Номер 64, страница 299 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.64. Какие из перечисленных реакций протекают с увеличением энтропии?

$1) {\mathrm{CH}}_4(\mathrm{г})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{г}) = \mathrm{CO}(\mathrm{г})+3{\mathrm{H}}_2(\mathrm{г})$

$2) 8\mathrm{CO}(\mathrm{г})+17{\mathrm{H}}_2(\mathrm{г}) = {\mathrm{C}}_8{\mathrm{H}}_{18}(\mathrm{г})+8{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{г})$

$3) 2{\mathrm{SO}}_2(\mathrm{r})+{\mathrm{O}}_2(\mathrm{г}) = 2{\mathrm{SO}}_3(\mathrm{ж})$

$4) {\mathrm{C}}_8{\mathrm{H}}_{18}(\mathrm{г}) = 3{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_4(\mathrm{г})+{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_6(\mathrm{г})$

Дано:

1) $CH_4(г) + H_2O(г) = CO(г) + 3H_2(г)$
2) $8CO(г) + 17H_2(г) = C_8H_{18}(г) + 8H_2O(г)$
3) $2SO_2(г) + O_2(г) = 2SO_3(ж)$
4) $C_8H_{18}(г) = 3C_2H_4(г) + C_2H_6(г)$

Найти:

Какие из перечисленных реакций протекают с увеличением энтропии ($ \Delta S > 0 $)?

Решение:

Энтропия ($S$) является мерой неупорядоченности или хаотичности системы. Знак изменения энтропии ($ \Delta S $) для химической реакции можно предсказать, оценивая изменение числа молей газообразных веществ. Если в ходе реакции число молей газа увеличивается, то энтропия системы возрастает ($ \Delta S > 0 $). Если число молей газа уменьшается или происходит переход из газообразного состояния в жидкое или твердое, энтропия системы убывает ($ \Delta S < 0 $). Проанализируем каждую реакцию.

1) $CH_4(г) + H_2O(г) = CO(г) + 3H_2(г)$

Сумма молей газообразных реагентов: $n_{реагентов} = 1 \text{ моль } CH_4 + 1 \text{ моль } H_2O = 2$ моля.
Сумма молей газообразных продуктов: $n_{продуктов} = 1 \text{ моль } CO + 3 \text{ моль } H_2 = 4$ моля.
Изменение числа молей газа: $\Delta n_g = n_{продуктов} - n_{реагентов} = 4 - 2 = 2$ моля.
Так как число молей газа увеличивается ($\Delta n_g > 0$), энтропия системы возрастает.

Ответ: реакция протекает с увеличением энтропии.

2) $8CO(г) + 17H_2(г) = C_8H_{18}(г) + 8H_2O(г)$

Сумма молей газообразных реагентов: $n_{реагентов} = 8 \text{ моль } CO + 17 \text{ моль } H_2 = 25$ молей.
Сумма молей газообразных продуктов: $n_{продуктов} = 1 \text{ моль } C_8H_{18} + 8 \text{ моль } H_2O = 9$ молей.
Изменение числа молей газа: $\Delta n_g = n_{продуктов} - n_{реагентов} = 9 - 25 = -16$ молей.
Так как число молей газа уменьшается ($\Delta n_g < 0$), энтропия системы убывает.

Ответ: реакция протекает с уменьшением энтропии.

3) $2SO_2(г) + O_2(г) = 2SO_3(ж)$

Сумма молей газообразных реагентов: $n_{реагентов} = 2 \text{ моль } SO_2 + 1 \text{ моль } O_2 = 3$ моля.
Сумма молей газообразных продуктов: $n_{продуктов} = 0$ молей (продукт находится в жидком состоянии).
Изменение числа молей газа: $\Delta n_g = n_{продуктов} - n_{реагентов} = 0 - 3 = -3$ моля.
Происходит как уменьшение числа молей газа, так и переход веществ из газообразного состояния в жидкое. Оба фактора приводят к значительному уменьшению энтропии.

Ответ: реакция протекает с уменьшением энтропии.

4) $C_8H_{18}(г) = 3C_2H_4(г) + C_2H_6(г)$

Количество молей газообразных реагентов: $n_{реагентов} = 1$ моль $C_8H_{18}$.
Сумма молей газообразных продуктов: $n_{продуктов} = 3 \text{ моль } C_2H_4 + 1 \text{ моль } C_2H_6 = 4$ моля.
Изменение числа молей газа: $\Delta n_g = n_{продуктов} - n_{реагентов} = 4 - 1 = 3$ моля.
Так как число молей газа увеличивается ($\Delta n_g > 0$), энтропия системы возрастает.

Ответ: реакция протекает с увеличением энтропии.