所屬科目：國營事業◆1.化工熱力學 2.化學反應工程學
1. 有關道爾頓定律(Dalton's law)與拉午耳定律(Raoult's law)之敘述，下列何者正確？ (A)道爾頓定律適用於液相溶液 (B)道爾頓定律只適用於純物質 (C)拉午耳定律適用於理想液體溶液 (D)拉午耳定律只適用於純物質
2. 凡得瓦方程式(Van der walls equation)為 $\left(P + \frac{a}{V^2}\right) \times (V - b') = RT$ ，式中 $b'$ 物理意義為何？ (A)真實氣體分子本身占有體積 (B)真實氣體有重量 (C)真實氣體分子間有吸引力 (D)真實氣體會互相碰撞
3. 空氣中水蒸氣的分壓與同溫度下飽和水蒸氣分壓之比值稱之為何？ (A)濕度(Humidity) (B)百分濕度(Percentage humidity) (C)相對濕度(Relative humidity) (D)飽和濕度(Saturated humidity)
4. 吉布氏自由能(Gibbs free energy)的定義為何？ (A) $G \equiv U - TS + PV$ (B) $G \equiv U - TS$ (C) $G \equiv H + TS$ (D) $G \equiv H - TS + PV$
5. 系統內能的變化( $\Delta U$ )等於其吸收的熱量(Q)減去系統對外界所作的功(W)，是指熱力學的何種定律？ (A)第零定律 (B)第一定律 (C)第二定律 (D)第三定律
6. 下列何者屬於亂度指標？ (A)熔(Enthalpy) (B)功(Work) (C)內能(Internal energy) (D)熵(Entropy)
7. 相律描述自由度( $f$ )、成分數( $c$ )、相數( $p$ )之間的關係為 $f = c - p + x$ ，式中 $x$ 為何？ (A) 0 (B) 1 (C) 2 (D) 3
8. 假設一卡諾熱機的最大效率為 70%，高溫熱源之溫度為 600°C，請問低溫熱源之溫度為何？ (A) -50°C (B) -11.1°C (C) 180°C (D) 261.9°C
9. 有關熱力學第二定律之敘述，下列何者正確？ (A)功無法完全轉變為熱，必有損失 (B)孤立系統經由自然過程，其熵值會減少 (C)熱量總是自發地從低溫流向高溫 (D)熱無法完全轉化為功
10. 下列何者非屬狀態函數(State function)？ (A)熔(Enthalpy) (B)功(Work) (C)內能(Internal energy) (D)熵(Entropy)
11. 下列何種設備可將熱能轉換為機械能？ (A) 壓縮機 (B)泵浦 (C) 渦輪機 (D) 冷凝器
12. 下列何者屬於熱力學可逆絕熱過程？ (A) 等焓過程 ($\Delta H = 0$) (B) 等壓過程 ($\Delta P = 0$) (C) 等熵過程 ($\Delta S = 0$) (D) 等溫過程 ($\Delta T = 0$)
13. 有關熱力學的各項循環與應用，下列敘述何者正確？ (A)朗肯循環(Rankine cycle)應用在蒸氣發電廠 (B)奥圆循環(Otto cycle)應用在柴油引擎 (C)迪塞爾循環(Diesel cycle)應用在冷凍機 (D)布雷頓循環(Brayton cycle)應用在蒸氣鍋爐
14. 下列何者為冷凍機的性能係數 ($COP_{cooling}$)？ ($Q_{cond.}$ 代表冷凝器端的放熱量、$Q_{evap.}$ 代表蒸發器吸收的熱量、$W$ 代表壓縮機的輸入電功率) (A) $COP_{cooling} = \frac{Q_{evap.}}{W}$ (B) $COP_{cooling} = \frac{W}{Q_{evap.}}$ (C) $COP_{cooling} = \frac{Q_{cond.}}{W}$ (D) $COP_{cooling} = \frac{W}{Q_{cond.}}$
15. 蒸氣品質為 0.9 的 100 °C 飽和蒸汽，若飽和液焓 $H_f = 419 \text{ kJ/kg}$、汽化潛熱 $H_{fg} = 2257 \text{ kJ/kg}$，則此蒸氣焓為何？ (A) 2030 kJ/kg (B) 2073 kJ/kg (C) 2450 kJ/kg (D) 2676 kJ/kg
16. 在一密閉系統內，3 莫耳之理想氣體，在恆壓過程中由 15 °C 加熱至 220 °C，下列何者最接近需提供的熱量？(理想氣體常數 $R=1.987 \text{ cal/(mole·K)}$) (A) 1222 卡 (B) 2450 卡 (C) 2880 卡 (D) 3055 卡
