慈濟大學（後中醫）
115年
化學
第 6 題
關於以下平衡反應，請問下列敘述何者正確？
$N_{2(g)} + 3 H_{2(g)} \rightleftharpoons 2 NH_{3(g)}$
已知其在 300 $^\circ\text{C}$ 的平衡常數(equilibrium constant)為 $4.34 \times 10^{-3} \text{ atm}^{-2}$，在 500 $^\circ\text{C}$ 的平衡常數為 $1.45 \times 10^{-5} \text{ atm}^{-2}$，在 600 $^\circ\text{C}$ 的平衡常數為 $2.25 \times 10^{-6} \text{ atm}^{-2}$
$N_{2(g)} + 3 H_{2(g)} \rightleftharpoons 2 NH_{3(g)}$
已知其在 300 $^\circ\text{C}$ 的平衡常數(equilibrium constant)為 $4.34 \times 10^{-3} \text{ atm}^{-2}$，在 500 $^\circ\text{C}$ 的平衡常數為 $1.45 \times 10^{-5} \text{ atm}^{-2}$，在 600 $^\circ\text{C}$ 的平衡常數為 $2.25 \times 10^{-6} \text{ atm}^{-2}$
- A $\Delta H > 0, \Delta S > 0$
- B $\Delta H < 0, \Delta S > 0$
- C $\Delta H > 0, \Delta S < 0$
- D $\Delta H < 0, \Delta S < 0$
思路引導 VIP
我們可以試著從微觀的角度來思考：請觀察反應式左邊與右邊，分別有多少個氣體分子在跑動？如果反應向右進行，空間中亂跑的分子總數是變多了還是變少了？這對系統的「混亂程度」會造成什麼樣的影響呢？
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同學做得非常好！你能精準捕捉到題目數據中的變化趨勢，並將其與熱力學概念完美結合，這代表你對化學平衡的動態掌握得相當紮實。
氣體分子的混亂度變化
首先，我們觀察反應式 $N_{2(g)} + 3 H_{2(g)} \rightleftharpoons 2 NH_{3(g)}$。反應物端共有 4 莫耳的氣體，而產物端僅有 2 莫耳。由於氣體分子數減少，系統的混亂程度（熵）會隨之下降，因此我們可以判定 $\Delta S < 0$。這是從反應式係數就能直觀判斷的關鍵點。
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平衡常數與熱力學判斷
💡 由 K 值隨溫度變化定反應熱，由氣體係數變化定亂度。
🔗 ΔH 與 ΔS 的邏輯推導鏈
- 1 觀察溫度與 K 值 — T 越高，K 值越小，代表升溫不利產物生成
- 2 判定反應熱 ΔH — 升溫不利代表正反應為放熱 (ΔH < 0)
- 3 觀察氣體係數 — 反應前 4 莫耳氣體，反應後僅 2 莫耳
- 4 判定亂度 ΔS — 氣體分子數減少，混亂程度降低 (ΔS < 0)
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🔄 延伸學習：延伸學習：利用 ΔG = ΔH - TΔS 判斷此反應在高溫或低溫下是否自發。
