化學工程 109 年化學反應工程學考古題

反應為A2B請給出：⑴A的化學計量數、⑵B的化學計量數。將純A 放入密閉的容器中，該容器保持恆溫298 K；初始壓力為1 atm。在長時 間確保達到平衡之後，對容器內混合物分析發現A的莫爾分率為25%。 請計算⑶混合物中B的莫爾分率、⑷A的分解率、⑸最後容器壓力、⑹在 298 K反應基於分壓的平衡常數。（10分） 甲烷重組為一多重反應系統，有人寫出下列可能反應：CO+1/2O2 CO2、H2+1/2O2H2O、CH4+2O2CO2+2H2O、CH4+3/2O2CO+2H2O。 ⑴請問該等反應是否相互獨立？⑵請問在CH4、H2、O2、H2O、CO、CO2 等六個物質構成反應系統最多有多少獨立反應？⑶請為上述反應寫出 一組多重獨立反應。（10分）

乙醛（CH3CHO）的分解步驟可以拆解成：CH3CHO CH3·+CHO·、 CH3·+CH3CHO CH3·+CO+CH4 、CHO·+CH3CHO CH3·+2CO+H2 、 2CH3·C2H6。請寫出：⑴中間體CHO·濃度隨時間的變化速率、⑵中間體 CH3·隨時間的變化速率。並利用中間體擬穩定狀態近似法（pseudo-steady- state approximation for intermediates）求出⑶CHO·的濃度、⑷CH3·的濃度、 ⑸CH3CHO分解反應速率、⑹CH4的生產速率、⑺H2的生產速率、⑻CO 的生產速率、以及⑼C2H6的生產速率。⑽當產物中CH4/C2H6比例趨近0 時，CH3CHO分解反應為幾階反應？（20分）

某氣體A在高溫下會進行二聚反應：2AA2。實驗數據如下：起始時壓力為 P=1.29 atm；t=1 min，P=1.14 atm；t=2 min，P=1.04 atm。請計算⑴t=1 min 時A的分解率、⑵t=1 min時A的分壓PA、⑶t=2 min時A的分解率、⑷t=2 min 時A的分壓PA、⑸0 < t 1 min內dPA/dt的平均值、⑹0 < t 1 min內PA的平 均值、⑺1 < t 2 min內dPA/dt的平均值、⑻1 < t 2 min內PA的平均值。請 問：⑼二聚反應的階數為何？⑽二聚反應是否基礎反應（elementary reaction）？（20分） k1 k2 k4 k3

今有反應AB；在實驗室求得其反應速率為r= —dCA/dt = kCA。在一完全 均勻連續攪拌反應器中；如果滯留時間τ = V/Q為10分鐘時，轉化率為 50%，請問：（每小題5分，共20分） 一完全均勻連續攪拌反應器中，當滯留時間為20分鐘時，轉化率為多少？ 如果使用兩個串滯留時間為10分鐘串聯時，轉化率為多少？ 若改為一均勻攪拌批次反應器（Batch reactor），希望轉化率為90%，請 問反應時間應該是多少？ 若改為一塞柱流反應器（Plug flow reactor），希望轉化率為90%，請問 滯留時間應該是多少？

有強放熱反應AB；在實驗室利用近似球體小型批次反應器，進行恆溫 反應，在1小時內反應轉化率達90%，沒有太多副產物，效果非常好。 現今要建立一個近似球體大型批次反應器，把生產量增加1,000倍；請問 下列何者正確？何者錯誤？並說明之。⑴反應時間會增加1,000倍。⑵反 應過程生產總熱量會增加1,000倍。⑶反應器換熱面積增加1,000倍。⑷反應 初期單位時間需要移走的熱量比較大。（20分）