17. 有關麥斯威爾關係式 (Maxwell equation)，下列何者有誤？ (A) $\left(\frac{\partial T}{\partial V}\right)_S = -\left(\frac{\partial P}{\partial S}\right)_V$ (B) $\left(\frac{\partial T}{\partial P}\right)_S = \left(\frac{\partial V}{\partial S}\right)_P$ (C) $\left(\frac{\partial P}{\partial T}\right)_V = -\left(\frac{\partial S}{\partial V}\right)_T$ (D) $\left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_P = -\left(\frac{\partial S}{\partial P}\right)_T$
18. 請推估 $\left(\frac{\partial H}{\partial P}\right)_T$，下列何者正確？($\beta$=expansion coefficient) (A) $V(1 + \beta T)$ (B) $V(P + \beta T)$ (C) $V(P - \beta T)$ (D) $V(1 - \beta T)$
19. 請推估理想氣體之 $\left(\frac{\partial H}{\partial P}\right)_T$，下列何者正確？ (A) 0 (B) $-\frac{R}{P}$ (C) $V(P - \beta T)$ (D) $V(KP - \beta T)$
20. 一密閉絕熱容器內含氧氣 ($O_2$) 40 kPa 及氮氣 ($N_2$) 60 kPa，則混和氣體總壓力為何？ (A) 40 kPa (B) 50 kPa (C) 60 kPa (D) 100 kPa
21. 容器 A 裝有 100 kPa 理想氣體 2 L，容器 B 裝有 200 kPa 理想氣體 3 L，兩容器於溫度相同下連通後，總體積為 5 L，最終總壓力為何？ (A) 100 kPa (B) 150 kPa (C) 160 kPa (D) 200 kPa
22. ①丙酮 ②乙腈 ③硝基甲烷三者在 80 °C 時形成之溶液可視為理想溶液，包含液相與氣相，三者在 80 °C 時的蒸氣壓力分別為 $P_1^{sat} = 195.75 \text{ kPa}$，$P_2^{sat} = 97.84 \text{ kPa}$，$P_3^{sat} = 50.32 \text{ kPa}$，若將此三者以莫耳分率 $Z_1 = 0.45$，$Z_2 = 0.35$，$Z_3 = 0.20$ 混和並將溫度維持在 80 °C，在下列何種壓力範圍下，此溶液全為液相？ (A) < 101.5 kPa (B) ≥ 101.5 kPa (C) < 132.4 kPa (D) ≥ 132.4 kPa
23. 有一真實溶液，其熱力學行為對理想溶液呈正偏差 (Positive deviation)，下列何者正確？ (A) 活性係數大於 0 (B) 活性係數大於 1 (C) 活性係數小於 1 (D) 活性係數等於 1
24. 某液體在 100 °C 時蒸氣壓為 80 kPa，若外界壓力降至 80 kPa 時，瞬間狀態為何？ (A) 仍保持液體狀態 (B) 開始沸騰 (C) 開始凝結 (D) 完全汽化
25. 某封閉系統內理想氣體，在定容加熱過程中吸收熱量 200 kJ，此過程中氣體對外作功為何？ (A) 0 kJ (B) 100 kJ (C) 200 kJ (D) 400 kJ
26. 某反應物入口莫耳流率為 $10 \text{ mol/s}$，出口莫耳流率為 $7 \text{ mol/s}$，則此反應物的轉化率為何？ (A) 0.20 (B) 0.30 (C) 0.43 (D) 0.70
27. 某不可逆反應物 $A \rightarrow B$，其反應速率可表示為 $-r_A = kC_A^m$。 當 $C_A = 1.0 \text{ mol/L}$ 時， $-r_A = 1.0 \times 10^{-2} \text{ mol/(L·s)}$；當 $C_A = 0.5 \text{ mol/L}$ 時， $-r_A = 2.5 \times 10^{-3} \text{ mol/(L·s)}$，則此反應對 $A$ 的反應級數為何？ (A)零級反應 (B)一級反應 (C)二級反應 (D)三級反應
