可逆反應不會「反應完」：NO₂ 不會歸零，N₂O₄ 也到不了 1 莫耳
題目
小多在某密閉容器中裝入 92 g 的 NO₂，NO₂ 會逐漸生成 N₂O₄，反應式如下：
2 NO₂ ⇌ N₂O₄
若密閉容器中的反應達到平衡，則 NO₂ 與 N₂O₄ 的莫耳數變化最可能為下列何者？
（原子量：N ＝ 14，O ＝ 16）
| 選項 | 圖形內容（虛線標示莫耳數 ＝ 1） | 判斷 |
|---|---|---|
| (A) | NO₂ 由高處下降，穩定在 1 以上；N₂O₄ 由 0 上升，穩定在 1 以下 | ✓ 正確 |
| (B) | NO₂ 下降、N₂O₄ 上升，兩者都收斂到 1（在 1 相交會合） | ✗ |
| (C) | N₂O₄ 上升並超過 1，且高於 NO₂ | ✗ |
| (D) | 一開始 N₂O₄ 為 1、NO₂ 為 0（起點相反） | ✗ |
我的答案：(B)以為最後兩者會一樣多
正確答案：(A)NO₂ 剩下 >1 mol、N₂O₄ 生成 <0.5 mol
錯在哪裡
關鍵錯誤：沒有先算出「起始有幾莫耳」，也沒算出「最多能生成幾莫耳」。
這題其實是數學題，只要兩個數字就能解決：
① 起始的 NO₂ 有幾莫耳？ NO₂ 的分子量 ＝ 14 ＋ 16×2 ＝ 46 → 92 ÷ 46 ＝ 2 mol ② N₂O₄ 最多能生成幾莫耳？ 反應式 2 NO₂ → N₂O₄，係數是 2 : 1， 所以就算 2 mol 的 NO₂ 全部反應完，也只能生成 1 mol 的 N₂O₄。
但這是可逆反應（⇌），不可能反應完！ 所以達平衡時必定： N₂O₄ ＜ 1 mol 且 NO₂ ＞ 0 mol 你選的 (B) 讓兩條線都收斂到 1——那代表 N₂O₄ ＝ 1（已經是理論最大值， 表示 NO₂ 全部反應完），可是同一張圖又說 NO₂ ＝ 1（還剩一半）。 兩件事同時成立是自相矛盾的。
這題其實是數學題，只要兩個數字就能解決：
① 起始的 NO₂ 有幾莫耳？ NO₂ 的分子量 ＝ 14 ＋ 16×2 ＝ 46 → 92 ÷ 46 ＝ 2 mol ② N₂O₄ 最多能生成幾莫耳？ 反應式 2 NO₂ → N₂O₄，係數是 2 : 1， 所以就算 2 mol 的 NO₂ 全部反應完，也只能生成 1 mol 的 N₂O₄。
但這是可逆反應（⇌），不可能反應完！ 所以達平衡時必定： N₂O₄ ＜ 1 mol 且 NO₂ ＞ 0 mol 你選的 (B) 讓兩條線都收斂到 1——那代表 N₂O₄ ＝ 1（已經是理論最大值， 表示 NO₂ 全部反應完），可是同一張圖又說 NO₂ ＝ 1（還剩一半）。 兩件事同時成立是自相矛盾的。
正確解法
Step 1 算起始莫耳數
NO₂ 分子量 ＝ 14 ＋ 32 ＝ 46 起始 NO₂ ＝ 92 ÷ 46 ＝ 2 mol，N₂O₄ ＝ 0 mol → 圖形起點必須是「NO₂ 在 2、N₂O₄ 在 0」，這一步就能刪掉 (D)。
NO₂ 分子量 ＝ 14 ＋ 32 ＝ 46 起始 NO₂ ＝ 92 ÷ 46 ＝ 2 mol，N₂O₄ ＝ 0 mol → 圖形起點必須是「NO₂ 在 2、N₂O₄ 在 0」，這一步就能刪掉 (D)。
Step 2 用係數算出「理論上限」
2 NO₂ → N₂O₄ （消耗 2 mol NO₂ 只能生成 1 mol N₂O₄）
→ N₂O₄ 永遠不可能達到或超過 1 mol，這一步刪掉 (C)。
2 NO₂ → N₂O₄ （消耗 2 mol NO₂ 只能生成 1 mol N₂O₄）
| 情況 | NO₂ | N₂O₄ | 可能嗎 |
|---|---|---|---|
| 起始 | 2 | 0 | — |
| 若「完全反應」（不可逆） | 0 | 1 | ✗ 可逆反應做不到 |
| 實際平衡 | 0 ＜ NO₂ ＜ 2 | 0 ＜ N₂O₄ ＜ 1 | ✓ |
Step 3 用「守恆關係」刪掉 (B)
設反應掉的 NO₂ 為 2x mol，則生成的 N₂O₄ 為 x mol： 平衡時 NO₂ ＝ 2 − 2x N₂O₄ ＝ x 若如 (B) 所畫，兩者都等於 1： N₂O₄ ＝ x ＝ 1 → NO₂ ＝ 2 − 2(1) ＝ 0 N₂O₄ 是 1 的話，NO₂ 就必須是 0，不可能同時是 1。 (B) 自相矛盾，刪除。
