化學工程 91 年化學反應工程(亦稱化工動力學)考古題

有一均勻相化學反應，其反應機制如下： A+B X1 A+X1→X2 X2→B+P X2→X3 X3→Q+A 其中A、B 為反應物，P、Q 為產物，X1、X2 與X3 為不穩定之中間產物。 試推導出產物P 的速率方程式(rate equation)。（7 分） 試推導出產物Q 的速率方程式(rate equation)。（7 分） 試推導出反應物A 的速率方程式(rate equation)。（3 分） 試推導出反應物B 的速率方程式(rate equation)。（3 分）

某兩反應物A 與B －在酸中進行氧化還原反應，產生C 與D －， A+6B －+4H+→C+2D －+3H2O 在某一溫度下，測得A 的初始反應速率(initial rate)與反應物初始濃度，如下表所 示，其中濃度單位為mol/liter，反應速率的單位為 min liter / mol ⋅ ，求反應速率的表 示式中的各常數。（14 分） 實驗序號 4 10 ) A ( × (B －) 2 10 × (H +) 2 10 × 初始反應速率 7 10 × 1 2.40 2.06 3.0 14.6 2 7.20 2.06 3.0 44.6

0.712 2.06 1.8 0.93

0.712 2.06 9.0 102

0.712 2.06 15.0 508

0.712 2.06 3.0 4.05

0.712 5.18 3.0 28.0

0.712 12.5 3.0 173.0 實驗上，如何求得初始反應速率？其限制條件為何？（6 分） k3 k４ k６ k5 k1 k2 九十一年專門職業及技術人員 考試試題 代號：01640 類 科： 化學工程技師 全一張 （背面） 高等考試建築師、技師、不動產估價師、 呼吸治療師、心理師暨普通考試不動產經紀人 三、某一不可逆基本氣相化學反應式為A→2B，試針對該反應在處於恆溫(isothermal)及穩定狀 態(steady state)下之連續攪拌反應槽(continuous stirred tank reactor, CSTR)內，計算該反應槽 所需之體積(V)與空間時間(space time, τ)，其中k 為反應速率常數(reaction rate constant, k=0.1 min -1)。進入反應槽之純反應物A 其壓力(P0)、溫度(T)與莫耳流率(FA0)分別為10 atm、 127℃與2.5 mol/min，離開反應槽之A 的轉化率(conversion, XA)為0.9。假設理想氣體狀態 方程式(ideal gas law)適用於此反應系統，氣體常數(R)為0.082 liter-atm/mol-K。（20 分） 四、在一個絕氧反應中，反應槽內只能有非常微量的氧氣存在，操作前須先清除反應槽中 的氧氣，常用的方法是連續通入一段時間的惰性氣體，將氧氣排除(purge)。現有一體 積為0.5 公升的連續攪拌反應槽(CSTR)，欲將該槽內氧的濃度從21%降到1 ppm， 若連續通入流量為10 cc/s 的氮氣（壓力變化可忽略），請估算須費時多久？（15 分） 為了達此理想，反應槽在設計上須特別注意那些事項？（5 分） 五、理想氣體之反應A+B C，在300 K，1 bar 達到平衡時，A 為1 mol，B 為3 mol， C 為2 mol。今在等溫下將壓力提高至2 bar，則在到達新的平衡時，反應槽內A 有多 少mol？（20 分） → ← k