𝑃 5的分解反應是𝑃𝑃𝐶𝐶𝑃𝑃 5(g)⇆ PCl 3(g) + Cl2(g),在 473 °𝐾𝐾達到平衡時,𝑃𝑃𝐶𝐶𝑃𝑃 5(g)有 48.5 %分 解,在 573 °𝐾𝐾達到平衡時,有 97 %分解。前述反應下列何者正確?

(A)放熱反應 (B)吸熱反應

(C)既不放熱也不吸熱 (D)這兩個溫度下的平衡常數相等

1 [B] 9. 下列各系統敘述,何者自由度(degree of freedom)不為0?

(A)壓力為20 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑐𝑐𝑚𝑚2的丙烯液體經減壓閥減壓為4 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑐𝑐𝑚𝑚2氣液兩相的丙烯,且兩相平衡 (B)碳酸鈣受熱分解的反應系統:𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝑂𝑂3(𝜕𝜕) → 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑂𝑂(𝜕𝜕)+ 𝐶𝐶𝑂𝑂2(𝑔𝑔)

(C)𝑁𝑁𝐶𝐶𝐶𝐶𝑃𝑃(𝑠𝑠)與𝑁𝑁𝐶𝐶𝐶𝐶𝑃𝑃飽和水溶液在25 ℃及 1 atm下達平衡 (D)純水在其三相點時

4 [C] 10. 5莫耳雙原子理想氣體在等壓可逆下,由 -23 ℃加熱至 227 ℃,其焓之變化量(ΔH)為多少焦耳

?(𝑅𝑅 = 8.314𝑚𝑚𝑚𝑚𝑐𝑐𝑚𝑚∙𝐾𝐾𝐽𝐽 )

(A) 15589 (B) 15981 (C) 36374 (D) 46766

7 [D] 11. 某定量理想氣體在 3 atm下,進行可逆等壓膨脹由2 ℓ變成 8 ℓ,內能變化量為15 cal,則此過 程吸收之熱量為多少cal?(1 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑚𝑚 × ℓ = 24.22 𝑐𝑐𝐶𝐶𝑃𝑃;ℓ 表示公升)

(A) 350 (B) 400 (C) 435 (D) 451

10 [D] 12. 在100 ℃環境下,A與B的混合液體中,A的莫耳分率為0.4,若達氣液平衡,則氣相中A的莫 耳分率為多少?(A對B的相對揮發度為4.5)

(A) 0.45 (B) 0.55 (C) 0.65 (D) 0.75 13 [C] 13. 有關可逆過程的敘述,下列何者有誤?

(A)為一個無窮小變化的過程 (B)可逆過程中,系統與外界隨時保持平衡狀態

(C)可逆過程中,系統的熵變化必等於零 (D)卡諾循環中不包括等壓膨脹 16 [A] 14. 吉布氏自由能(Gibbs Free Energy)的定義為何?

(A) 𝐺𝐺 ≡ 𝐻𝐻 − 𝑇𝑇𝑆𝑆 (B) 𝐺𝐺 ≡ 𝑈𝑈 − 𝑇𝑇𝑆𝑆 (C) 𝐺𝐺 ≡ 𝐻𝐻 + 𝑇𝑇𝑆𝑆 (D) 𝐺𝐺 ≡ 𝑈𝑈 + 𝑇𝑇𝑆𝑆 19 [D] 15. 卡諾循環:

(Ⅰ)𝐴𝐴 → 𝐵𝐵:等溫可逆膨脹(在高溫𝑇𝑇2) (Ⅱ)𝐵𝐵 → 𝐶𝐶:絕熱可逆膨脹(到低溫𝑇𝑇1) (Ⅲ)𝐶𝐶 → 𝐷𝐷:等溫可逆壓縮 (Ⅳ)𝐷𝐷 → 𝐴𝐴:絕熱可逆壓縮

請問下列座標圖形何者有誤?(E:內能、S:熵、T:溫度、P:壓力、V:體積)

(A) (B) (C) (D)

22 [A] 16. 1莫耳的理想氣體由同一初始狀態出發,分別經:(Ⅰ)等溫膨脹至𝑇𝑇1,𝑃𝑃1;(Ⅱ)絕熱膨脹至𝑇𝑇2

,𝑃𝑃2,請問兩者最終狀態溫度間關係為何?

(A) 𝑇𝑇1 > 𝑇𝑇2 (B) 𝑇𝑇1 = 𝑇𝑇2 (C) 𝑇𝑇1 < 𝑇𝑇2 (D)無法確定

25 [C] 17. 60 ℃時,苯和甲苯的蒸氣壓分別為385與140 mm-Hg。取 4 莫耳苯和 1 莫耳甲苯混合成理想 溶液,則混合蒸氣中,苯蒸氣的莫耳分率為多少?

