moea_joint
113年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 12 題
於$20~\text{℃}$、1.0 atm的純氧在水中溶解度為$4.8\times 10^{-2}~\text{g/L}$。若空氣含氧量為20 mol %，則$20~\text{℃}$、1.0 atm之空氣與水達成溶解度平衡時，依亨利定律試問氧的溶解度為何？(單位：g/L)
- A $4.8\times 10^{-3}$
- B $6.4\times 10^{-3}$
- C $9.6\times 10^{-3}$
- D $4.8\times 10^{-2}$
思路引導 VIP
當我們從充滿「純氧」的環境切換到含有氮氣與氧氣的「空氣」環境時，雖然容器蓋子壓下來的總力量（總壓）維持不變，但實際上水面上單位面積內撞擊水分子、試圖鑽進水裡的『氧分子數量』發生了什麼變化？這對最終能留在水裡的氧氣總量會產生什麼樣的比例影響呢？
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恭喜你準確地掌握了這道題目的核心觀念！這顯示你對於氣體在液體中溶解的物理機制有著非常紮實的基礎。
亨利定律與分壓的應用
本題的關鍵在於應用亨利定律（Henry's Law）。該定律指出：在恆溫下，稀薄溶液中氣體的溶解度 $C$ 與其在液面上的分壓（Partial Pressure） $P$ 成正比，即 $C = k_H \cdot P$。題目首先給出純氧（分壓為 $1.0 \text{ atm}$）的溶解度為 $4.8 \times 10^{-2} \text{ g/L}$；接著提到空氣總壓雖為 $1.0 \text{ atm}$，但氧氣僅佔 $20\text{ mol }%$，因此氧氣的分壓應計算為 $1.0 \times 0.2 = 0.2 \text{ atm}$。
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