IV. Изменение энтропии реакции Теоретическая часть

В задачах данного раздела предполагается, что зависимостью величин энтропии реакции от температуры можно пренебречь, а условия проведения процесса мало отличаются от стандартных. Поэтому для расчета изменения энтропии в реакции можно использовать соотношение:

= (6). Первый член этой разности является суммой произведений стандартных энтропий продуктов реакции на соответствующие стехиометрические коэффициенты. Второй член – аналогичная сумма для исходных веществ. Например, стандартная энтропия реакцииA+ 2B= 3Cрассчитывается по выражению:

Определить направление самопроизвольного процесса в изолированнойсистеме можно путем расчета величины. Если > 0, то самопроизвольной будет прямая реакция, при < 0 – обратная.

Энтальпия и энтропияфазового перехода соединения связаны между собой соотношением:

= (7).

Здесь – температура фазового перехода, К.

Примеры решения задач

Задача 1. Рассчитайте изменение энтропии в процессе протекания реакции:

2Al_(Tв) + 1,5O_2(Г) = Al₂O_3(Tв),

Дж/мольК 28,3 205,0 50,9

если известно, что при нормальных условиях израсходовалось 5 литров кислорода.

Решение.Найдем стандартную энтропию указанной реакции. = (Al₂O_3(Tв)) - 2(Al_(Tв)) - 1,5(O_2(Г)) =

50,9 - 228,3 - 1,5205,0 = -313,2 Дж/К.

Это изменение энтропии соответствует расходу по реакции 22,41,5 = 33,6 литров кислорода (1 моль газа при н.у. занимает объем 22,4 литра). Теперь можно составить пропорцию:

по уравнению: 33,6 л-313,2 Дж/К= -313,2 Дж/К

по условию: 5 лДж/К

Решив пропорцию относительно получаем:

= 5(-313,2)/33,6 = -46,6 Дж/К

Ответ. Изменение энтропии составит -46,6 Дж/К.

Задача 2. Определить(H₂O_(Г)), если известно что при испарении 9 граммов воды при с.у. поглощается 17,7 кДж тепла, аS⁰(H₂O_(Ж)) = 70,0 Дж/моль^.К.

Решение.Найдем молярную теплоту испарения, учитывая, что 9 г воды составляет 9/M(H₂O) = 9/18 = 0.5 моля. Составим пропорцию:

0.5 Моля 17,7 кДж

1. моль x кДж

Отсюда: x= 117,7/0.5 = 35,4 кДж/моль =. Стандартным условиям отвечает температура 298 К. Согласно соотношению (7)== 35,4/298 = 0,119 кДж/моль^.К = 119 Дж/моль^.К.

Далее, =(H₂O_(Г)) -(H₂O_(Ж)).

Поэтому(H₂O_(Г))=+(H₂O_(Ж))=119+70,0=189Дж/моль^.К.

Ответ. (H₂O_(Г)) = 189 Дж/моль^.К.

Задача 3. Определить направление самопроизвольного процесса визолированнойсистеме для следующей реакции:

Fe₂O_{3 (Тв)}+ 3H_{2 (Г)}= 2Fe_(Tв)+ 3H₂O_(Г)

Дж/мольК 89,9 130,6 27,1 188,7

Решение.Направление самопроизвольного процесса в изолированной системе определяется знаком изменения энтропии. Найдем стандартную энтропию заданной реакции.

= 3(H₂O_(Г)) + 2(Fe_(T)) -(Fe₂O_3(T)) - 3(H_2(Г)) = 3188,7 + 227,1 - 89,9 - 3130,6 = 138,6 Дж/К.

Ответ. Поскольку для заданной реакцииS⁰_r> 0, в изолированной системе самопроизвольно может протекать прямая реакция.

Задача 4. Смешали 1 моль РbО_2(T)с 2 молями цинка при 25°С. Рассчитайте энтропию получившейся системы, предполагая:

а) полное отсутствие химического взаимодействия между этими веществами;

б) полное превращение этих веществ по реакции:

РbО_{2 (Tв)}+ 2Zn_(Tв)= Рb_(Tв)+ 2ZnО_(Tв)

Дж/мольК 76,4 42,0 65,0 43,5

Решение.В случае а) энтропия системы будет равна суммарной энтропии веществ, составляющих систему, (реагентов)cучетом их количества. Таким образом, для заданной системы в отсутствие взаимодействия:

= (РbО_2(Tв)) + 2(Zn_(Tв)) = 76,4 + 242,0 = 160,4 Дж/К. В случае б) энтропия системы будет равна суммарной энтропии продуктов реакции:

= (Рb_(Tв)) + 2(ZnO_(Tв)) = 65,0 + 243,5,0 = 152,0 Дж/К

Ответ. а)= 160,4 Дж/К, б)= 152,0 Дж/К.

V. НАПРАВЛЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