104年 - 104 專技高考_化學工程技師：化工熱力學#41534

科目：技師◆化工熱力學 | 年份：104年 | 選擇題數：0 | 申論題數：15

試卷資訊

所屬科目：技師◆化工熱力學

選擇題 (0)

申論題 (15)

⑴請針對一開放系統（open system）列出完整的能量平衡通式（微分式），並分別說明式中各項的物理意義，其中功的交互作用（work interactions），共包含三種不同的類型，也需分項列出，並逐一說明。（12 分）

⑵請以熱力學第二定律來解釋如下之現象：排列骨牌需耗費相當多的時間與精力；但骨牌傾倒只在瞬間，且不太費力。（5 分）

⑴容器的總體積與容器內的溫度各為何？（6 分）

【已刪除】 ⑵此濕蒸氣單位重量之熱焓（

）值為何？（6 分）

【已刪除】 ⑶當壓力為 2.0 MPa 的飽和水汽化為飽和蒸汽時，其莫耳熵（molar entropy，S）與莫耳 Gibbs 自由能（G）的變化量各為何？（6 分）

T, V, S, U 分別為溫度、比容、熵、內能；上標 L 與 V 分別代表飽和液相與飽和汽相。水的分子量為 18.015 g/mol。

⑴請以熱力學的知識詳細說明業者誤判管線無洩漏的關鍵因素為何？此事件出現的「魔術數字」13.5 kg/cm² 其物理意義為何？（10 分）

⑵對於該丙烯輸送管，正確的保壓測試應該如何做，請詳細說明。（5 分）

⑶如果管線輸送的是甲烷（天然氣主要成分），當管線有洩漏，在進行保壓測試時其情況與丙烯有何不同，請詳細說明。（5 分）

物性資料：

丙烯：臨界溫度＝364.9 K；臨界壓力＝46 bar；臨界體積＝181 cm³/mol

甲烷：臨界溫度＝190.4 K；臨界壓力＝46 bar；臨界體積＝99.2 cm³/mol

⑴鋼瓶內氮氣的溫度。（5 分）

【已刪除】 ⑵該氣體之熱膨脹係數α（coefficient of thermal expansion）。（8 分）參考資料： van der Waals 狀態方程式

熱膨脹係數的定義

已知氮氣之 T_c＝126.2 K，P_c＝33.9 bar，R＝8.31439 J mol^-1 K^-1＝83.1439 bar cm³ mol^-1 K^-1。

⑴請先分別計算純水與純乙醇在 25℃且 1 atm 下的莫耳體積（molar volume）。（5 分）

⑵假設 58 度之高梁酒是由純水（成分 1）與純乙醇（成分 2）以體積比 42：58 調製而成，請估算該酒品中乙醇所占有的莫耳分率（x₂）。（5 分）

【已刪除】 ⑶由於混合前後體積會有所變化，經由實驗量測得知在 25℃且 1 atm 下，水與乙醇混合後的莫耳過剩體積（ V ^ex ，molar excess volume）與組成（x₁ ，水的莫耳分率）的關係為：

上式之適用範圍 0.6＜x₁＜0.9。請估算一瓶 0.75 L 的 58 度高粱酒中含有乙醇的重量。（10 分）

物性資料：純水與純乙醇在 25℃且 1 atm 下的密度值分別為 0.99705 g/cm³ 與 0.78546 g/cm³；水與乙醇的分子量分別為 18.015 g/mol 與 46.069 g/mol。

⑴請由汽液相平衡關係式出發，逐步推導出最簡化的汽液平衡關係式（ Raoult’s law），式中須包含系統之溫度（ T）、壓力（ P）、汽相組成（y_i）、液相組成（x_i）。推導過程中也請同時逐步將每一假設列出。（5 分）

【已刪除】 ⑵請估算桶內汽相中苯之莫耳百分率。（7 分）

參考資料：

飽和蒸汽壓 P^S 與溫度 T 之關係式：Antoine 方程式

成分 1 水：A＝8.10765；B＝1750.286；C＝-38.150

成分 2 苯：A＝6.89272；B＝1203.531；C＝-53.262

分子量：苯：78.114 g/mol；水：18.015 g/mol