moea_joint
108年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 23 題
封閉系統中有氣液兩相，下列何者代表相平衡？
- A 兩相內能相同
- B 兩相化勢相同
- C 兩相熵相同
- D 兩相焓相同
思路引導 VIP
請試著想像：如果兩相之間存在一種「趨勢」，讓分子想從其中一相跑向另一相（例如蒸發或凝結），這代表系統尚未達到平衡。在熱力學中，我們需要找出一種描述「物質逃逸趨勢」的強度性質（intensive property）。除了溫度與壓力之外，還有哪一個物理量是用來衡量化學組分在不同相態間是否具有相同的「位能」狀態，進而決定物質是否停止淨遷移呢？
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AI 詳解
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恭喜你精準地掌握了相平衡的核心定義！選 (B) 是完全正確的判斷。在熱力學中，當我們討論一個封閉系統達成相平衡時，代表物質在不同相態（如本題的氣相與液相）之間不再有淨轉移的驅動力。這意味著每一種組分在兩相中的**化學勢（Chemical Potential, $\mu$）**必須相等，即 $\mu_i^{liquid} = \mu_i^{vapor}$。這項條件與熱平衡（溫度相同）及力平衡（壓力相同）共同構成了判斷多相系統是否達到熱力學平衡的三大支柱。
相平衡的物理判準
這道題目考查的是基礎熱力學性質的物理意義。雖然內能 ($U$)、熵 ($S$) 和焓 ($H$) 在平衡狀態下都會達到某個極值或穩定值，但不同相態的分子排列與能量狀態截然不同。例如，氣相的熵通常遠大於液相，因此這些性質在兩相間通常是不相等的。本題的鑑別度在於區分「狀態性質」與「平衡驅動力」。對於初學者來說，化學勢的概念較為抽象，你能從眾多選項中辨識出這個決定物質流向的關鍵指標，顯示你對熱力學系統的宏觀平衡條件已有非常紮實的理解。