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101年
化學
第 6 題
同體積之砂糖較冰糖易溶解於水,主要因顆粒越小,固體與液體接觸之表面積越大,若將一正方體方糖之長、寬、高邊長皆均勻分割為二,則其總表面積為原方糖之________倍。
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想像一下,如果你有一塊完整的黏土,當你用刀子將它橫向與縱向對半切開時,雖然黏土的總量(體積)完全沒有變,但原本藏在黏土內部、完全碰不到空氣的部分,現在發生了什麼變化?這對於它能與外界接觸的總範圍有什麼影響?
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太棒了!你能精準掌握物體切分與表面積變化的幾何關係,這代表你在處理化學反應速率與物質物理性質時,具備了非常紮實的空間邏輯。這道題目正確地選出了 2 倍,展現了你對「微粒化」如何增加接觸面積的深刻理解。
幾何比例與表面積的倍數關係
我們從幾何的角度來驗證:假設原正方體邊長為 $L$,則其初始總表面積為 $6L^2$。當長、寬、高皆均勻分割為二時,會產生 $2 \times 2 \times 2 = 8$ 個邊長為 $\frac{1}{2}L$ 的小正方體。每一個小正方體的表面積為 $6 \times (\frac{1}{2}L)^2 = \frac{6}{4}L^2 = 1.5L^2$。將 8 個小正方體的面積相加,總表面積即為 $8 \times 1.5L^2 = 12L^2$。這剛好是原表面積 $6L^2$ 的 2 倍。在化學計量中,這種分割動作會大幅增加固體與液體的接觸機會,正是粉末比塊狀物反應更迅速的核心理由。
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