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高考申論題 108年 [化學工程] 化學反應工程學

第 一 題

📖 題組:
三、總反應為 A(g) + B(g) → C(g) + D(g)之反應,其反應機構如下: A(g) + S = A.S (正向及逆向反應速率常數分別為 k1及 k-1) (1) I(g) + S = I.S (正向及逆向反應速率常數分別為 k2及 k-2) (2) A.S + B(g)→ C(g) + D(g) + S (正向反應速率常數分別為 k3) (3) 其中 S 為觸媒表面活性位置(surface active sites)、I 為抑制劑(inhibitor)、 A.S 及 I.S 為吸附在表面活性位置之中間物(intermediate)。(註:推 導過程應給予適當假設條件)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

(一)若反應式(3)為速率決定步驟(rate determining step, rds),則-rA之反應 式為何?(15 分)

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看到本題,首先要辨識出考點為「非均相觸媒反應的 LHHW(Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson)動力學推導」。 解題必須按以下三步進行:

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【考點分析】 本題考查非均相觸媒反應的 Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW) 動力學模型推導。關鍵在於利用速率決定步驟(rds)定義整體反應速率,並透過準平衡假設與活性位置平衡來消去無法量測的表面中間物濃度。 【理論/法規依據】

小題 (二)

(二)試設計實驗證明反應速率式是否正確。(10 分)

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看到本題,要知道「如何用實驗數據驗證複雜速率式(尤其是含分母的多項式模型)」。 思考方向:

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【考點分析】 本題考查「動力學模型的實驗驗證與數據分析方法」。針對具有非線性特徵的 LHHW 速率方程式,最經典的驗證方式是透過「初始速率法」結合「代數線性化(Linearization)作圖法」,驗證自變數與反應速率倒數之間的線性關係。 【理論/法規依據】

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