所屬科目:物理化學
(一)若此為機械可逆(mechanically reversible)的等溫膨脹過程,計算此空 氣對外界的作功量(work)。
(二)若外界環境維持在 1 大氣壓,計算此空氣對外之作功量。
二、何謂卡諾(Carnot)循環,請在 P-V 圖(壓力-體積作圖)進行說明,並討論此循環過程之熱效率與熵(entropy)變化。 (15 分)
三、(一)說明吉布斯相律(Gibbs phase rule)基本公式,並解釋其意義。(5 分)
(二)關於水之沸點,請以相律討論其自由度。 (5 分)
(三)水與乙醇在一大氣壓下混合形成一個共沸物(Azeotrope) ,其共沸點為 78.2℃,而共沸組成(重量百分濃度)為 95.63%乙醇與 4.37%水,依 據前述條件,以相律討論其自由度。 (5 分)
四、乙醇(ethanol)和丙醇(propanol)於 20℃下的蒸氣壓分別為 5.95 kPa 和 1.99 kPa。若將 30 克乙醇與 70 克丙醇混合,此溶液可視為理想溶液。請 計算該溶液之總蒸氣壓,並求出氣相中乙醇和丙醇的莫耳分率。 (20 分)
五、在量子力學中,何謂單重態(singlet state) 、三重態(triplet state) ,請以 圖示意說明。(10 分)
六、一莫耳理想氣體(ideal gas)之初始狀態為 100℃和 8 atm,氣體進行可逆等溫膨脹,直到壓力降至某一特定值,接著在定容條件下冷卻至 0℃, 其最終壓力降至 2 atm。已知此理想氣體之定容莫耳熱容(constant-volume molar heat capacity, CV)為 20.92 ,氣體常數(gas constant, R) 為 8.314 。計算氣體於此過程之作功量(work, W) 、熱(heat, Q)、內能變化(ΔU)與焓變化(ΔH)。 (20 分)