Номер 73, страница 301 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

11.73. 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 уменьшается.

3) Реакция является необратимой при любой температуре.

4) Это – реакция разложения.

Решение

Проанализируем каждое из предложенных утверждений, исходя из того, что для некоторой химической реакции изменение энтальпии $\Delta H > 0$ (реакция эндотермическая) и изменение энтропии $\Delta S > 0$ (энтропия системы возрастает).

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

Эндотермическая реакция ($\Delta H > 0$) протекает с поглощением теплоты. Если реакция проводится в изолированном сосуде (адиабатические условия), то теплообмен с окружающей средой отсутствует. В этом случае реакционная система будет поглощать теплоту из самой себя, что приведет к понижению ее внутренней энергии и, как следствие, к понижению температуры. Это утверждение является прямым следствием первого закона термодинамики для эндотермического процесса в адиабатических условиях. Следовательно, утверждение верно.

2) При нагревании константа равновесия уменьшается.

Согласно принципу Ле Шателье, при повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции. Поскольку прямая реакция является эндотермической ($\Delta H > 0$), нагревание будет способствовать смещению равновесия вправо, то есть в сторону образования продуктов. Смещение равновесия в сторону продуктов означает увеличение константы равновесия ($K$). Математически это выражается уравнением изобары Вант-Гоффа: $\frac{d(\ln K)}{dT} = \frac{\Delta H}{RT^2}$. Так как $\Delta H > 0$, то производная $\frac{d(\ln K)}{dT}$ положительна, что означает увеличение $K$ с ростом $T$. Таким образом, данное утверждение неверно.

3) Реакция является необратимой при любой температуре.

Направление и возможность самопроизвольного протекания реакции определяются знаком изменения энергии Гиббса: $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$. Реакция самопроизвольна (необратима в прямом направлении), когда $\Delta G < 0$. В нашем случае $\Delta H > 0$ и $\Delta S > 0$.

• При низких температурах, когда член $T\Delta S$ мал, $\Delta G$ будет положительным ($\Delta G \approx \Delta H > 0$), и реакция в прямом направлении самопроизвольно не идет.
• При высоких температурах, когда член $T\Delta S$ становится больше, чем $\Delta H$, значение $\Delta G$ становится отрицательным ($\Delta G < 0$), и реакция протекает самопроизвольно.

Таким образом, самопроизвольность реакции зависит от температуры. Реакция является обратимой. Утверждение неверно.

4) Это — реакция разложения.

Многие реакции разложения (распад одного сложного соединения на несколько более простых) действительно характеризуются положительными значениями $\Delta H$ (требуется энергия на разрыв связей) и $\Delta S$ (увеличивается число частиц и, следовательно, беспорядок). Однако это не является определением. Существуют другие процессы с такими же характеристиками, например, фазовые переходы (испарение, плавление) или растворение некоторых солей. Поэтому нельзя однозначно утверждать, что любая реакция с $\Delta H > 0$ и $\Delta S > 0$ является реакцией разложения. Утверждение не является абсолютно верным.

Из всех утверждений только первое является прямым и безусловным следствием заданных условий.

Ответ: 1.