28. 定容批次反應器中進行一級反應，若初始濃度為 $C_0$，經時間 $t$ 後濃度為 $C$，下列何者正確？ (A) $\ln \frac{C_0}{C} = kt$ (B) $C_0 - C = kt$ (C) $\frac{1}{C} - \frac{1}{C_0} = kt$ (D) $\frac{C}{C_0} = kt$
29. 某均勻液相二級反應速率式為 $-r_A = kC_A^2$，當 $A$ 的初始濃度為 $0.6 \text{ mol/L}$ 時，其半衰期為 $40 \text{ min}$，此反應之速率常數為何？ (A) $0.0208 \text{ L/mol·min}$ (B) $0.0417 \text{ L/mol·min}$ (C) $0.0833 \text{ L/mol·min}$ (D) $0.1667 \text{ L/mol·min}$
30. 理想連續攪拌槽反應器(CSTR)在完全混合假設下，下列敘述何者正確？ (A)入口濃度等於出口濃度 (B)槽內濃度沿軸向逐漸降低 (C)槽內濃度與出口濃度相同 (D)槽內各處濃度皆等於入口濃度
31. 對正級數反應，若要求相同轉化率且進料條件相同，通常理想PFR與理想CSTR所需體積比較，下列敘述何者正確？ (A) CSTR較小，因槽內濃度均一 (B)兩者相同，因平均停留時間相同 (C) CSTR較小，因出口濃度可代表槽內濃度 (D) PFR較小，因多數區段可維持較高反應物濃度
32. 某氣相反應 $A \rightarrow 3B$，在恆溫、定容批次反應中進行，進料為純 $A$。若反應一段時間後，系統壓力比初始壓力增加 $50\%$，則 $A$ 的轉化率為何？ (A) 20% (B) 25% (C) 50% (D) 70%
33. 平行反應 $A \rightarrow B$，$E_1 = 80 \text{ kJ/mol}$；$A \rightarrow C$，$E_2 = 45 \text{ kJ/mol}$。$B$ 為目的產物，假設兩反應皆遵循Arrhenius式，且其他條件不變，若想提高 $B$ 相對於 $C$ 的瞬間生成速率，下列何者正確？ (A)降低反應溫度 (B)提高反應溫度 (C)溫度不影響 (D)僅能藉由提高壓力改善
34. 某放熱CSTR原先操作於低溫、低轉化率穩態，若逐漸提高進料溫度，在達到某臨界條件後，反應器突然跳至高溫、高轉化率穩態，此現象主要原因為何？ (A) Ignition (B) Extinction (C) Back-mixing (D) Short-circuiting
35. 提高流體流速後，觀察到總反應速率明顯增加，下列何者為此現象的主要原因？ (A)表面反應為唯一控制步驟 (B)內部擴散阻力一定增加 (C)外部質傳阻力不可忽略 (D)觸媒活性降低
36. 某多孔觸媒反應中，溫度升高使反應速率常數 $k$ 顯著增加，而有效擴散係數 $D_e$ 變化不大，則有關Thiele modulus($\emptyset$)之敘述，下列何者正確？ (A) $\emptyset$ 減小，內部擴散限制減弱 (B) $\emptyset$ 增大，內部擴散限制增強 (C) $\emptyset$ 不變，因觸媒粒徑沒有改變 (D) $\emptyset$ 減小，觸媒有效因子 $\eta$ 也隨之降低
37. 對正級數反應，若固定床催化反應器存在顯著壓降，而設計時卻完全忽略壓降，會導致下列何種結果？ (A)高估實際反應物濃度而低估所需觸媒量 (B)低估實際反應物濃度而高估所需觸媒量 (C)低估出口壓力而低估反應物濃度 (D)僅影響流體流動特性，不影響反應器設計
38. 某一級不可逆氣相反應 $A \rightarrow P$ 於等溫固定床催化反應器中進行，且體積流率可視為不變，反應速率為 $-r_A = kC_A$，達到轉化率 $X_A = 0.5$ 時所需觸媒重量 $W_1$；若欲提高至 $X_A = 0.8$，則所需觸媒重量 $W_2$ 為 $W_1$ 的多少倍？ (A) 1.60 (B) 2.00 (C) 2.32 (D) 4.00
