111年:呼治儀器
液態氧氣的分餾是利用:
A給呂薩克定律(Gay-Lussac's law)
B波義耳定律(Boyle's law)
C焦耳-克耳文效應(Joule-Kelvin effect)
D亞佛加厥定律(Avogadro's law)
詳細解析
本題觀念:
本題考液態氧氣工業製程(分餾,fractional distillation)背後所利用的物理原理——焦耳-克耳文效應(Joule-Kelvin effect,又稱Joule-Thomson effect)。此效應是指真實氣體經節流(throttling,經由閥門或多孔塞快速膨脹)時,在絕熱、焓值不變(isenthalpic)的條件下會發生溫度變化,通常表現為冷卻降溫,是液化氣體工業製程的核心物理基礎。
選項分析
| 選項 | 判斷 | 理由 |
|---|---|---|
| A | ❌錯誤 | 給呂薩克定律描述的是定容下氣體壓力與溫度的關係,並非液化製程所利用的原理 |
| B | ❌錯誤 | 波以耳定律描述定溫下壓力與體積成反比,屬於基本氣體行為,非液化降溫的機轉 |
| C(答案) | ✅正確 | 液態氧氣的分餾製程主要利用焦耳-克耳文效應,使氣體經節流閥迅速膨脹降溫 |
| D | ❌錯誤 | 亞佛加厥定律描述體積與分子數的關係,與氣體液化降溫無關 |
答案解析
液態氧的工業製程,是先將空氣多次壓縮、冷卻,再利用焦耳-克耳文效應,讓高壓氣體經節流閥快速膨脹,過程中氣體溫度隨之下降;如此反覆循環,使空氣溫度逐漸降低,直到液化(約攝氏零下192度)。液化後的液態空氣接著送入高壓精餾塔(約5~6大氣壓)進行分餾:由於氮氣沸點(約攝氏零下1
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