Номер 62, страница 299 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.62. Укажите все химические реакции, которые происходят с увеличением энтропии: 1) растворение алюминия в растворе щёлочи; 2) окисление водорода кислородом в топливном элементе; 3) маслянокислое брожение глюкозы; 4) взаимодействие аммиака и хлороводорода; 5) высокотемпературный крекинг декана.

Энтропия ($S$) является термодинамической функцией состояния, используемой для измерения беспорядка или хаоса в системе. Процессы, в которых беспорядок увеличивается, характеризуются положительным изменением энтропии ($ΔS > 0$). Для химических реакций увеличение энтропии, как правило, наблюдается в следующих случаях:

• при увеличении числа молей газообразных веществ в результате реакции;
• при переходе веществ из твердого или жидкого состояния в газообразное;
• при реакциях разложения, когда из одной сложной молекулы образуется несколько более простых;
• при растворении твердых веществ в жидкостях.

Рассмотрим каждый из предложенных процессов:

1) растворение алюминия в растворе щёлочи
Уравнение химической реакции: $2\text{Al}(\text{т}) + 2\text{NaOH}(\text{р-р}) + 6\text{H}_2\text{O}(\text{ж}) \rightarrow 2\text{Na}[\text{Al}(\text{OH})_4](\text{р-р}) + 3\text{H}_2(\text{г})$.В данной реакции из твердого металла (алюминия) и жидких реагентов (раствор щелочи и вода) образуется газообразный водород. Появление газа, который имеет значительно большую энтропию по сравнению с твердыми и жидкими веществами, ведет к общему увеличению беспорядка в системе. Число молей газа увеличивается с 0 до 3. Следовательно, изменение энтропии для этой реакции положительно ($ΔS > 0$).
Ответ: реакция происходит с увеличением энтропии.

2) окисление водорода кислородом в топливном элементе
Уравнение химической реакции: $2\text{H}_2(\text{г}) + \text{O}_2(\text{г}) \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}(\text{ж})$.В этом процессе 3 моль газообразных веществ (2 моль водорода и 1 моль кислорода) превращаются в 2 моль жидкой воды. Происходит уменьшение общего количества молей газа ($Δn_{газ} = 0 - 3 = -3$), а также переход из менее упорядоченного газообразного состояния в более упорядоченное жидкое. Это приводит к значительному уменьшению энтропии системы ($ΔS < 0$).
Ответ: реакция происходит с уменьшением энтропии.

3) маслянокислое брожение глюкозы
Уравнение химической реакции: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6(\text{р-р}) \rightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}(\text{р-р}) + 2\text{CO}_2(\text{г}) + 2\text{H}_2(\text{г})$.В результате этой биохимической реакции из одной молекулы глюкозы, находящейся в растворе, образуется одна молекула масляной кислоты в растворе и, что ключевое, 4 моль газообразных продуктов (диоксид углерода и водород). Увеличение числа частиц в системе (из 1 молекулы реагента образуется 5 молекул продуктов) и образование значительного объема газа приводит к резкому увеличению беспорядка. Таким образом, энтропия системы возрастает ($ΔS > 0$).
Ответ: реакция происходит с увеличением энтропии.

4) взаимодействие аммиака и хлороводорода
Уравнение химической реакции: $\text{NH}_3(\text{г}) + \text{HCl}(\text{г}) \rightarrow \text{NH}_4\text{Cl}(\text{т})$.Эта реакция представляет собой соединение двух газообразных молекул в одну формульную единицу твердого кристаллического вещества. Происходит уменьшение числа молей газа (с 2 до 0) и образование высокоупорядоченной твердой фазы из газов. Это классический пример процесса, идущего со значительным уменьшением энтропии ($ΔS < 0$).
Ответ: реакция происходит с уменьшением энтропии.

5) высокотемпературный крекинг декана
Крекинг – это процесс термического или каталитического разложения углеводородов с длинной цепью на более короткие. Например, крекинг декана может протекать по схеме: $\text{C}_{10}\text{H}_{22}(\text{г}) \rightarrow \text{C}_5\text{H}_{12}(\text{г}) + \text{C}_5\text{H}_{10}(\text{г})$.В ходе этой реакции одна крупная молекула газа распадается на две (или более) меньшие молекулы газа. Увеличение общего числа молей газообразных веществ (в приведенном примере с 1 до 2) ведет к увеличению числа возможных микросостояний системы, а значит, и к увеличению энтропии ($ΔS > 0$).
Ответ: реакция происходит с увеличением энтропии.

Таким образом, реакции, которые сопровождаются увеличением энтропии, — это реакции под номерами 1, 3 и 5.