(A) 0.733 (B) 0.8 (C) 0.916 (D) 0.957

T

S(熵)

A B

D C

A B

D C E

S(熵)

A B

D C T

V(體積)

D A

C B P

T(溫度)

(3)

1.化工熱力學 2.化學反應工程學 第 3 頁,共 5 頁 2 [D] 18. 有3項化學反應式如下,請問𝐾𝐾3為何?

(Ⅰ) 𝑂𝑂2+ 2𝑁𝑁𝑂𝑂 ⇌ 2𝑁𝑁𝑂𝑂2,平衡常數𝐾𝐾1 (Ⅱ) 4𝑁𝑁𝑂𝑂 + 2𝐶𝐶𝑃𝑃2 ⇌ 4𝑁𝑁𝑂𝑂𝐶𝐶𝑃𝑃,平衡常數𝐾𝐾2

(Ⅲ) 𝑁𝑁𝑂𝑂2+12𝐶𝐶𝑃𝑃2 ⇌ 𝑁𝑁𝑂𝑂𝐶𝐶𝑃𝑃 +12𝑂𝑂2,平衡常數𝐾𝐾3 (A) (𝐾𝐾1)12(𝐾𝐾2)14 (B)(𝐾𝐾2)2

(𝐾𝐾1)4 (C)(𝐾𝐾1)2

(𝐾𝐾2)4 (D)(𝐾𝐾2)

14

(𝐾𝐾1)12

5 [A] 19. 於25℃時,將0.4莫耳的A液與0.6莫耳的B液混合,若混合液為理想溶液,則混合前後自由能

∆𝐺𝐺變化多少卡(cal)?

(A) -398.5 (B) 398.5 (C) -16.4 (D) 16.4

8 [B] 20. 由吉勞吉斯-克拉泊壤(Clausius-Clapeyron)式,以液體的蒸氣壓取對數為縱軸,絕對溫度的倒 數為橫軸,作圖(log 𝑃𝑃 𝑣𝑣. 𝑠𝑠 1𝑇𝑇)得一直線,直線斜率代表意義為下列何者?

(A)凝固熱 (B)汽化熱 (C)昇華熱 (D)燃燒熱

11 [C] 21. 在恆溫下,理想氣體系統的自由能G(Gibbs free energy),隨著壓力增加會產生下列何種變化?

(A)不變 (B) 減少 (C) 增加 (D) 無法預測

14 [A] 22. 下列何者正確?

(𝐴𝐴)(𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕)𝑇𝑇 = 𝑉𝑉 (B) (𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝑇𝑇)𝜕𝜕 = 𝑉𝑉 (C) (𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕)𝜕𝜕 = 𝑉𝑉 (D)(𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕𝜕)𝑇𝑇 = −𝑆𝑆 17 [D] 23. 水與冰的比容在0 ℃時分別是1.0001 cc

𝑔𝑔及1.0907 cc

𝑔𝑔,0 ℃冰的熔解熱是79.8 cal

𝑔𝑔,如外壓增 加1 atm時,則熔點變化為何?

(A)升高0.0150 ℃ (B)下降0.0150 ℃ (C)升高0.0075 ℃ (D)下降0.0075 ℃

20 [C] 24. 某氣體對抗一可變壓力而膨脹,而對抗壓力為P =10V atm,其中V為氣體在每一膨脹階段之 體積,若由10 ℓ膨脹至100 ℓ,氣體之內能變化為∆E = 100 cal。請問氣體在此過程中吸熱為 多少卡(cal)?(1 atm × ℓ = 24.22 cal,ℓ表示公升)

(A) 457 (B) 557 (C) 657 (D) 757

23 [B] 25. 設有一熱機(thermal engine)運轉於 25 ℃與 100 ℃之間,則該熱機最大熱效率(thermal efficiency)為下列何者?

(A) 0.101 (B) 0.201 (C) 0.301 (D) 0.401 28 [A] 26. 下列何者可使氣體液化?

(A)溫度低於臨界溫度,壓力高於臨界壓力 (B)溫度低於臨界溫度,壓力低於臨界壓力 (C)溫度高於臨界溫度,壓力高於臨界壓力 (D)溫度高於臨界溫度,壓力低於臨界壓力 31 [B] 27. 對於連續攪拌反應器(CSTR)的敘述,下列何者正確?

(A)用於小量製造 (B)低轉化率 (C)不易分析內容物 (D)散熱慢,不易控制反應 34 [B] 28. 某化學反應為1級反應,其反應濃度〔A〕降為原來一半時需5分鐘,則〔A〕變為原來的四分

之一時需多少分鐘?

(A) 12 (B) 10 (C) 8 (D) 6

37 [C] 29. 何謂零級(zero-order)反應?

