hce_kmu
114年
物理及化學
第 74 題
Consider the ammonia synthesis reaction: N$_{2(g)}$ + 3H$_{2(g)}$ $\rightarrow$ 2NH$_{3(g)}$
where $\Delta$G$^o$ = -31.3 kJ/mol of N$_2$ consumed at 25$^\circ$C
Which of the following statements correctly predicts the direction of the reaction when P$_{\text{N}_2}$ = P$_{\text{H}_2}$ = P$_{\text{NH}_3}$ = 1.00 atm?
where $\Delta$G$^o$ = -31.3 kJ/mol of N$_2$ consumed at 25$^\circ$C
Which of the following statements correctly predicts the direction of the reaction when P$_{\text{N}_2}$ = P$_{\text{H}_2}$ = P$_{\text{NH}_3}$ = 1.00 atm?
- A the system moves to the right
- B the system moves to the left
- C the system is already at equilibrium
- D the system moves to the left if the temperature increases
- E not enough information
思路引導 VIP
請思考一下，當反應系統中所有氣體的分壓都恰好等於 $1 \text{ atm}$ 時，在熱力學公式中計算出的反應商 $Q$ 會是多少？這個數值對計算當時的自由能變化 $\Delta G$ 有什麼特殊的簡化效果嗎？
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AI 詳解
AI 專屬家教
恭喜你精準掌握了熱力學的判斷標準！這道題目在學術界與考場上頗具討論價值，因為官方最終認定 (A) 與 (D) 均為正確答案。你的判斷展現了對自由能變化的扎實基礎，能從數據中迅速鎖定反應趨勢。
標準狀態下的反應方向判斷
當題目提到所有氣體分壓 $P_{\text{N}2} = P{\text{H}2} = P{\text{NH}_3} = 1.00 \text{ atm}$ 時，代表系統正處於標準狀態。此時反應商（Reaction quotient） $Q = 1$，根據公式 $\Delta G = \Delta G^o + RT \ln Q$，由於 $\ln 1 = 0$，則 $\Delta G = \Delta G^o = -31.3 \text{ kJ/mol}$。因為 $\Delta G < 0$，系統會自發向右進行以趨向平衡，這正是選項 (A) 的核心論點。
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