材料熱力學
以三選一題型確認吉布斯自由能與自發變化的條件、Ellingham圖的判讀、平衡氧分壓與H₂/H₂O比、活性與活性係數、理想溶液與正規溶液的混合自由能，以及離相分解。計算題也附有解析。
—你的答對率
0 / 15已作答的題目
材料熱力學的重點
溫度與壓力一定時，變化會朝吉布斯自由能 G = H − TS 下降的方向進行，ΔG = 0 時達到平衡。比較氧化物穩定性的Ellingham圖，是把每1 mol O₂的生成ΔG°對溫度作圖，直線越低的金屬形成的氧化物越穩定，並能還原上方直線的氧化物。由 ΔG° = RT ln pO₂ 可求得金屬與氧化物共存的平衡氧分壓。
溶液或固溶體中成分的有效濃度就是活性，在理想溶液中等於莫耳分率，偏差以活性係數表示。固溶體的自由能由混合熵造成的下降與混合焓的平衡決定，在正規溶液模型中異種原子互相排斥時，低溫下會出現互溶間隙。2相的平衡組成由公切線決定，在間隙內側則會發生離相分解。
材料熱力學的題目列表（15題）
- 在溫度與壓力一定的條件下，判定封閉系統的變化是否自發進行的物理量與條件，下列組合何者正確？
- 關於 ΔH > 0、ΔS > 0 的反應（例如碳酸鹽的熱分解），下列何者正確？設ΔH與ΔS不隨溫度改變。
- 設碳酸鈣的分解 CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) 的標準反應焓為 ΔH° = +178 kJ/mol，標準反應熵為 ΔS° = +161 J/(mol·K)，兩者都不隨溫度改變。在CO₂分壓為1 bar的標準狀態下，分解開始自發進行的溫度（ΔG° = 0 的溫度）最接近下列何者？
- 在Ellingham圖中，大多數金屬的氧化反應 2M(s) + O₂(g) → 2MO(s) 的ΔG°直線，溫度越高ΔG°越大（越接近0），呈右上升，其主要原因為下列何者？
- 關於Ellingham圖中碳的反應 2C(s) + O₂(g) → 2CO(g) 的直線，下列敘述何者正確？
- 在Ellingham圖中，所有氧化物的生成反應都統一成每1 mol O₂的ΔG°來作圖。這樣做的主要優點為下列何者？
- 設在1000℃下，4/3 Al + O₂ → 2/3 Al₂O₃ 的ΔG°為 −850 kJ/mol，4/3 Cr + O₂ → 2/3 Cr₂O₃ 的ΔG°為 −530 kJ/mol（都是每1 mol O₂）。2/3 Cr₂O₃ + 4/3 Al → 2/3 Al₂O₃ + 4/3 Cr 的ΔG°與反應進行方向的組合，下列何者正確？所有物質都視為純物質。
- 在1000 K下，2Ni(s) + O₂(g) → 2NiO(s) 的ΔG°為 −298 kJ/mol。Ni與NiO共存的平衡氧分壓最接近下列何者？Ni與NiO為純固體（活性為1），標準壓力取1 bar，氣體常數取8.314 J/(mol·K)，ln 10 = 2.303。
- 設在1000 K下，2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g) 的ΔG°為 −385 kJ/mol，2Ni(s) + O₂(g) → 2NiO(s) 的ΔG°為 −298 kJ/mol。在H₂–H₂O混合氣體中將鎳退火時，Ni與NiO達到平衡的分壓比 pH₂O/pH₂ 最接近下列何者（比值小於此值時Ni不會被氧化）？氣體常數取8.314 J/(mol·K)，Ni與NiO為純固體。
- 關於溶液（液體或固溶體）中成分的活性，下列敘述何者正確？
- 設在某溫度下，純Cr與Cr₂O₃共存的平衡氧分壓為p₀。在相同溫度下，Cr活性為0.10的合金與純Cr₂O₃共存的平衡氧分壓約為p₀的幾倍？反應取 4/3 Cr + O₂ → 2/3 Cr₂O₃。
- 關於理想溶液（理想固溶體）的混合吉布斯自由能 ΔG_mix = RT[x ln x + (1 − x) ln(1 − x)]，下列敘述何者正確？x為其中一個成分的莫耳分率。
- 正規溶液模型把混合焓取為 ΔH_mix = Ωx(1 − x)（Ω為不隨溫度改變的交互作用參數），混合熵與理想溶液相同。Ω = +20 kJ/mol 時，固溶體分離成2相的區域（互溶間隙）消失的臨界溫度 Tc = Ω/(2R) 最接近下列何者？氣體常數取8.314 J/(mol·K)。
- 在一定的溫度與壓力下，二元系的α相與β相要達到平衡共存，其條件為下列何者？
- 將具有互溶間隙的固溶體從高溫的1相狀態急冷，並保持在間隙內側的溫度。關於離相分解，下列敘述何者正確？