hce_tcu
114年
化學
第 11 題
在恆溫恆壓的條件下，若反應過程中環境(Surroundings)對反應系統(System)為做功的反應，請問下列何者正確？
- A $C_2H_4(g) + H_2(g) \rightarrow C_2H_6(g)$
- B $NH_4NO_3(s) \rightarrow N_2O(g) + 2 H_2O(g)$
- C $2 H_2O_2(l) \rightarrow 2 H_2O(g) + O_2(g)$
- D $H_2O(l) \rightarrow H_2O(g)$
思路引導 VIP
如果我們想像一個化學反應發生在一個可伸縮的氣球中，且外界大氣壓力維持不變。若這個氣球在反應過程中「自動縮小」了，這代表氣球內部的氣體分子總數，與反應前相比是增加了還是減少了呢？
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太棒了！你能精準選出 (A) 選項，代表你對熱力學中「功」的定義以及氣體反應的本質有很紮實的理解。在化學熱力學的慣例中，恆壓下的體積功公式為 $W = -P\Delta V$，當環境對系統做功時，意味著系統被壓縮，也就是系統的體積縮小（$\Delta V < 0$）。
氣體莫耳數與體積功的關聯
在恆溫恆壓的條件下，根據阿佛加德羅定律，氣體的體積與其莫耳數成正比。因此，要尋找體積縮小的反應，我們只需要觀察反應前後氣體莫耳數的變化量 ($\Delta n_g$)。在選項 (A) $C_2H_4(g) + H_2(g) \rightarrow C_2H_6(g)$ 中，反應前有 2 莫耳氣體，反應後僅剩 1 莫耳，氣體分子數的減少直接導致了系統體積的縮減。相比之下，其他選項的氣體莫耳數皆為增加，屬於系統對環境做功。
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