(A)反應速率與溫度及濃度均無關 (B)反應速率與溫度無關 (C)反應速率與濃度無關 (D)反應速率= 0

40 [A] 30. 柱狀反應器(PFR)特性之敘述,下列何者有誤?

(A)不適用於大量生產 (B)轉化率高

(C)反應器內流態分佈穩定 (D)適用於反應熱小之反應

43 [B] 31. 某反應,當反應物反應掉5 9⁄ 所需時間是它反應掉1 3⁄ 所需時間的2倍,則該反應為幾級反應?

(A)零級反應 (B) 1級反應 (C) 2級反應 (D) 3級反應

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(4)

1.化工熱力學 2.化學反應工程學 第 4 頁,共 5 頁 46 [C] 32. 2𝐴𝐴(𝑔𝑔)→ 𝐵𝐵(𝑔𝑔)為2級反應,速率方程式表示為:−12𝑑𝑑[𝐴𝐴]𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝐾𝐾[𝐴𝐴]2−𝑑𝑑𝜕𝜕𝐴𝐴

𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝐾𝐾𝐴𝐴𝑃𝑃𝐴𝐴2,則K與𝐾𝐾𝐴𝐴的關 係為何?

(A)𝐾𝐾𝐴𝐴 = 𝐾𝐾 (B) 𝐾𝐾𝐴𝐴 = 2𝐾𝐾 (C) 𝐾𝐾𝐴𝐴 = 2𝐾𝐾 𝑅𝑅𝑇𝑇⁄ (D) 𝐾𝐾𝐴𝐴 = 𝐾𝐾 𝑅𝑅𝑇𝑇⁄

49 [B] 33. 在一定T、V下,反應2𝐴𝐴(𝑔𝑔) → 𝐴𝐴2(𝑔𝑔),𝐴𝐴(𝑔𝑔)反應掉3 4⁄ 所需的時間是𝐴𝐴(𝑔𝑔)半衰期𝑎𝑎1 2 的2倍,則 此反應為幾級反應?

(A)零級反應 (B) 1 級反應 (C) 2 級反應 (D) 3 級反應

26 [D] 34. 某一反應的活化能為50 KJ ∙ mole−1,當溫度從300 °K升至310 °K時,請問反應速率約為原來 幾倍?

(A) 7.3 (B) 5.9 (C) 3.7 (D) 1.9

29 [B] 35. 兩個𝐻𝐻 ∙與𝑀𝑀粒子同時相碰撞,發生下列反應:𝐻𝐻 ∙ +𝐻𝐻 ∙ +𝑀𝑀 → 𝐻𝐻2(𝑔𝑔)+ 𝑀𝑀,請問反應的活化能 𝐸𝐸𝑐𝑐 為何?

(A) > 0 (B) = 0 (C) < 0 (D)不能確定

32 [C] 36. 下列有(1)、(2)兩組雙分子之反應式,各為(1)𝐶𝐶𝐻𝐻3𝐶𝐶𝐻𝐻2𝑂𝑂𝐻𝐻 + 𝐶𝐶𝐻𝐻3𝐶𝐶𝑂𝑂𝑂𝑂𝐻𝐻 → 𝐶𝐶𝐻𝐻3𝐶𝐶𝐻𝐻2𝐶𝐶𝑂𝑂𝑂𝑂𝐶𝐶𝐻𝐻3+ 𝐻𝐻2𝑂𝑂;(2)𝐶𝐶𝐻𝐻4+ 𝐵𝐵𝐵𝐵2 → 𝐶𝐶𝐻𝐻3𝐵𝐵𝐵𝐵 + 𝐻𝐻𝐵𝐵𝐵𝐵,請問碰撞理論中的機率因子P之大小順序為何?(𝑃𝑃1: (1)反應式之機率因子;𝑃𝑃2:(2)反應式之機率因子)

(A) 𝑃𝑃1 > 𝑃𝑃2 (B) 𝑃𝑃1 = 𝑃𝑃2 (C) 𝑃𝑃1 < 𝑃𝑃2 (D) 𝑃𝑃1 = 2𝑃𝑃2

35 [A] 37. 某放射性同位素之半衰期為5.2年,試問要經過多少年,其放射性才會衰減至原來的2 %?

