高考申論題
112年
[化學工程] 化學反應工程學
第 一 題
📖 題組：
一、(一)以絕熱栓狀流反應器（plug flow reactor）進行可逆氣相放熱反應時，轉化率可能會很低，請解釋原因。舉兩種可提高轉化率的方法，並說明理由。需要的話可以用簡圖說明，無文字說明的圖不給分。（10 分） (二)有一反應系統中，含有 A、B、C 三種物質。A 與 B 之間可達平衡，平衡常數為 1；B 反應成 C 為不可逆反應，其反應速率常數等於 A 反應成 B 的反應速率常數。根據以下起始條件，請繪製三種物質的濃度隨反應時間而變化的曲線。（10 分） 1. 只有 A，沒有 B 或 C。 2. 只有 B，沒有 A 或 C。 3. 只有 C，沒有 A 或 B。
一、(一)以絕熱栓狀流反應器（plug flow reactor）進行可逆氣相放熱反應時，轉化率可能會很低，請解釋原因。舉兩種可提高轉化率的方法，並說明理由。需要的話可以用簡圖說明，無文字說明的圖不給分。（10 分） (二)有一反應系統中，含有 A、B、C 三種物質。A 與 B 之間可達平衡，平衡常數為 1；B 反應成 C 為不可逆反應，其反應速率常數等於 A 反應成 B 的反應速率常數。根據以下起始條件，請繪製三種物質的濃度隨反應時間而變化的曲線。（10 分） 1. 只有 A，沒有 B 或 C。 2. 只有 B，沒有 A 或 C。 3. 只有 C，沒有 A 或 B。
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
以絕熱栓狀流反應器（plug flow reactor）進行可逆氣相放熱反應時，轉化率可能會很低，請解釋原因。舉兩種可提高轉化率的方法，並說明理由。需要的話可以用簡圖說明，無文字說明的圖不給分。
思路引導 VIP
這題結合了熱力學平衡與反應動力學。遇到可逆放熱反應在絕熱系統中的問題，應立刻聯想到「溫度上升會導致平衡常數下降（勒夏特列原理）」，從而限制了平衡轉化率。解決方法的核心在於「移除反應熱」，如採用多段式中間冷卻或夾套/冷進料冷卻。
小題 (二)
有一反應系統中，含有 A、B、C 三種物質。A 與 B 之間可達平衡，平衡常數為 1；B 反應成 C 為不可逆反應，其反應速率常數等於 A 反應成 B 的反應速率常數。根據以下起始條件，請繪製三種物質的濃度隨反應時間而變化的曲線。
1. 只有 A，沒有 B 或 C。
2. 只有 B，沒有 A 或 C。
3. 只有 C，沒有 A 或 B。
思路引導 VIP
本題重點在於串聯與可逆反應的動力學分析。首先須根據題目給定的平衡常數與速率常數關係，列出各物質的淨速率微分方程式。接著針對三種不同的初始條件，代入時間 t=0 的初始值，判斷曲線的初始斜率（切線）、極值（先升後降）及最終穩定狀態（漸近線），以此繪制定性準確的濃度-時間變化圖。