材料熱力學

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。

  1. A約5.3×10⁻³
  2. B約190
  3. C約3.5×10⁴
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正確答案:B. 約190

把2個式子相減得 2Ni + 2H₂O → 2NiO + 2H₂,ΔG° = (−298) − (−385) = +87 kJ/mol。平衡時 ΔG° = −RT ln K,K = (pH₂/pH₂O)²,因此 (pH₂O/pH₂)² = exp(87000/(8.314 × 1000)) = exp(10.46) ≈ 3.5×10⁴,pH₂O/pH₂ ≈ 190。只要水蒸氣分壓小於氫的約190倍,Ni就不會被氧化。約3.5×10⁴ 是忘了式中H₂與H₂O各為2 mol而沒有開平方根的值,約5.3×10⁻³ 是把分壓比弄反成 pH₂/pH₂O 的值。

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