設反應掉的 NO₂ 為 2x mol，則生成的 N₂O₄ 為 x mol： 平衡時 NO₂ ＝ 2 − 2x N₂O₄ ＝ x 若如 (B) 所畫，兩者都等於 1： N₂O₄ ＝ x ＝ 1 → NO₂ ＝ 2 − 2(1) ＝ 0 N₂O₄ 是 1 的話，NO₂ 就必須是 0，不可能同時是 1。 (B) 自相矛盾，刪除。
Step 4 確認 (A) 成立
(A) 的圖：NO₂ 穩定在 1 以上、N₂O₄ 穩定在 1 以下。
若 NO₂ ＝ 2 − 2x ＞ 1 → x ＜ 0.5 → N₂O₄ ＝ x ＜ 0.5，確實遠低於 1。
兩條件同時成立，(A) 完全合理 ✓ 而且圖上兩條曲線最後都變成水平線—— 這代表濃度不再變化，正是「達到平衡」的圖形特徵。
(A) 的圖：NO₂ 穩定在 1 以上、N₂O₄ 穩定在 1 以下。
若 NO₂ ＝ 2 − 2x ＞ 1 → x ＜ 0.5 → N₂O₄ ＝ x ＜ 0.5，確實遠低於 1。
兩條件同時成立，(A) 完全合理 ✓ 而且圖上兩條曲線最後都變成水平線—— 這代表濃度不再變化，正是「達到平衡」的圖形特徵。
平衡圖形的四個檢查點
| 檢查點 | 本題的標準 |
|---|---|
| ① 起點對嗎 | NO₂ 從 2 開始、N₂O₄ 從 0 開始 |
| ② 方向對嗎 | NO₂ 下降、N₂O₄ 上升 |
| ③ 有沒有超過上限 | N₂O₄ 必 ＜ 1；NO₂ 必 ＞ 0 |
| ④ 最後有沒有變水平 | 兩線都要趨於定值（＝達平衡） |
要記住的觀念
- 可逆符號「⇌」代表反應「永遠不會完全進行」。 反應物不會歸零，生成物也達不到理論最大值。 看到圖上有任何一條線碰到 0 或碰到理論上限，直接刪。
- 係數就是莫耳數比。 2 NO₂ → N₂O₄ 代表「2 個變 1 個」， 所以 2 mol 的 NO₂ 最多只能變出 1 mol 的 N₂O₄。 算上限一定要看係數。
- 圖形題先算出「起點」與「上限」兩個數字，再看圖。 本題就是 2 和 1。有了這兩把尺，四個圖用看的就能刪三個。
- 「達到平衡」在圖上的樣子 ＝ 兩條線都變成水平。 不是兩條線相交，也不是兩者相等。 平衡時兩物質的量通常不相等——這是最常見的迷思，也正是 (B) 的陷阱。
- 先算莫耳數：質量 ÷ 分子量。 NO₂ ＝ 46、N₂O₄ ＝ 92。（順帶一提，92 g 的 N₂O₄ 剛好也是 1 mol， 題目的數字是刻意設計的。）
- 不確定時，用「假設全部反應完」推出上限。 就算不會解平衡，也能靠上限刪掉一半以上的選項。
類題自我檢測
在密閉容器中放入 4 mol 的 H₂ 與 2 mol 的 N₂，發生反應 N₂ ＋ 3H₂ ⇌ 2NH₃。
達平衡時，下列何者不可能？
(A) NH₃ ＝ 2 mol (B) NH₃ ＝ 3 mol (C) H₂ ＝ 1 mol (D) N₂ ＝ 1 mol
看解答
(B) 不可能。
先找限量試劑：需要的比例 N₂ : H₂ ＝ 1 : 3。
有 2 mol N₂ 需配 6 mol H₂，但只有 4 mol H₂ → H₂ 是限量試劑。
理論上限：4 mol H₂ 全部反應可生成
4 × (2/3) ≈ 2.67 mol 的 NH₃
而且因為是可逆反應，實際還會更少 → NH₃ 絕不可能到 3 mol。
(A)(C)(D) 都在合理範圍內。
方法與本題完全相同：先算上限，超過上限的就是不可能。
我的原始作答
圖上你已經寫下 14、3、4 等數字，看得出有在算分子量，
只差沒有把「92 ÷ 46 ＝ 2 mol」和「上限 ＝ 1 mol」這兩個結論明確寫出來。
建議固定動作：平衡圖形題，先在圖旁邊寫兩行——
「起始：NO₂ ＝ 2、N₂O₄ ＝ 0」「上限：N₂O₄ ＜ 1」。
有了這兩行，四張圖幾乎是用刪的就能選出答案。
複習標記
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還沒標記