(A) 29.4年 (B) 69.4年 (C) 99.4年 (D) 150年

38 [C] 38. 乙烯的氣相水合反應可生成乙醇:𝐶𝐶2𝐻𝐻4(𝑔𝑔)+ 𝐻𝐻2𝑂𝑂(𝑔𝑔) → 𝐶𝐶2𝐻𝐻5𝑂𝑂𝐻𝐻(𝑔𝑔),進料含25%莫耳乙烯、

75%水蒸氣,若反應發生於125 ℃及 1 atm,該生成物組成中乙醇之莫耳分率為下列何者?(上 述反應∆𝐺𝐺° = 1082 𝑐𝑐𝐶𝐶𝑃𝑃)

(A) 0.410 (B) 0.140 (C) 0.041 (D) 0.014

41 [A] 39. 𝑁𝑁2在300 ℃及0~60 atm時,其焦耳-湯木生係數為𝜇𝜇𝐽𝐽𝑇𝑇 = 0.0142 − 0.00026 𝑃𝑃,請問𝑁𝑁2在300 ℃ 時由60 atm膨脹至20 atm,其溫度下降量為何?

(A) 0.152 ℃ (B) 1.152 ℃ (C) 2.252 ℃ (D) 3.252 ℃ 44 [A] 40. 在25 ℃時,下列反應1

2I2(g)+12Br2(g) → IBr(g)之平衡常數Kp = 20.5,Hrxn° (標準狀態下之反應 焓) = -1.26 kcal/mole,請問100 ℃之Kp值為何?

(A) 13.4 (B) 14.4 (C) 15.4 (D) 20.5 47 [A] 41. 影響反應速率常數的最主要因素為何?

(A)反應的溫度 (B)反應物的濃度 (C)反應的級數 (D)反應的時間 50 [D] 42. 氣相反應𝐴𝐴 + 2𝐵𝐵 → 2𝑅𝑅,請問該反應為幾級?

(A) 1級 (B) 2級 (C) 3級 (D)須由實驗確定

27 [D] 43. 用化學方法測定反應速率的最主要困難為何?

(A)很難同時測定各物質濃度 (B)混合物很難分辨

(C)不易控制溫度 (D)不能使反應在指定的時刻完全停止

30 [A] 44. 溫度對於反應速率的影響很大,溫度變化主要是改變下列何者?

(A)反應速率常數 (B)反應機構 (C)物質濃度或分壓 (D) 活化能

33 [B] 45. 65 ℃時𝑁𝑁2𝑂𝑂5氣相分解的反應速率常數為 0.292 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚−1,活化能為103.3 𝐾𝐾𝐾𝐾 ∙ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑃𝑃𝑚𝑚−1,請問 80 ℃時的K值(𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚−1)為何?

(A) 0.39 (B) 1.39 (C) 2.39 (D) 3.39

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(5)

1.化工熱力學 2.化學反應工程學 第 5 頁,共 5 頁 36 [C] 46. 𝑁𝑁2𝑂𝑂5的熱分解速率常數在288 ° 𝐾𝐾時為9.67 × 10−6 𝑆𝑆−1,在338 ° 𝐾𝐾時為4.87 × 10−3 𝑆𝑆−1。請問

該反應活化能(𝐾𝐾𝐾𝐾 ∙ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑃𝑃𝑚𝑚−1)為何?

(A) 1.7 (B) 10.7 (C) 100.7 (D) 107.1 39 [D] 47. 定溫、定容下某一反應的反應機構為: ,請問𝑑𝑑[𝑐𝑐]

𝑑𝑑𝑑𝑑 =?

(A) 𝐾𝐾1[𝐴𝐴][𝐵𝐵] (B) 𝐾𝐾3[𝐶𝐶]

(C) 𝐾𝐾1[𝐴𝐴][𝐵𝐵] − 𝐾𝐾3[𝐶𝐶] (D) 𝐾𝐾1[𝐴𝐴][𝐵𝐵] − 𝐾𝐾−1[𝐶𝐶] − 𝐾𝐾3[𝐶𝐶]

42 [D] 48. 已知平行反應: ,某溫度時𝐾𝐾1= 3.74 𝑆𝑆−1, 𝐾𝐾2 = 4.65 𝑆𝑆−1,請問總反應速率常 數K為何?

(A) 1.21 𝑆𝑆−1 (B) 1.24 𝑆𝑆−1 (C) 6.39 𝑆𝑆−1 (D) 8.39 𝑆𝑆−1

45 [B] 49. 有一個可逆的2級反應: 其平衡常數K的表示式,下列何者正確?

(A) [𝐴𝐴𝐴𝐴]

[𝐴𝐴2][𝐴𝐴2] (B) [𝐴𝐴𝐴𝐴]2

[𝐴𝐴2][𝐴𝐴2]

(C)[𝐴𝐴2][𝐴𝐴2]

[𝐴𝐴𝐴𝐴] (D) [𝐴𝐴2][𝐴𝐴2]

[𝐴𝐴𝐴𝐴]2

48 [C] 50. 抽煙屬於氧化反應的行為,此反應為下列何者?

(A)吸附控制 (B)內在質傳控制

(C)化學反應控制 (D)伴隨著質傳與化學反應控制

數據

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參考文獻

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