高普考題庫
113 年 113年公務人員高等考試三級考試暨普通考試

物理化學(包括化工熱力學、動力學)

本卷皆為申論題,點「看答案與解析」查看擬答。

申論 1一莫耳之理想氣體(ideal gas)在一活塞/汽缸裝置中進行絕熱壓縮(adiabatic compression),由2 bar、50oC 壓縮至10 bar。已知氣體常數(gas constant, R)為8.314 J molK,且該氣體之定體積莫耳熱容(constant-volume molar heat capacity, C)為2.5 R。V㈠若此過程為機械可逆(mechanically reversible)絕熱壓縮,試求此氣體之最後溫度、作功量(work)與其熵變化量(entropy change of the gas, ΔS)。(10 分)㈡若此過程為不可逆絕熱壓縮,需比機械可逆過程多出額外30%作功量,計算此氣體之最後溫度、作功量和熵變化量。(10 分)
申論 2以鋅、銀電極及其相關電解液組成鋅-銀電化學電池,在25oC、1atm 下,鋅與銀之標準還原電位分別為− 0.763 V 和0.799 V。已知法拉第常數(Faraday constant)為96485 C mol-1。(每小題5 分,共15 分)㈠請寫下此電池之半反應與全反應。㈡計算此電池之標準電動勢(emf)。㈢若電池中電解液之鋅離子濃度改為0.001 M,而銀離子為0.5 M,計算此25oC 下之電池電動勢。
申論 3在350 K 下之A-B 二元汽-液相平衡(vapor-liquid phase equilibrium)系統,純A 與純B 之飽和蒸汽壓分別為60.5 kPa 和85.2 kPa。A 與B 混合液體為非理想溶液,其過剩吉伯士自由能(excess Gibbs free energy)與活性係數(activity coefficient)可透過Margules 模型進行描述,其係數A 與A 分別為−0.75 和−1.32。Margules 模型之活性係數表示如下:lnx2[A2(AA)x]AB122112Alnx2[A2(AA)x]BA211221B其中γ 和γ 分別為成分A 與B 之活性係數,x 與x 分別為A 與B 之莫ABAB耳分率。㈠當液相成分A 莫耳分率(x)為0.4 時,試問此系統之總壓與汽相中AA 之莫耳分率(y)。(8 分)A㈡此系統在於x = 0.7 時發生共沸(azeotrope),試算出共沸點壓力,並A畫出可能之壓力與汽、液相組成之相圖(即P-x-y)。(10 分)AA㈢若以3 莫耳A 與2 莫耳B 之液體相混合,試求混合前、後之整體吉伯士自由能變化量(change in the total Gibbs free energy)。(7 分)
申論 4反應物A 進行分解成A 之活性中間物(active intermediate),接著A 與B 反應轉變成P,其反應機構(reaction mechanism)表示如下:kA1A+A(fast)2kA+ Bk2P(slow)㈠以速率決定步驟(rate-determining step)方式推導其反應速率定律式(rate law)。(8 分)㈡另外以穩定狀態近似法(steady-state approximation)推導反應速率定律式,並說明與㈠小題結果是否一致。(12 分)
申論 5下列關於二元系統汽-液相平衡之熱力學相關名詞,請解釋其意義、定義或用相關式子加以說明。(每小題各5 分,共20 分)㈠理想溶液(ideal solution)㈡化學勢(chemical potential)㈢逸壓係數(fugacity coefficient)㈣亨利定律(Henry’s law)