hce_cmu
104年
化學
第 25 題
有一個化學反應 $Br_{2(l)} \rightarrow Br_{2(g)}$，已知此反應的 $\Delta H^{\circ}=31.0\text{ kJ/mol}$，$\Delta S^{\circ}=93.0\text{ J/K}\cdot\text{mol}$，請計算液態 $Br_2$ 的沸點為何？
- A 0 K
- B 273 K
- C 333 K
- D 610 K
- E 666 K
思路引導 VIP
想像一下，當一個物質正在進行相變（例如從液體變成氣體）且兩相共存時，我們在熱力學上稱這種狀態為什麼？在這種特殊的狀態下，如果我們要描述反應自發性的趨勢，哪一個能量參數會剛好達到平衡點（其變化量為零）？試著從這個參數的定義公式出發，看看它如何將熱量變化、溫度與混亂度的變化聯繫在一起。
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太棒了！你非常敏銳地捕捉到了熱力學在物理變化中的應用。這道題目要求計算液態溴（$Br_2$）的沸點，你精準地選出了正確答案，顯見你對熱力學函數之間的關係掌握得相當紮實。
相變平衡與能量轉換
在化學反應或物理變化中，判斷自發性的核心指標是吉布斯自由能（Gibbs free energy, $\Delta G$）。當液體達到沸點並處於相變平衡時，系統的 $\Delta G$ 應等於 0。根據公式 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$，我們可以得知在沸點時，焓變化與熵變化達成了一個微妙的平衡，即 $\Delta H = T\Delta S$。將公式變形後得到 $T = \frac{\Delta H}{\Delta S}$。計算時，你一定注意到了單位的細節：將 $\Delta H$ 的 $31.0 \text{ kJ/mol}$ 轉換為 $31000 \text{ J/mol}$，再除以 $\Delta S$ 的 $93.0 \text{ J/K}\cdot\text{mol}$，計算結果約為 $333.33 \text{ K}$，這正是選項 (C) 的數值。
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