化學工程 103 年化學反應工程(亦稱化工動力學)考古題

考慮化學反應 氣 固 氣 C B A → + ，其中B 為球形顆粒，與A 反應掉的B 會在未反應的B 表面形成一不會剝離的灰層（ash layer）。假設A 在灰層內的擴散為速率決定步驟， 求未反應之B 的半徑隨時間t 的變化。（25 分）

考慮在一連續式的攪拌反應器（continuous stirred tank reactor, CSTR）內所進行的液 相串聯反應 C B A → → ， B A → 與 C B → 皆為一階（first order）反應，反應速率常 數分別為k1 與k2，進料中只有A。令X =（A 的消耗量/A 的初始量），Y =（B 的生 成量/A 的消耗量）。以Y 為縱座標，X 為橫座標，在同一張圖內畫出以下情況的 曲線：k2/k1 = 1、k2/k1 = 0.1、k2/k1 = 10。中需導出相關數學式並據以畫出 曲線；與中只需畫出曲線的相對位置即可，毋需算出數值，但須敘明原因，否 則不予計分。（25 分）

考慮液相反應 B A ⇔ ，其中正、逆向反應皆為一階，且系統內所有物質的比熱皆相 同。令X =（平衡時A 的消耗量/A 的初始量），H Δ 與 0 H Δ 分別為莫爾反應熱與標 準狀態下的H Δ ，G Δ 與 0 G Δ 分別為莫爾反應自由能與標準狀態下的G Δ 。若標準狀 態下的溫度為T0，求X 隨溫度T 的變化。（25 分）

某一液相反應 C B A → → 需由光催化之，請回答下列問題： 下述二種方式何者可得到較多的B：反應在批次反應器（batch reactor）內進行， 光均勻地照射其內的物質；連續地將少量物質輸送至反應器外，照射光後再送 回反應器內。須敘明原因，否則不予計分。（5 分） 若 B A → 與 C B → 皆為一階反應，反應速率常數相同，開始時反應器內只有A。 求前述情況中B 的濃度隨時間的變化。（20 分）