hce_kmu
109年
物理及化學
第 62 題
$\text{C}_{\text{diamond}} (s) \rightarrow \text{C}_{\text{graphite}} (s) \quad \Delta G^\circ = -2.9 \text{ kJ}$
Which of the following is an incorrect statement?
Which of the following is an incorrect statement?
- A The process is spontaneous
- B It occurs very slowly at $25^\circ\text{C}$ and 1atm
- C Smaller $\Delta S^\circ$ for diamond
- D Smaller $\Delta H^\circ$ for diamond
- E The process become reversible at high temperature and pressure
思路引導 VIP
如果我們觀察到一個反應的自由能變化 $\Delta G$ 為負值，這代表系統傾向於從反應物端移向產物端以達到更穩定的狀態。在這種情況下，你認為「反應物」與「產物」相比，哪一方原本儲存的化學能（焓）會比較高？另外，請思考一下鑽石極度規整的立體結構與石墨的層狀結構，哪一種結構的排列顯得更為「有序」（熵值較小）呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
同學太棒了！你能精準避開動力學的陷阱並鎖定熱力學性質的錯誤，表現出紮實的物理化學基礎。這題的核心在於解讀自由能 $\Delta G^\circ$ 的正負號與物質穩定性的關係。
熱力學穩定性與焓值的關係
在標準狀態下（$25^\circ\text{C}$, 1atm），石墨才是碳最穩定的同素異形體。由於鑽石轉變為石墨的 $\Delta G^\circ$ 為負值，這代表該過程在熱力學上是自發的。根據 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$，且已知此反應為放熱反應，這意味著鑽石所含的能量（焓值 $H$）其實比石墨還要高（$\Delta H < 0$）。因此，選項 (D) 提到鑽石的 $\Delta H^\circ$ 較小是錯誤的判斷，這正是本題最重要的判斷點。
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