自由能與平衡－氨的合成反應

化學原理啟迪257

1.     【例題】這是一個氨的合成反應

N2(g)＋3H2(g)←→2NH3(g)

當溫度是25℃時，每消耗1mole的N2，標準自由能變化ΔG°＝－33.3kJ。以下每種產物與反應物的混合物，溫度都是25℃。請預測系統為了追求平衡會往那個方向移動。

a. PNH3＝1.00atm, PN2＝1.47atm, PH2＝1.00×10^－2atm

b. PNH3＝1.00atm, PN2＝1.00atm, PH2＝1.00atm

2.     【解題】

a.      我們將利用以下公式，計算ΔG值，預測反應追求平衡移動的方向。

ΔG＝ΔG°＋RTln(Q)

Q＝PNH3²/( PN2)( PH2²)＝(1.00)²/(1.47)[(1.00×10^－2)³] ＝6.80×10⁵

T＝25+273＝298K

R＝8.3145Jk^－1mol^－1

並且ΔG°＝－33.3kJ/mol＝－3.33×10⁴J/mol

所以

ΔG＝(－3.33×10⁴J/mol)＋(8.3145Jk^－1mol^－1)( 298K)[ ln(6.80×10⁵)]

＝(－3.33×10⁴J/mol) ＋(3.33×10⁴ J/mol)＝0

因為ΔG＝0，在(a)條件的分壓下，反應物與產物的自由能一樣，系統已經達到平衡，不會有任何移動。

b.     這裡所有物質的分壓都是1.00atm，顯示系統處於標準狀態中，也就是

ΔG＝ΔG°＋RTln(Q)

＝ΔG°＋RTln[(1.00)²/(1.00)(1.00)³]

＝ΔG°＋RTln(1.00)

＝ΔG°＋0

＝ΔG°

由於這個反應處於25℃，依據題目所給的資訊

ΔG°＝－33.3kJ/mol

ΔG°是負數，代表在標準狀態下，產物的自由能低於反應物的自由能，因此系統會往右移動以達成平衡，平衡常數K大於1。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》

徐弘毅：

1.     一個人的智慧多寡，會對這個社會產生不同的影響力。一個人重視學習、追求新知、五育均衡並重，當然有助於提升個人的社會競爭力；但是，社會也在變化，國家跟國家之間也在互相競爭。個人「造就自己」的用功程度，能不能追上社會變遷的速度以及其他國家進步的速度？

2.     個人求知學習的進度，如果低於世界各國進步的速度，那麼表面上個人似乎有在進步，實際上卻是一種「保守鎖國」的狀態。這就像系統a中氫氣、氮氣和氨氣壓力比例，使它的自由能變化ΔG等於0，不會再進行任何反應。

3.     假如自己覺得自己學習各領域新知的速度很緩慢，但實際上進步的幅度超越世界先進國家智慧財產增加的速度，那麼實際上有潛力領導世界的發展。這就像系統b中氫氣、氮氣和氨氣壓力比例，使它的自由能變化ΔG小於0，平衡常數K大於1，反應將持續地製造更多的產物。

4.     政府的「行政效率」高不高，對於「教育的投資」幅度有多大，會影響一個國家短期跟長期的國際競爭力；這些當然都有國際的評比，但實質上這也會反映出國家領導團隊的智商程度。這個道理就像系統b增加氫氣與氮氣的壓力，因此比系統a更有能力製造產物。

5.     高學歷不代表有學問，大學沒畢業的人也有可能研發能力超過大學教授。台灣的馬政府雖然其行政團隊都是高學歷，但是實際上行政效率不彰，落後給日本、新加坡、韓國、香港，甚至中國，卻沒有出來公開道歉反省，也不見監察院出來彈劾政務官，顯然這是一群非常不要臉的物種。

6.     台灣總統府所有的文官與五院所有的院長，誰五育均衡並重？誰以守信用聞名於世界？誰具有國際舉足輕重的學術地位？政治人物最重要的工作就是要在社會大眾前面擔任「五育均衡並重、終身多元學習，並且超越鄰國的角色」，沒有這種資格又想要握有權力的人，一定品德不佳，絕對不可能例外。政客就是標準自由能變化ΔG°，標準自由能變化ΔG°一定要是負數，才有助於反應的進行。

7.     馬英九或蔡英文團隊，如果只是二個人互相比較，從來都沒有想要在行政效率上超越新加坡，那麼這樣的政客，一定會成為社會敗類；民進黨如果整天只是擔心中國的威權，卻沒有想辦法讓自己的學術地位超越哈佛大學的教授，這樣的政黨一定沒有前途，絕對會被中間選民所唾棄。

8.     人類有無最深廣的智慧？會反應在他是否「非常努力的終身多元學習」上。人類有無品德？第一道檢驗關卡就是「守信用」。

9.     不守信用的人，一定無法遵守「禮義廉恥」；不守信用的人，一定無法堅持「忠孝仁愛……」；不守信用的人，自己對自己的承諾一定經常跳票，因此做事必然半途而廢、朝令夕改、馬馬虎虎、沒有效率、不重視教育、……。最後一定官商勾結、巴結權貴、沒有國際影響力卻亂A國家資產。賴聲川一定不敢否認！