Номер 72, страница 301 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.72. В некоторой реакции $∆S>0$ и $∆Н<0.$ Выберите верное утверждение.

1) При проведении реакции в изолированном сосуде температура реакционной смеси понижается.

2) При нагревании константа равновесия увеличивается.

3) Реакция является необратимой при любой температуре.

4) Это – реакция соединения.

Для анализа утверждений воспользуемся основными положениями химической термодинамики и кинетики. Нам даны условия для некоторой реакции: изменение энтропии $\Delta S > 0$ и изменение энтальпии $\Delta H < 0$.

Дано:
Изменение энтропии реакции $\Delta S > 0$
Изменение энтальпии реакции $\Delta H < 0$

Найти:
Верное утверждение из предложенных.

Решение:
Рассмотрим каждое утверждение по отдельности.

1) При проведении реакции в изолированном сосуде температура реакционной смеси понижается.

Условие $\Delta H < 0$ означает, что реакция является экзотермической, то есть протекает с выделением теплоты. В изолированном сосуде (адиабатические условия) нет теплообмена с окружающей средой. Следовательно, вся выделившаяся в ходе реакции теплота пойдет на нагрев самой реакционной смеси. Таким образом, температура реакционной смеси будет повышаться, а не понижаться. Утверждение неверно.

2) При нагревании константа равновесия увеличивается.

Согласно принципу Ле Шателье, при повышении температуры химическое равновесие смещается в сторону эндотермической реакции (реакции, которая поглощает теплоту). Данная реакция является экзотермической ($\Delta H < 0$) в прямом направлении. Следовательно, обратная реакция будет эндотермической ($\Delta H_{обр} > 0$). При нагревании равновесие сместится влево, в сторону исходных веществ. Смещение равновесия влево означает, что концентрация продуктов уменьшается, а концентрация реагентов увеличивается, что приводит к уменьшению константы равновесия $K$. Утверждение неверно.

3) Реакция является необратимой при любой температуре.

Самопроизвольность (и в данном контексте необратимость) химической реакции определяется знаком изменения энергии Гиббса $\Delta G$. Реакция протекает самопроизвольно, если $\Delta G < 0$. Изменение энергии Гиббса связано с изменением энтальпии и энтропии уравнением:
$\Delta G = \Delta H - T\Delta S$
где $T$ — абсолютная температура в Кельвинах ($T > 0$).
Подставим знаки из условия задачи:
$\Delta H < 0$ (отрицательное число)
$\Delta S > 0$ (положительное число)
Тогда выражение для $\Delta G$ принимает вид:
$\Delta G = (\text{отрицательное число}) - T \cdot (\text{положительное число})$
Поскольку $T$ всегда положительна, произведение $T\Delta S$ также всегда положительно. Вычитание положительного числа эквивалентно прибавлению отрицательного. Таким образом, $\Delta G$ будет представлять собой сумму двух отрицательных слагаемых при любой температуре $T$.
$\Delta G = (\text{отрицательное}) + (\text{отрицательное}) < 0$
Так как $\Delta G$ всегда отрицательно, реакция является самопроизвольной (термодинамически выгодной) при любой температуре. В этом смысле она является необратимой. Утверждение верно.

4) Это — реакция соединения.

Реакции соединения — это реакции, в которых из нескольких более простых веществ образуется одно более сложное (например, $A + B \rightarrow C$). Такие реакции обычно сопровождаются уменьшением числа частиц в системе, что приводит к уменьшению беспорядка. Следовательно, для большинства реакций соединения изменение энтропии отрицательно ($\Delta S < 0$). В условии же дано, что $\Delta S > 0$, что характерно, например, для реакций разложения ( $C \rightarrow A + B$ ) или реакций, идущих с увеличением числа молей газов. Таким образом, данная реакция, скорее всего, не является реакцией соединения. Утверждение неверно.

Ответ: верным является утверждение 3.