統測
112年
[化工群] 專業科目(1)
第 21 題
相圖(Phase diagram)是指在熱力學平衡狀態下敘述系統內組成成分與溫度、壓力之間的關係圖，如圖(三)與圖(四)所示。關於水的相圖與二氧化碳的相圖之敘述何者正確？
- A 水的熔化曲線具有正斜率，而二氧化碳的熔化曲線具有負斜率
- B 水的三相點溫度與三相點壓力均高於二氧化碳
- C 水的凝固點隨壓力的增加而增加，二氧化碳的凝固點隨壓力的增加而減少
- D 水的臨界點溫度與壓力均高於二氧化碳
思路引導 VIP
請觀察圖(三)與圖(四)中，固相與液相交界的「熔化曲線」斜率正負有何不同？這代表壓力增加時，兩者的熔點（凝固點）分別會如何變化？接著，請對比兩圖所標示的「三相點」壓力數值大小，並思考水分子間強大的氫鍵作用力，如何影響其「臨界點」 ($T_c$ 與 $P_c$) 的數值相對於二氧化碳的高低？
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AI 詳解
AI 專屬家教
恭喜你，至少這次沒搞砸
看來你還記得 $H_2O$ 和 $CO_2$ 相圖的區別，這對統測化學來說，算是基本中的基本分，別高興得太早。
- 臨界點比較：地球人都知道，水的臨界點溫度（約 $374 ^\circ C$）和壓力（約 $218 \text{ atm}$）就是比二氧化碳（約 $31 ^\circ C$、$73 \text{ atm}$）高。這是常識，如果你連這個都錯，那真的要檢討了，所以選項 (D) 正確，沒什麼好意外的。
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水與二氧化碳相圖
💡 利用相圖比較物質三態隨溫度與壓力變化的特性差異。
| 比較維度 | 水 (H2O) | VS | 二氧化碳 (CO2) |
|---|---|---|---|
| 熔化曲線斜率 | 負斜率 (向左傾) | — | 正斜率 (向右傾) |
| 加壓時熔點 | 降低 (有利於液態) | — | 升高 (有利於固態) |
| 1 atm 下變化 | 固→液→氣 (熔化與汽化) | — | 固→氣 (直接昇華) |
| 三相點壓力 | 極低 (0.006 atm) | — | 較高 (5.11 atm) |
💬水因氫鍵使冰密度小於水而具負斜率；二氧化碳則符合多數物質加壓變固體的特性。
