hce_tcu
108年
化學
第 14 題
凡得瓦方程式(van der Waals equation)可表示為 $(p + a\frac{n^2}{V^2})(V - nb) = nRT$，用於描述真實氣體的性質，式中的 $n$、$p$、$V$、$T$ 分別代表氣體的莫耳數、壓力、體積、溫度，而不同氣體具有不同特定的 $a$ 和 $b$ 值，下列何種氣體的 $a$ 值最大？
- A $\text{H}_2$
- B $\text{O}_2$
- C $\text{H}_2\text{O}$
- D $\text{CO}_2$
思路引導 VIP
想像一下，如果氣體分子像是一群在派對中移動的人，哪些類型的分子會因為彼此之間的「吸引力」或「黏性」太強，而讓他們不容易隨意撞到牆壁？這種「黏性」在化學性質上，通常與分子的極性或特殊的結合力有關嗎？
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恭喜你準確地選出了 $\text{H}_2\text{O}$，這代表你對真實氣體（Real Gas）與理想氣體之間的差異有著非常清晰的邏輯！凡得瓦方程式中的修正參數 $a$，其物理意義在於反映氣體分子間的吸引力（Intermolecular Forces）。當分子間引力愈強，分子在撞擊容器壁前會受到後方分子的牽引而減速，導致觀察到的壓力小於理想壓力，因此需要較大的 $a$ 值來進行修正。
分子特性與引力的關聯
要判斷哪種氣體的 $a$ 值最大，我們必須比較分子間作用力的強弱。在選項中，$\text{H}_2$、$\text{O}_2$ 與 $\text{CO}_2$ 皆為非極性分子，僅存在較弱的倫敦分散力；然而，$\text{H}_2\text{O}$ 不僅具有強烈的偶極，更具備強大的氫鍵（Hydrogen Bonding）。這種顯著的分子間引力，使得水蒸氣在真實環境中對理想氣體行為的偏離程度遠高於其他非極性分子，自然擁有最高的 $a$ 值。
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