高考申論題
109年
[化學工程] 化學反應工程學
第 一 題
📖 題組：
一、(一)反應為A→2B請給出：(1)A的化學計量數、(2)B的化學計量數。將純A放入密閉的容器中，該容器保持恆溫298 K；初始壓力為1 atm。在長時間確保達到平衡之後，對容器內混合物分析發現A的莫爾分率為25%。請計算(3)混合物中B的莫爾分率、(4)A的分解率、(5)最後容器壓力、(6)在298 K反應基於分壓的平衡常數。(10分) (二)甲烷重組為一多重反應系統，有人寫出下列可能反應：CO+1/2O2↔CO2、H2+1/2O2↔H2O、CH4+2O2↔CO2+2H2O、CH4+3/2O2↔CO+2H2O。(1)請問該等反應是否相互獨立？(2)請問在CH4、H2、O2、H2O、CO、CO2等六個物質構成反應系統最多有多少獨立反應？(3)請為上述反應寫出一組多重獨立反應。(10分)
一、(一)反應為A→2B請給出：(1)A的化學計量數、(2)B的化學計量數。將純A放入密閉的容器中，該容器保持恆溫298 K；初始壓力為1 atm。在長時間確保達到平衡之後，對容器內混合物分析發現A的莫爾分率為25%。請計算(3)混合物中B的莫爾分率、(4)A的分解率、(5)最後容器壓力、(6)在298 K反應基於分壓的平衡常數。(10分) (二)甲烷重組為一多重反應系統，有人寫出下列可能反應：CO+1/2O2↔CO2、H2+1/2O2↔H2O、CH4+2O2↔CO2+2H2O、CH4+3/2O2↔CO+2H2O。(1)請問該等反應是否相互獨立？(2)請問在CH4、H2、O2、H2O、CO、CO2等六個物質構成反應系統最多有多少獨立反應？(3)請為上述反應寫出一組多重獨立反應。(10分)
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
(1)A的化學計量數、(2)B的化學計量數。將純A放入密閉的容器中，該容器保持恆溫298 K；初始壓力為1 atm。在長時間確保達到平衡之後，對容器內混合物分析發現A的莫爾分率為25%。請計算(3)混合物中B的莫爾分率、(4)A的分解率、(5)最後容器壓力、(6)在298 K反應基於分壓的平衡常數。
思路引導 VIP
這是一道標準的恆溫恆容密閉反應器（Batch Reactor）化學計量與熱力學平衡計算題。解題關鍵在於列出莫耳平衡表（Stoichiometric Table），利用轉化率（X）表示各物質的莫耳數與總莫耳數變化，再透過已知平衡時的莫耳分率反推轉化率、最終總壓與分壓平衡常數。
小題 (二)
(1)請問該等反應是否相互獨立？(2)請問在CH4、H2、O2、H2O、CO、CO2等六個物質構成反應系統最多有多少獨立反應？(3)請為上述反應寫出一組多重獨立反應。
思路引導 VIP
判斷多重反應系統的獨立反應數，首先想到『獨立反應數 = 系統物質總數 - 原子構成矩陣的秩（通常為元素種類數）』。接著透過檢查已知反應方程式之間是否存在線性組合（相加減）關係，來判斷其是否獨立，並從中篩選出一組基礎反應。