高考申論題
109年
[材料工程] 材料熱力學
第 三 題
三、305 K 下，1.6 莫耳的 N₂ 氣體與 0.4 莫耳的 O₂ 氣體，各別放置在兩個 25 公升的空間中；當這兩個空間的隔板抽除，讓這兩個理想氣體混合之後，總體積為 50 公升，請問該氣體混合前後的焓（enthalpy）、熵（entropy）以及吉布士自由能的變化為多少？（20分）
📝 此題為申論題
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看到理想氣體混合，首先確認是否為等溫過程，等溫下理想氣體混合焓變(ΔH)必為0。計算熵變(ΔS)時需特別注意陷阱：本題兩氣體初始體積相同但莫耳數不同，代表初始壓力不相等，因此絕對不能死背代入等壓混合公式「-RΣX_i lnX_i」，而必須將過程視為兩種氣體各自的等溫膨脹 (ΔS = nR ln(V_f/V_i)) 來計算。
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【解題關鍵】理想氣體等溫混合過程的焓變為零；因初始壓力不相等，混合熵變必須透過各氣體的等溫膨脹體積變化公式 $\Delta S = nR \ln(V_f/V_i)$ 分別計算，再以 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ 求吉布士自由能變化。 【解答】 已知條件整理：
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