39. 某連續攪拌槽式發酵反應器(CSTR)在穩態操作，菌體的比生長速率(Specific growth rate)為$\mu$，菌體死亡常數(Cell death rate constant)為$k_d = 0.05 \text{ hr}^{-1}$，若稀釋率為$D = 0.30 \text{ hr}^{-1}$且菌體濃度維持非零穩態，其$\mu$值為何？ (A) $0.25 \text{ hr}^{-1}$ (B) $0.30 \text{ hr}^{-1}$ (C) $0.35 \text{ hr}^{-1}$ (D) $0.40 \text{ hr}^{-1}$
40. 某CSTR微生物最大比生長速率(Maximum specific growth rate)為$\mu_{max} = 0.40 \text{ hr}^{-1}$，忽略菌體死亡，反應器稀釋率提高至$D = 0.50 \text{ hr}^{-1}$，會發生下列何種現象？ (A) 菌體濃度持續增加 (B) 菌體濃度保持不變 (C) 基質濃度立即降為零 (D) 菌體洗出(Cell washout)，菌體濃度趨近於零
41. 氣-液相界面附近的平衡濃度，常可利用下列何種方程式描述氣相分壓與液相濃度？ (A) Arrhenius關係 (B) Monod關係 (C) Ergun方程式 (D) Henry定律
42. 在氣-液反應中，若化學反應速率遠低於液相中的質量傳遞速率，且反應主要發生於液相主體(Bulk liquid)中，則此反應較接近下列何種情況？ (A) Instantaneous reaction (B) Fast reaction (C) Slow reaction (D) Mass-transfer-controlled reaction
43. 外部質傳通量常以$N = k_c(C_b - C_s)$表示，其中$C_b$為遠離觸媒表面的主流體(Bulk fluid)，$C_s$為觸媒表面濃度，則$(C_b - C_s)$主要代表下列何者？ (A) 觸媒表面至顆粒中心的濃度差 (B) 反應物與產物在主流中的濃度差 (C) 觸媒表面反應物與產物的濃度差 (D) 反應物由主流體傳至觸媒表面的濃度驅動力
44. 某催化反應在低流速時反應速率隨流速增加而提高，當流速再增加時，反應速率幾乎不變。若要取得不受外部質傳影響的反應動力學資料，應選擇下列何種條件？ (A) 反應速率對流速不敏感的操作區域 (B) 反應速率對流速最敏感的操作區域 (C) 最低流速操作條件 (D) 觸媒表面與主流體濃度差較大的條件
45. 以脈衝(Pulse)方式在反應器入口瞬間加入示蹤劑，再量測出口濃度隨時間的變化，主要可用來取得下列何種資訊？ (A) 累積停留時間分布函數$F(t)$ (B) 反應速率常數$k$與溫度的關係 (C) 停留時間分布$E(t)$ (D) 由壓降推算的流動阻力
46. 某反應器進行停留時間分布測試時，自$t = 0$起將入口示蹤劑濃度由0突然提高至$C_0$，並之後時間持續維持$C_0$，此種實驗方式及其直接得到的函數為何？ (A) Pulse tracer test, $E(t)$ (B) Pulse tracer test, $F(t)$ (C) Step tracer test, $E(t)$ (D) Step tracer test, $F(t)$
47. 對連續反應$R \rightarrow I \rightarrow P$，若$I$為欲得到的中間產物，則下列何者為操作上最重要的考量？ (A) 使$R$完全反應後再出料 (B) 使反應時間愈長愈好 (C) 使$P$的生成速率為零 (D) 控制適當停留時間，避免$I$繼續大量轉化
48. 某非理想反應器的停留時間分布可用串聯槽模式(Tanks-in-series model)描述，實驗測得流體在反應器中的平均停留時間$\bar{t} = 10 \text{ min}$，停留時間分布的變異數為$\sigma_t^2 = 20 \text{ min}^2$，則此反應器可視為多少個相同體積的理想CSTR串聯？ (A) 2個 (B) 5個 (C) 10個 (D) 20個
49. 下列何者為觸媒對可逆反應平衡的主要影響？ (A) 加快到達平衡但不改變平衡位置 (B) 降低平衡常數 (C) 改變平衡組成但不改變速率 (D) 提高平衡轉化率
50. 固定床加氫製程中，SOR(Start of run)至EOR(End of run)期間，觸媒活性通常會逐漸下降，若需維持相近的產品品質，在其他條件大致相同下，下列何者最符合一般操作趨勢？ (A) 反應溫度逐步提高補償觸媒活性的降低 (B) 反應溫度逐步降低延長反應物停留時間 (C) 反應壓力持續降低使反應速率維持不變 (D) 進料量持續增加使單位觸媒處理量降低
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