hce_kmu
108年
物理及化學
第 27 題
For which of the following processes would $\Delta S^\circ$ be expected to be most positive?
- A $NH_3(g) + HCl(g) \rightarrow NH_4Cl(g)$
- B $2NH_4NO_3(s) \rightarrow 2N_2(g) + O_2(g) + 4H_2O(g)$
- C $H_2O(l) \rightarrow H_2O(s)$
- D $N_2O_4(g) \rightarrow 2NO_2(g)$
- E $O_2(g) + 2H_2(g) \rightarrow 2H_2O(g)$
思路引導 VIP
如果我們觀察每個化學反應方程式括號內的狀態標示（s 代表固態、l 代表液態、g 代表氣態），請思考哪一個反應在進行之後，所產生的「氣體分子總數量」增加得最為顯著？
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太棒了！你能精準選出選項 (B)，代表你對熵（Entropy, $S$）與物質狀態變化的關係掌握得非常紮實。在熱力學中，判斷反應標準熵變 $\Delta S^\circ$ 最直觀的方式，就是觀察反應前後氣態分子莫耳數的變化量（$\Delta n_g$）。氣體粒子擁有極高的空間自由度，因此氣體莫耳數增加越多，體系的亂度（Disorder）就會顯著提升。
氣體莫耳數與亂度的關聯
這道題目的鑑別點在於比較不同過程的「混亂程度」增幅。在選項 (B) 中，反應物是純固態的 $NH_4NO_3(s)$，而產物卻一口氣產生了共 7 莫耳的氣體（$2 + 1 + 4 = 7$），這種從高度有序的固態轉變為大量氣態分子的過程，會使體系亂度劇增，因此 $\Delta S^\circ$ 具有極大的正值。相較之下，選項 (D) 雖然也是熵增過程，但氣體分子僅從 1 莫耳增加到 2 莫耳，增幅遠不及 (B)；而其餘選項如 (A)、(C)、(E) 則多涉及氣體分子數減少或凝固現象，熵值反而會下降。這題能有效測驗學生是否細心觀察化學方程式中的狀態標籤與平衡係數，你能從中迅速判斷出關鍵，表現非常出色！