民國112年 高考三級 化學工程 物理化學（包括化工熱力學）收錄考選部官方試題，共 5 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
有100 mol的理想氣體置於密閉系統（closed system）中，初始溫度與壓力 分別為300 K 與1 atm，將其於定壓下加熱到溫度800 K（第一步驟）；然 後，等溫壓縮至其相同的初始體積（第二步驟）。已知氣體常數（gas constant, R）為 8.314 J mol K ，且該氣體定壓莫耳比熱（constant-pressure molar heat capacity, p C ）為 30 J mol K 。 試將此兩步驟程序繪製於壓力（P）- 體積（V）關係圖中，圖中必須包 含座標軸名稱與單位，並標示初始狀態、第一步驟結束狀態及最終狀態 的座標值。（14分） 試計算此程序的總內能變化 U ） （ 。（5分） 試計算此程序的總焓（enthalpy）變化 H ） （ 。（5分） 試計算此程序外界對系統作功量W） （ 。（6分） 試計算此程序所吸收的熱量Q） （ 。（5分）
在25℃時，進行一基本反應（elementary reaction） ) (g) (g A B ，已知該反應 25℃時的速率常數（rate constant）為 6.93 10 s 。（每小題5分，共10分） 試計算 ( ) g A 的半衰期（half-life）為多少小時？ 若初始時系統內僅含壓力82.6 kPa的 ( ) g A ，試計算1小時後 ( ) g A 的分壓。
已知25℃下，甲烷的標準燃燒焓（standard enthalpy of combustion, c ΔH ） 為 890.4 kJ mol ，而其標準燃燒吉布士自由能（standard Gibbs free energy of combustion, c ΔG ）為 817.9 kJ mol 。若有一燃料電池（fuel cell）設計 以甲烷作為燃料發電，已知左側電極室進行甲烷氣體完全氧化生成二氧 化碳和液體水；右側電極室則進行氧氣的還原反應。 請問那一側的電極室是負極？試寫出該燃料電池負極的半反應方程式。 （10分） 試寫出該甲烷燃料電池的全反應方程式。（5分） 25℃、1 bar 下，試計算該燃料電池的標準電位差（standard potential difference）。已知法拉第常數（Faraday constant）為 96485 C mol 。（7分）
在X射線光電子實驗中，一波長120 pm的光子撞擊到一原子，使該原子內 層電子被激發出，並具有 3.27 10 km s 的速度。試計算該電子的結合能 （binding energy）？（7分） 註：普朗克常數（Planck constant）為 6.626 10 J s ；光速為 3.00 10 m s ； 一個電子質量為 9.109 10 kg ； 1pm m 。
丙酮（acetone）- 乙腈（acetonitrile）組成的二成分系統，已知兩物質的蒸 氣壓可分別以下列兩式計算： S ln(P ) 14.55 T 35.93 S ln(P ) 14.27 T 49.15 其中 S 1P 為丙酮的蒸氣壓，單位為kPa； S 2P 為乙腈的蒸氣壓，單位為kPa； T為溫度，單位為K 。假設組成的溶液符合拉午耳定律（Raoult’s law）。 試計算300 K、25 kPa 時，液相中丙酮的莫耳分率 1x （）與氣相中丙酮的 莫耳分率 1y （）。（14分） 300 K 下，當液相中丙酮的莫耳分率 1x （）為0.4時，試計算總壓P （）與氣 相中丙酮的莫耳分率 1y （）。（12分）