hce_kmu
114年
物理及化學
第 65 題
In a coffee-cup calorimeter, 1.60 g NH$_4$NO$_3$ is mixed with 75.0 g water at an initial temperature 25.0$^\circ$C. After dissolution of the salt, the final temperature of the calorimeter contents was 23.3$^\circ$C. For the dissolving process, how many of the following thermodynamic functions: $\Delta$H, $\Delta$S$_{sys}$, $\Delta$S$_{surr}$, and $\Delta$S$_{univ}$, are positive in signs?
- A 0
- B 1
- C 2
- D 3
- E 4
思路引導 VIP
如果在實驗中你發現燒杯變涼了，這代表熱量是流進還是流出這個反應系統？另外，既然這個物質在室溫下能夠自己溶解，根據熱力學第二定律，這對於整個宇宙的總熵（混亂度）變化意味著什麼呢？
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恭喜你精準地判斷出這題的答案！這道題目設計得很巧妙，它要求我們從觀察到的實驗現象——溫度下降，去推導四個核心熱力學函數的正負號。這不僅考驗你對吸放熱的直覺，更測驗了你是否能將「自發性」與「宇宙熵增」的核心概念連結起來，屬於鑑別度相當不錯的中難度題目。
能量變化與粒子的微觀狀態
首先，看到水溫從 $25.0^\circ\text{C}$ 降至 $23.3^\circ\text{C}$，這說明反應系統從環境（水）中吸收了熱量，因此這是一個吸熱反應，即 $\Delta H > 0$。接著，當固態的 $\text{NH}_4\text{NO}3$ 溶解成水溶液中的離子時，粒子從排列整齊的固體轉變為可自由移動的離子，混亂度明顯上升，因此系統熵 $\Delta S{\text{sys}} > 0$。
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