材料熱力學

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?

  1. A約833 K
  2. B約1106 K
  3. C約1379 K
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正確答案:B. 約1106 K

令 ΔG° = ΔH° − TΔS° = 0,得 T = ΔH°/ΔS° = 178×10³ J/mol ÷ 161 J/(mol·K) ≈ 1106 K,換算成攝氏溫度約為833℃。高於此溫度時 ΔG° < 0,即使CO₂分壓為1 bar分解也會進行。約833 K 是把絕對溫度減去273所得的攝氏溫度數值,誤加上單位K的結果。約1379 K 則是反過來加上273的值。若把kJ單位的ΔH°直接除以J單位的ΔS°,會得到約1.1 K,因此統一單位也很重要。實際煅燒石灰石時,降低CO₂分壓就能在更低的溫度下分解。

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