109年:呼治儀器(2)
當二氧化碳於溫度和壓力高於三相點(-56.6˚C,60.4 psig),但低於臨界溫度(31.1˚C)狀態下,儲存於鋼瓶,則存在形式為:
A液態
B液態或氣態共同存在
C固態或液態共同存在
D氣態
詳細解析
本題觀念:
本題考查二氧化碳(CO2)相圖(phase diagram)中,三相點(triple point)與臨界溫度(critical temperature)之間的溫壓區間內,物質存在的相態。CO2三相點約在-56.6℃、60.4 psig,臨界溫度約31.1℃,這是理解醫療氣體鋼瓶儲存狀態的重要物理背景知識。
選項分析
- (A) 液態 ❌ 若僅為單一液態,需壓力高到足以完全壓縮所有氣體,但鋼瓶內在此溫壓區間實際會呈氣液平衡而非純液態。
- (B) 液態或氣態共同存在 ✅ 正確答案,見下方解析。
- (C) 固態或液態共同存在 ❌ 固態僅存在於低於三相點溫度或壓力不足的條件,題目已設定溫壓高於三相點,不會有固態。
- (D) 氣態 ❌ 若僅為氣態,代表壓力不足以使部分氣體液化,但鋼瓶為密閉定容容器,在此溫壓範圍內實際上會形成氣液平衡,非單純氣態。
答案解析
依CO2相圖,三相點(-56.6℃,60.4 psig)是固、液、氣三相共存的臨界條件,低於此溫度或壓力,CO2會以固態(乾冰)與氣態共存;臨界溫度(31.1℃)以上,無論加多大壓力,CO2都只會以超臨界流體(supercritical fluid)型態存在,不再有明顯液態與氣態的分界。當溫度介於三相點與臨界溫度之間(即題目所述範圍),只要鋼瓶內壓力達到該溫度下
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