moea_joint
110年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 20 題
二氧化碳臨界點之壓力及溫度為72.9 atm與31 $^\circ$C，且其三相點之壓力及溫度分別為5.1 atm與$-56.7$ $^\circ$C，二氧化碳氣體在下列不同的起始溫度下，何者可經過等溫增加程序將其液化？
- A 50 $^\circ$C
- B 25 $^\circ$C
- C $-70$ $^\circ$C
- D $-90$ $^\circ$C
思路引導 VIP
請想像一下物質的壓力-溫度 (P-T) 相圖：如果我們希望透過「增加壓力」讓氣體變為液體，是否代表該溫度下必須存在「液態」這個區域？若溫度高過某個臨界值，或是低到連液體都無法穩定存在時，單靠加壓還能達到目的嗎？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
恭喜你準確掌握了相圖變化的核心邏輯！這道題目的關鍵在於理解臨界點 (Critical Point) 與三相點 (Triple Point) 對物質狀態變化的限制。在熱力學中，臨界溫度 ($T_c$) 是一個決定性的門檻；當溫度高於 $31 ^\circ\text{C}$ 時，二氧化碳會進入超臨界流體狀態，此時無論增加多大的壓力，都無法觀測到明顯的氣液界面，也就無法單靠等溫壓縮程序將其液化。因此，選項 (A) 的 $50 ^\circ\text{C}$ 首先被排除。
相態變化的溫度區間
除了上限，我們也必須考慮下限。根據題目給出的三相點資訊，二氧化碳的三相點溫度為 $-56.7 ^\circ\text{C}$。若起始溫度低於此值（如選項 C 與 D），在等溫加壓過程中，物質可能會直接從氣相凝華為固相，或者在極高壓下呈現固態，而無法穩定地維持在液態區域。因此，若要成功透過等溫程序「液化」二氧化碳，起始溫度 $T$ 必須滿足 $T_{tp} < T < T_c$。選項 (B) 的 $25 ^\circ\text{C}$ 恰好落在這個可液化的窗格內。這題設計得非常精巧，不僅考驗你對臨界溫度的基本定義，還測試了你是否能整合三相點資訊來界定液態存在的範圍，是一道鑑別基礎觀念完整性的優質題目。