Номер 3, 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 3, страница 281.

Условие.

3. Уменьшение энтропии при упорядочении или самоорганизации может быть скомпенсировано её увеличением за счёт химических реакций. Рассчитайте изменение энтропии при фотосинтезе и при полном окислении одного моля глюкозы, используя следующие данные.

Вещество	$S$, Дж/(моль $\cdot$ К)
$O_2$	205
$H_2O_{(ж)}$	70
$CO_2$	214
$C_6H_{12}O_6$	212

Решение.

Решение 2.

Дано:

Стандартные молярные энтропии веществ:

• $S^{\circ}(\text{O}_2) = 205 \text{ Дж/(моль} \cdot \text{К)}$
• $S^{\circ}(\text{H}_2\text{O(ж)}) = 70 \text{ Дж/(моль} \cdot \text{К)}$
• $S^{\circ}(\text{CO}_2) = 214 \text{ Дж/(моль} \cdot \text{К)}$
• $S^{\circ}(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = 212 \text{ Дж/(моль} \cdot \text{К)}$

Все данные представлены в системе СИ.

Найти:

• $\Delta S_{фотосинтеза}$ — изменение энтропии при фотосинтезе одного моля глюкозы.
• $\Delta S_{окисления}$ — изменение энтропии при полном окислении одного моля глюкозы.

Решение:

Изменение энтропии химической реакции ($\Delta S_{реакции}$) рассчитывается как разность между суммой стандартных энтропий продуктов и суммой стандартных энтропий реагентов с учётом их стехиометрических коэффициентов:

$\Delta S_{реакции} = \sum (\nu_{i} \cdot S^{\circ}_{продукты}) - \sum (\nu_{j} \cdot S^{\circ}_{реагенты})$

Изменение энтропии при фотосинтезе

Запишем уравнение реакции фотосинтеза, в результате которой образуется один моль глюкозы:

$6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O(ж)} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$

Рассчитаем изменение энтропии для этой реакции:

$\Delta S_{фотосинтеза} = (1 \cdot S^{\circ}(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) + 6 \cdot S^{\circ}(\text{O}_2)) - (6 \cdot S^{\circ}(\text{CO}_2) + 6 \cdot S^{\circ}(\text{H}_2\text{O(ж)}))$

Подставим значения из таблицы:

$\Delta S_{фотосинтеза} = (1 \cdot 212 + 6 \cdot 205) - (6 \cdot 214 + 6 \cdot 70)$

$\Delta S_{фотосинтеза} = (212 + 1230) - (1284 + 420)$

$\Delta S_{фотосинтеза} = 1442 - 1704 = -262 \text{ Дж/К}$

Энтропия уменьшается, так как из 12 молей более простых веществ (газа и жидкости) образуется 1 моль сложного твёрдого вещества и 6 молей газа, что приводит к увеличению упорядоченности системы.

Ответ: изменение энтропии при фотосинтезе одного моля глюкозы составляет -262 Дж/К.

Изменение энтропии при полном окислении одного моля глюкозы

Полное окисление глюкозы (процесс, обратный фотосинтезу) описывается следующим уравнением:

$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O(ж)}$

Рассчитаем изменение энтропии для этой реакции:

$\Delta S_{окисления} = (6 \cdot S^{\circ}(\text{CO}_2) + 6 \cdot S^{\circ}(\text{H}_2\text{O(ж)})) - (1 \cdot S^{\circ}(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) + 6 \cdot S^{\circ}(\text{O}_2))$

Подставим значения:

$\Delta S_{окисления} = (6 \cdot 214 + 6 \cdot 70) - (1 \cdot 212 + 6 \cdot 205)$

$\Delta S_{окисления} = (1284 + 420) - (212 + 1230)$

$\Delta S_{окисления} = 1704 - 1442 = 262 \text{ Дж/К}$

Энтропия увеличивается, так как из 1 моля сложного твёрдого вещества и 6 молей газа образуется 12 молей более простых веществ (газа и жидкости), что приводит к уменьшению упорядоченности системы.

Ответ: изменение энтропии при полном окислении одного моля глюкозы составляет 262 Дж/К.