Номер 1, страница 281 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 60. Энергия Гиббса и критерии самопроизвольности химических реакций. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 1, страница 281.

Условие.

1. Укажите процессы, которые приводят к увеличению энтропии:

а) $CaCO_{3(\text{тв})} = \text{CaO}_{(\text{тв})} + \text{CO}_{2(\text{г})}$;

б) $2H_{2(\text{г})} + O_{2(\text{г})} = 2H_{2}O_{(\text{ж})}$;

в) $N_{2(\text{г})} + 3H_{2(\text{г})} = 2NH_{3(\text{г})}$;

г) $H_{2}O_{(\text{ж})} = H_{2}O_{(\text{г})}$;

Решение.

Решение 2.

Энтропия ($S$) является термодинамической функцией состояния, служащей мерой неупорядоченности (беспорядка) системы. Процессы, которые ведут к увеличению беспорядка в системе, сопровождаются увеличением энтропии ($ \Delta S > 0 $). Оценить изменение энтропии в химических процессах можно по следующим правилам:

• Энтропия увеличивается при переходе вещества из твердого состояния в жидкое и из жидкого в газообразное. Энтропия газов значительно выше энтропии жидкостей и твердых тел.
• Энтропия увеличивается в реакциях, где из твердых или жидких реагентов образуются газообразные продукты.
• Энтропия увеличивается, если в ходе реакции с участием газов увеличивается их количество (число молей).
• Энтропия увеличивается при реакциях разложения, когда из одной сложной молекулы образуется несколько более простых.

Проанализируем предложенные процессы с точки зрения изменения энтропии.

а) $ CaCO_{3(тв)} = CaO_{(тв)} + CO_{2(г)} $

В данной реакции разложения из одного моля твердого карбоната кальция образуется один моль твердого оксида кальция и один моль газообразного диоксида углерода. Появление газообразного продукта, молекулы которого обладают высокой степенью свободы и хаотичности движения, является доминирующим фактором. Система переходит в более неупорядоченное состояние. Изменение числа молей газа $ \Delta n_{газ} = 1 - 0 = 1 > 0 $. Следовательно, энтропия системы значительно возрастает.

Ответ: процесс приводит к увеличению энтропии.

б) $ 2H_{2(г)} + O_{2(г)} = 2H_2O_{(ж)} $

В этой реакции три моля газов (два моля водорода и один моль кислорода) превращаются в два моля жидкости (воды). Происходит сразу два процесса, ведущих к уменьшению беспорядка: во-первых, переход из газообразного состояния в жидкое, которое является более упорядоченным, и, во-вторых, уменьшение общего числа молей веществ в системе с 3 до 2. Оба фактора способствуют значительному уменьшению энтропии.

Ответ: процесс приводит к уменьшению энтропии.

в) $ N_{2(г)} + 3H_{2(г)} = 2NH_{3(г)} $

Это реакция синтеза аммиака, в которой все участники являются газами. Из четырех молей исходных газообразных веществ (один моль азота и три моля водорода) образуется два моля газообразного продукта (аммиака). Число молей газов уменьшается: $ \Delta n_{газ} = 2 - (1 + 3) = -2 $. Уменьшение количества газовых частиц приводит к уменьшению числа возможных состояний системы, то есть к уменьшению беспорядка. Энтропия системы уменьшается.

Ответ: процесс приводит к уменьшению энтропии.

г) $ H_2O_{(ж)} = H_2O_{(г)} $

Данный процесс представляет собой фазовый переход воды из жидкого состояния в газообразное (испарение или кипение). Молекулы в газе (водяной пар) движутся гораздо более хаотично и занимают значительно больший объем по сравнению с молекулами в жидкости. Этот переход от более упорядоченного жидкого состояния к менее упорядоченному газообразному всегда сопровождается существенным увеличением энтропии.

Ответ: процесс приводит к увеличению энтропии.