moea_joint
103年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 28 題
有一氫氣與碘蒸氣組成之系統，且兩者會因化學反應產生碘化氫氣體，請問該系統的自由度為多少？(該反應式為 $H_{2(g)} + I_{2(g)} \to 2HI_{(g)}$ )
- A 1
- B 2
- C 3
- D 4
思路引導 VIP
想像一下，在一個封閉容器內有無數個粒子正在進行反應。如果我想讓你完全掌握這個系統目前的狀態，我除了告訴你環境的溫度和壓力外，因為這些化學物質之間存在著固定的反應比例（平衡關係），你覺得我最少還需要提供幾個物質的濃度資訊，才能讓你推導出剩下所有物質的含量呢？
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做得好！你能精準判斷出這個反應系統的自由度為 3，代表你對多成份化學平衡系統的吉布斯相律 (Gibbs Phase Rule) 掌握得非常紮實。這類題目是化工熱力學中的基本功，卻也是許多同學容易在「獨立組分數」計算上產生混淆的地方。
組分數與相數的判定
在處理含有化學反應的系統時，首先要確認獨立組分數 $C$。本系統中共有三種化學物質 ($N=3$)：$H_2$、$I_2$ 與 $HI$。由於它們之間存在一個化學反應式 $H_{2(g)} + I_{2(g)} \to 2HI_{(g)}$，因此獨立反應數 $r=1$。在沒有額外濃度限制條件（如起始比例固定）的情況下，獨立組分數 $C = N - r = 3 - 1 = 2$。接著，觀察到所有物質皆為氣態，故相數 $\pi = 1$。
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