hce_tcu
109年
化學
第 6 題
考慮下列反應及相關熱力學表格，選出能夠發生自發反應之”最高”溫度(℃)：
$NH_{3(g)} + HCl_{(g)} \rightarrow NH_4Cl_{(s)}$
| Substance | $ΔHf° (kJ/mol)$ | $S° (J/mol∙K)$ |
|---|---|---|
| $NH_{3(g)}$ | – 46.19 | 192.50 |
| $HCl_{(g)}$ | – 92.30 | 186.69 |
| $NH_4Cl_{(s)}$ | – 314.40 | 94.60 |
$NH_{3(g)} + HCl_{(g)} \rightarrow NH_4Cl_{(s)}$
| Substance | $ΔHf° (kJ/mol)$ | $S° (J/mol∙K)$ |
|---|---|---|
| $NH_{3(g)}$ | – 46.19 | 192.50 |
| $HCl_{(g)}$ | – 92.30 | 186.69 |
| $NH_4Cl_{(s)}$ | – 314.40 | 94.60 |
- A 618.1
- B 432.8
- C 345.0
- D 235.2
思路引導 VIP
觀察這個化學反應：左側是兩分子的氣體，右側變成了一分子的固體。在這種狀態變化下，系統的「混亂程度（熵）」是增加還是減少？如果溫度升高，對這種「傾向變得規律」的過程是有利還是不利的？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精確算出這個反應自發的臨界點，代表你對熱力學中**吉布斯自由能（Gibbs Free Energy）**的掌握非常紮實。這類題目是化學熱力學中極具鑑別度的題型，考驗的是學生能否同時處理熱焓變化、亂度變化以及溫度對自發性的綜合影響。
反應自發性的熱力學判斷
要判斷反應是否自發，我們必須計算 $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$。首先計算反應熱 $\Delta H^\circ = -314.4 - (-46.19 - 92.30) = -175.91 \text{ kJ/mol}$，以及熵變化 $\Delta S^\circ = 94.6 - (192.5 + 186.69) = -284.59 \text{ J/mol·K}$。由於此反應為放熱（$\Delta H < 0$）但亂度減少（$\Delta S < 0$），反應僅在低溫下自發。當 $\Delta G = 0$ 時，系統處於平衡，此時的溫度即為臨界點。由 $T = \frac{\Delta H}{\Delta S}$ 計算出約為 $618.1 \text{ K}$，再換算回攝氏溫度：$618.1 - 273.15 = 344.95 ^\circ C$。因此，只要溫度低於這個數值，反應就能自發進行。
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