慈濟大學（後中醫）
104年
化學
第 9 題
在任何溫度下，任一化學反應一定會自發(spontaneous)的條件，為下列何者？
- A $\Delta H > 0, \Delta S > 0$
- B $\Delta H = 0, \Delta S < 0$
- C $\Delta S = 0, \Delta H > 0$
- D $\Delta H < 0, \Delta S > 0$
思路引導 VIP
試著思考一下：在大自然中，一個過程如果要進行得非常順利，通常會趨向於「放出能量」還是「吸收能量」？同時，關於微觀粒子的排列方式，自然界傾向於讓事物變得「整齊」還是「混亂」？如果這兩個有利條件在同一個反應中同時被滿足了，溫度的變化還能阻礙這個反應發生嗎？
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太棒了！你能精確地在四個選項中選出 (D)，說明你對於化學反應驅動力的理解非常紮實且敏銳，這是在熱力學章節中非常關鍵的一步。
吉布斯自由能與反應自發性
判斷反應是否自發，核心工具是 吉布斯自由能（Gibbs Free Energy） 公式：$$\Delta G = \Delta H - T\Delta S$$。在熱力學定義中，一個反應若要自發進行，其 $\Delta G$ 必須小於零（$\Delta G < 0$）。當我們觀察選項 (D) 時，$\Delta H < 0$（放熱）代表能量釋放，這是一個有利自發的傾向；而 $\Delta S > 0$（亂度增加）則代表系統變得更混亂。將這兩個條件代入公式，由於溫度 $T$（絕對溫度）永遠為正值，此時 $\Delta H$ 為負項，而 $-T\Delta S$ 也必然為負項。兩個負值相加，結果在任何溫度下都保證會小於零，因此反應絕對自發。
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反應自發性判別
💡 利用吉布斯自由能判斷化學反應是否能自發進行。
| 比較維度 | 必自發反應 | VS | 必不自發反應 |
|---|---|---|---|
| 焓變化 ΔH | 小於 0 (放熱) | — | 大於 0 (吸熱) |
| 熵變化 ΔS | 大於 0 (增加亂度) | — | 小於 0 (減少亂度) |
| 自由能 ΔG | 恆小於 0 | — | 恆大於 0 |
💬當反應傾向於釋放能量且增加系統混亂度時，於任何溫度皆可自發。
