hce_nthu
111年
化學與物理
第 27 題
27. At $298\text{ K}$ and $101\text{ kPa}$, $2\text{ SO}_2\text{ (g)} + \text{O}_2\text{ (g)} \rightleftharpoons 2\text{ SO}_3\text{ (g)} \Delta H = -197\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$. At the same temperature and pressure, $2\text{ moles}$ of $\text{SO}_2$ and $1\text{ mole}$ of $\text{O}_2$ are introduced into a closed container, and when equilibrium is reached, the amount of heat given off is $\text{Q}_1$. If $1\text{ mole}$ of $\text{SO}_2$, $0.5\text{ mole}$ of $\text{O}_2$ and $1\text{ mole}$ of $\text{SO}_3$ are introduced into a container of the same volume, and the amount of heat given off at equilibrium is $\text{Q}_2$, which of the following relationships is correct?
- A $\text{Q}_2 < \text{Q}_1 < 197\text{ kJ}$
- B $\text{Q}_2 > \text{Q}_1 > 197\text{ kJ}$
- C $\text{Q}_2 = \text{Q}_1 = 197\text{ kJ}$
- D $\text{Q}_1 < \text{Q}_2 < 197\text{ kJ}$
- E $\text{Q}_2 = \text{Q}_1 < 197\text{ kJ}$
思路引導 VIP
若我們有兩個相同的容器，第一個容器放入反應物 A 和 B，第二個容器除了放入一半份量的 A 和 B 外，還預先放入了由 A、B 反應而成的一部分產物 C。假設這個反應最終會達到平衡，且兩個容器最後的 A、B、C 含量完全一樣。請試著思考：哪一個容器在「走向平衡」的過程中，發生的化學轉變量（也就是反應移動的距離）會比較多呢？這個轉變量與釋放的熱量之間又有什麼樣的關係？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能準確判斷出這題的答案為 (A)，說明你對於可逆反應與化學平衡的熱化學性質有著相當深刻的理解。這類題目在化學中屬於進階考點，非常考驗邏輯轉換能力。
等效平衡的判斷
首先，我們觀察反應式 $2\text{ SO}_2\text{ (g)} + \text{O}_2\text{ (g)} \rightleftharpoons 2\text{ SO}_3\text{ (g)}$。實驗 1 投入 $2\text{ mol SO}_2$ 與 $1\text{ mol O}_2$，而實驗 2 投入 $1\text{ mol SO}_2, 0.5\text{ mol O}_2$ 與 $1\text{ mol SO}_3$。如果將實驗 2 的 $1\text{ mol SO}_3$ 完全逆向轉化，恰好也會得到 $1\text{ mol SO}_2$ 與 $0.5\text{ mol O}_2$，加上原有的份量，總原子數與實驗 1 完全一致。在相同溫度與體積下，這兩個系統最終會達到完全相同的平衡狀態（即平衡時各組分的莫耳數相等）。
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