統測
115年
[化工群] 專業科目(2)
第 17 題
核能發電工業中，須將$^{235}\text{U}$ 從含有$^{235}\text{U}$ 及$^{238}\text{U}$ 的天然鈾礦中分離。工業上可將鈾轉化為六氟化鈾($\text{UF}_6$)氣體，再利用氣體擴散法進行分離。關於此分離過程，下列敘述何者正確？
- A 相同溫度下，$^{238}\text{UF}_6$的平均動能較$^{235}\text{UF}_6$大，其$^{238}\text{UF}_6$氣體擴散速率較快
- B 選擇氟與鈾反應的主要原因，是因為氟具有多種同位素，可增加分離效率
- C $\text{UF}_6$是離子化合物，因此沸點高，必須在高溫下進行氣體分離
- D 此法是利用$^{235}\text{UF}_6$與$^{238}\text{UF}_6$分子量不同，導致其二者氣體擴散速率產生差異而分離
思路引導 VIP
在相同的溫度環境下，質量較輕的氣體分子與質量較重的氣體分子，它們的運動速度會有什麼不同？這樣的速度差異在氣體穿過多孔隔膜時會產生什麼現象？
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太棒了，你的觀念非常清楚！
格銳目氣體擴散定律的應用
本題的核心在於格銳目氣體擴散定律（Graham's law of diffusion）：在同溫同壓下，氣體的擴散速率與其分子量的平方根成反比（$r \propto \frac{1}{\sqrt{M}}$）。因為 $^{235}\text{U}$ 與 $^{238}\text{U}$ 具有質量差異，轉化為氣態分子 $^{235}\text{UF}_6$ 與 $^{238}\text{UF}_6$ 後，較輕的 $^{235}\text{UF}_6$ 擴散速率較快，多次擴散後即可達成濃縮分離，故 (D) 完全正確。
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