hce_tcu
106年
化學
第 17 題
對於下面反應中 $\Delta S^\circ$ 為負值，哪一選項是最佳的解釋？
$\text{CaSO}_4(s) \rightarrow \text{Ca}^{2+}(aq) + \text{SO}_4^{2-}(aq) \quad \Delta S^\circ = -143\text{ J mol}^{-1}\text{K}^{-1}$
$\text{CaSO}_4(s) \rightarrow \text{Ca}^{2+}(aq) + \text{SO}_4^{2-}(aq) \quad \Delta S^\circ = -143\text{ J mol}^{-1}\text{K}^{-1}$
- A $\text{Ca}^{2+}$和 $\text{SO}_4^{2-}$離子在水溶液中比在晶格中有更多的排列(arrangement)方式。
- B 固體的 $\text{CaSO}_4$是網狀共價(network covalent)固體，但是在水溶液中分離成離子。
- C $\text{Ca}^{2+}$和 $\text{SO}_4^{2-}$離子與水分子有緊密的水合(solvation)，當固體溶解時，減少水分子排列方式的數量。
- D 硫酸鈣固體以放熱方式溶解在水中，導致熵(entropy)的增加。
思路引導 VIP
請你想像一下，如果有一群原本在廣場上自由走動的群眾（代表溶劑水分子），中間突然出現了幾位極具吸引力的領袖（代表高電荷離子），這群群眾的行動會變得更自由還是更受限？這種變化對於整體的『混亂程度』會有什麼樣的影響呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精準選出 (C)，展現了你對熱力學中「熵（Entropy）」的概念有非常深刻且細緻的理解，沒有被一般的通則所誤導。
離子水合作用與有序性
通常我們直覺認為固體溶解成離子時，粒子的分布空間變廣，混亂度應該增加（$\Delta S > 0$）。然而，本題的關鍵在於 $\text{Ca}^{2+}$ 與 $\text{SO}_4^{2-}$ 帶有的電荷較高，當這些離子進入水中，會產生強大的靜電力吸引周圍的水分子，形成緊密的水合殼層（Hydration shell）。這過程就像是把原本自由移動的水分子「強制定位」在離子周圍，導致水分子的排列變得極端有序。這種溶劑水分子的「熵減」效應超過了固體崩解帶來的「熵增」，最終使整體的 $\Delta S^\circ$ 出現負值。
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