Номер 65, страница 300 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.65. Какие из перечисленных реакций протекают с уменьшением энтропии?

$1) {\mathrm{CH}}_4(\mathrm{г})+2{\mathrm{O}}_2(\mathrm{г}) = {\mathrm{CO}}_2(\mathrm{г})+2{\mathrm{Н}}_2\mathrm{O}(\mathrm{ж})$

$2) {\mathrm{CaCO}}_3(\mathrm{тв}) = \mathrm{CaO}(\mathrm{тв})+{\mathrm{CO}}_2(\mathrm{г})$

$3) 2{\mathrm{CH}}_4(\mathrm{г}) = {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_2(\mathrm{г})+3{\mathrm{H}}_2(\mathrm{г})$

$4) \mathrm{C}(\mathrm{тв})+2{\mathrm{F}}_2(\mathrm{r}) = {\mathrm{CF}}_4(\mathrm{r})$

Энтропия ($S$) является мерой неупорядоченности или хаоса в системе. Изменение энтропии ($ΔS$) в ходе химической реакции можно качественно оценить, проанализировав изменение агрегатных состояний веществ и, что наиболее важно, изменение количества молей газообразных веществ ($Δn_{газ}$). Реакция протекает с уменьшением энтропии ($ΔS < 0$), если система становится более упорядоченной. Как правило, это происходит при уменьшении количества молей газа в системе.

Проанализируем каждую из представленных реакций:

1) $CH_4(г) + 2O_2(г) = CO_2(г) + 2H_2O(ж)$

В левой части уравнения (реагенты) находятся $1+2=3$ моля газообразных веществ. В правой части (продукты) — $1$ моль газа и $2$ моля жидкости. Изменение числа молей газа составляет $Δn_{газ} = n_{продукты(газ)} - n_{реагенты(газ)} = 1 - 3 = -2$. Поскольку количество молей газа уменьшается, а также происходит переход части вещества из газообразного состояния в жидкое (конденсация), энтропия системы уменьшается.

2) $CaCO_3(тв) = CaO(тв) + CO_2(г)$

В этой реакции из $1$ моля твердого вещества (реагент) образуется $1$ моль твердого вещества и $1$ моль газа (продукты). Изменение числа молей газа $Δn_{газ} = 1 - 0 = +1$. Появление газообразного продукта из твердого реагента приводит к значительному увеличению беспорядка в системе. Энтропия возрастает.

3) $2CH_4(г) = C_2H_2(г) + 3H_2(г)$

В левой части уравнения — $2$ моля газа. В правой части — $1+3=4$ моля газа. Изменение числа молей газа $Δn_{газ} = 4 - 2 = +2$. Так как количество молей газообразных веществ увеличивается, энтропия системы возрастает.

4) $C(тв) + 2F_2(г) = CF_4(г)$

В левой части находятся $2$ моля газа и $1$ моль твердого вещества. В правой части — $1$ моль газа. Изменение числа молей газа $Δn_{газ} = 1 - 2 = -1$. Уменьшение количества молей газообразных веществ приводит к упорядочиванию системы, поэтому энтропия уменьшается.

Ответ: реакции, протекающие с уменьшением энтропии, — 1 и 4.