一般警察人員考試四等考試-消防警察人員類別普通物理學概要與普通化學概要108 年第 17 題單選題
將 $100^{\circ}$ C、質量為 90 公克的水蒸汽，與 $0^{\circ}$ C、質量為 810 公克的冰置於一絕熱密閉容器內。假設水的汽化熱固定為 540 卡/公克、冰的熔化熱固定為 80 卡/公克。當達到熱平衡時，下列敘述何者正確？
A容器內全都是液態水
B容器內全部是固態冰
C容器內液態水之質量小於固態冰之質量
D容器內液態水之質量大於固態冰之質量正確答案
D正確答案
水蒸汽凝結放熱 48600 卡，只能融化 607.5 克冰，剩餘冰 202.5 克，液態水 697.5 克＞固態冰。
為什麼答案是 D
蒸汽凝結放熱 90×540=48600 卡，可熔冰 48600÷80=607.5 克。最終液態水=90+607.5=697.5 克，固態冰=810-607.5=202.5 克，水>冰。
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完整詳解
Pro · 無限重點 水蒸汽凝結放熱 48600 卡，只能融化 607.5 克冰，剩餘冰 202.5 克，液態水 697.5 克＞固態冰。
算放熱：90×540=48600 卡；能融冰：48600÷80=607.5 克。冰剩 810-607.5=202.5 克，水=90+607.5=697.5 克，水>冰。
逐選項分析
A✕
水蒸汽凝結放出的熱量僅 48600 卡，不足以熔化全部 810 克冰（需 64800 卡），故仍有冰殘留，非全為液態水。
B✕
水蒸汽凝結後必為液態水（100℃），且會使部分冰熔化，絕不可能全部變成固態冰。
C✕ 陷阱
計算後液態水 697.5 克、固態冰 202.5 克，水多於冰。若誤以為蒸汽凝結熱小才會選此，屬計算陷阱。
D✓ 正確
蒸汽凝結放熱 90×540=48600 卡，可熔冰 48600÷80=607.5 克。最終液態水=90+607.5=697.5 克，固態冰=810-607.5=202.5 克，水>冰。
熱平衡計算步驟
| 步驟 | 公式 | 數值 | 結果 |
|---|
| 蒸汽凝結放熱 | m×L汽化 | 90×540 | 48600 卡 |
| 全熔冰所需熱 | m×L熔化 | 810×80 | 64800 卡 |
| 可熔冰質量 | Q÷L熔化 | 48600÷80 | 607.5 克 |
| 最終液態水 | 90+607.5 | — | 697.5 克 |
| 最終固態冰 | 810-607.5 | — | 202.5 克 |
考生易誤判為「全熔化」或「全結冰」。關鍵在先算蒸汽放熱 48600 卡，再比對熔冰所需 64800 卡，熱量不足以全熔，但能熔超過一半，故三相共存且水>冰。 
