化學工程 103 年化工熱力學考古題

有一理想氣體，其分子量為28 g/mol，被儲存在一個容積固定為0.5 m3 的儲槽中， 其初始壓力與溫度分別為15 bar 與300 K。這個儲槽中的氣體可以經由包含一個閥 件的管線持續被傳送到另一個壓力保持固定在1 bar 的容器中，這個傳送過程可以 遵循下列兩種情況之一，請分別計算下列二種狀態下，原來儲槽的壓力降到5 bar 時總共會被移出多少公斤的氣體？ 若過程非常緩慢，假設氣體的溫度可以保持固定。（5 分） 若過程非常迅速，假設熱量散失可以忽略。（10 分） ［已知氣體常數 K /mol m Pa 8.314 K J/mol 8.314 R 3 ⋅ ⋅ = ⋅ = ， 熱容（heat capacity） K kJ/kmol 0 3 Cp ⋅ = 。］

水蒸氣（steam）在壓力12 bar、溫度500℃（狀態1）經由直徑為8 cm 的管線以 5 m/s 的速度進入一個渦輪機，然後在壓力0.4 bar、溫度150℃（狀態2）下經由直 徑為20 cm 的管線排出渦輪機，若進出口的位能差可以忽略，且該渦輪機之功率輸 出為10 kW，則該渦輪機之熱散失有若干kW？（20 分） 在各狀態下，水蒸氣每公斤的焓（enthalpy）與體積可以由蒸汽表查出如下： H1 = 3476.1 kJ/kg V1 = 0.2945 m3/kg H2 = 2780.9 kJ/kg V2 = 4.8658 m3/kg

有一個發明家聲稱可以製作出一個新型裝置，該裝置在運轉時穩定的導入2 bar、 300 K 的空氣，然後將輸出的空氣分成較高溫（310 K）與較低溫（270 K）兩股流 線，壓力皆為1 bar，而較高溫空氣之質量流率是較低溫者的3 倍，該裝置並沒有作 功，而且保持絕熱。若空氣可以假設為理想氣體，其定壓下的熱容（heat capacity） K kJ/kmol 30 Cp ⋅ = ，請以熱力學的定律評論該裝置是否可行。（15 分） 103年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題 全一張 （背面）

6 mol 的NaOH(5H2O)水溶液與5 mol 的HCl(4H2O)水溶液在25℃下依下列化學反應 式生成11 mol 的NaCl(10H2O)溶液： O) NaCl(10H O) HCl(4H O) NaOH(5H 2 2 2 → + 若生成物之溫度亦維持在25℃，則該化學反應之反應熱為若干kcal/mol？（20 分） 各化合物的標準生成熱列於下表： 化合物 標準生成熱ΔHf (kcal/mol) NaOH(5H2O) -111.015 HCl(4H2O) -36.755 NaCl(10H2O) -97.768 H2O(l) -68.317

在溫度300 K 下，一個由物質1 與2 所構成的雙成分氣-液平衡系統，若成分1 在液 相中的莫耳分率為0.5，請計算系統之平衡壓力與氣相莫耳分率y1。已知在溫度300 K 下，各純物質的蒸氣壓分別為 78.12 Psat 1 = kPa 與 2 36.4 Psat 2 = kPa，兩個成分之活性 係數（activity coefficient）的經驗式可以分別表示成： 2 2 1 Ax lnγ = 與 2 1 2 Ax lnγ = ，而 且系統會在 0.7 y x az 1 az 1 = = 形成共沸點。（30 分）