高考申論題
109年
[化學工程] 化學反應工程學
第 二 題
二、乙醛（CH3CHO）的分解步驟可以拆解成：CH3CHO k1→ CH3·+CHO·、CH3·+CH3CHO k2→ CH3·+CO+CH4 、 CHO·+CH3CHO k3→ CH3·+2CO+H2 、 2CH3· k4→ C2H6。請寫出：⑴中間體CHO·濃度隨時間的變化速率、⑵中間體CH3·隨時間的變化速率。並利用中間體擬穩定狀態近似法（pseudo-steady state approximation for intermediates）求出⑶CHO·的濃度、⑷CH3·的濃度、⑸CH3CHO分解反應速率、⑹CH4的生產速率、⑺H2的生產速率、⑻CO的生產速率、以及⑼C2H6的生產速率。⑽當產物中CH4/C2H6比例趨近0時，CH3CHO分解反應為幾階反應？（20分）
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
本題核心為「擬穩定狀態近似法 (PSSA)」的應用。解題時應先寫出各基本反應步驟的速率方程式，接著針對活性中間體 (CHO· 及 CH3·) 列出淨生成速率並令其為零。解出中間體濃度後，再代入反應物與產物的速率方程式中即可求得結果。最後一題需透過比較產物生成速率的比例，消去可忽略的項以判定主要控速機制與反應階數。
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【解題思路】依據質量作用定律 (Law of Mass Action) 寫出各基本步驟的反應速率，並針對高活性中間體套用擬穩定狀態近似法 (PSSA)，令其淨生成速率為零以解出濃度。 【詳解】 為書寫及推導簡便，令 $A = \text{CH}_3\text{CHO}$。
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