民國111年 高考三級 化學工程 化學反應工程學考古題
民國111年 高考三級 化學工程 化學反應工程學收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
第1題
一不可逆（irreversible）液相化學反應A －k B 在由一個栓流式反應器
（plug flow reactor, PFR）與一個連續攪拌槽反應器（continuous stirred tank
reactor, CSTR）組成之反應系統進行恆溫化學反應，其動力學數據如下
X
0.2
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
-rA
（mol/m3-s）
0.45
0.30
0.195
0.151
0.113
0.079
0.05
其中X 為轉化率（conversion）、-rA 為反應速率。作為一專業化學工程
師，你的任務是設計一個串聯反應系統[ PFR（前）－CSTR（後）或CSTR
（前）－PFR（後）之串聯結構] 藉以最小化PFR 與CSTR 之總體積，
另外一個要求則是在第一個反應器出口的轉化率須為0.4，至於在第二
個反應器出口的最終轉化率則須為0.8。
那一種串聯組合可達成目標？請利用推導、論證、示意圖等簡要說明。
（15 分）
計算所選擇串聯組合中的PFR 與CSTR 各別V/FA0 值，其中V 為反應
器體積、FA0 則為反應物在第一個反應器入口的莫爾流率。（15 分）
工具箱：
f（x）dx（積分由下限a 積至上限b）
={[（b－a）/4]/3}[f（a）+4f（a+ x）+2f（a+2 x）+4f（a+3 x）+f（b）]，
其中 x =（b－a）/4
第2題
一基本（elementary）、不可逆（irreversible）液相化學反應A －k B 在
一包含三個具有相同體積（V）且互相串聯的連續攪拌槽反應器（CSTR）
系統進行恆溫化學反應，其中k 為反應速率常數，在第一個、第二個與
第三個反應器出口的轉化率分別是X1、X2 與X3。假設體積流率
（volumetric flow rate, v0）為一常數，且X1 = 0.4，則X2 與X3 為何？
（25 分）
第3題
一連鎖化學反應（chain reactions）機制如下：
起始反應（initiation）
I
ki
2 R*
成長反應（propagation）
M R* kp
R*
終結反應（termination）
R* R* kt
P
其中起始反應、成長反應與終結反應皆為一基本（elementary）、不可逆
（irreversible）化學反應，I 是起始劑、R*是自由基（亦即活性中心，在
反應過程中其濃度（CR*）可視為處於擬穩定狀態（pseudo-steady state），
M 是單體反應物（其濃度為CM），P 則是高分子產物。至於ki、kp 與kt
則分別為起始反應速率常數、成長反應速率常數與終結反應速率常數。
請推導成長反應速率式（-rp）。（15 分）
若擬將成長反應速率增加為原來值之二倍，則如何達到此目標？（10 分）
第4題
一不可逆（irreversible）化學反應A －k B，k 為反應速率常數，反應
速率式-rA = -d CA/d t，其中CA 為A 之濃度、t 為反應時間。請分別針對
零級（zero order）、一級（first order）與二級（second order）之化學反應
來定性敘述如何採用積分法（integral method）來求得k（例如可利用簡
要推導、論證、示意圖等方式作答）？（20 分）