Соотношение стандартных изменений энтальпии и энтропии реакций


Задача 316. 
Для следующих реакций
энтальпия

указать правильное соотношение стандартных изменений энтальпии: 

энтальпия

Решение:
По табличным данным стандартные энтальпии образования веществ, участвующих в реакциях равны (стандартные энтальпии простых веществ принято считать равными нулю):

энтальпия

Для расчета энтальпия  реакций используем уравнение из следствия закона Гесса:

энтальпия

а) Находим стандартную энтальпию реакции:

энтальпия

б) Находим стандартную энтальпию реакции:

энтальпия

в) Находим стандартную энтальпию реакции:

энтальпия

Таким образом,  энтальпия2 и   энтальпия1 <   энтальпия3.

Ответ: а).


Задача 317.
Указать, какие из нижеследующих утверждений правильны для реакций, протекающих в стандартных условиях: а) эндотермические реакции не могут протекать самопроизвольно; б) эндотермические реакции могут протекать при достаточно низких температурах; в) эндотермические реакции могут протекать при достаточно высоких температурах, если изменение энтропии реакции положительно.
Решение:
Эндотермическая реакция имеет значение энтальпии  дельтаH  > 0. Если   дельтаH > 0, энтропия  > 0, то в уравнении
 энергия гиббса дельтаH - Tэнтропия  второй член равенства (- Tэнтропия ) будет иметь отрицательное значение, поэтому член (энергия гиббса ) примет тоже отрицательное значение только при достаточно большом числовом значении (Т).

При  дельтаH > 0, энтропия  < 0 в уравнении (энергия гиббса =  дельтаH - Tэнтропия)  второй член равенства (- Tэнтропия) будет иметь положительное значение, поэтому при любом значении температуры (Т) член (энергия гиббса ) будет всегда  иметь тоже положительное значение. Таким образом, при дельтаH > 0, энтропия  < 0 реакция невозможна при любых значениях температуры; при  
дельтаH > 0, энтропия  > 0 реакция возможна только при достаточно высоких температурах. Значит, эндотермические реакции могут протекать при достаточно высоких температурах, если изменение энтропии реакции имеет положительное значение.

Ответ: в).


Задача 318. 
Не производя вычислений, указать, для каких из перечисленных процессов изменение энтропии положительно:

энтальпия

Решение:
а) В реакции не наблюдается изменения общего числа молей веществ, из одного кристаллического  и одного газообразного веществ образуется одинаковое число кристаллического и жидкого веществ, это, естественно, приводит к упорядоченности системы, что сопровождается уменьшением энтропии, энтропия  < 0.

б) В реакции не наблюдается изменения общего числа молей веществ, но число молей газообразных веществ возрастает вдвое, это, естественно, приводит к упорядоченности системы, что сопровождается уменьшением энтропииэнтропия  > 0.

 в) Реакция протекает без изменения агрегатных состояний веществ, но с увеличением молей продуктов реакции, это ведёт к уменьшению упорядоченности системы, значит энтропия  > 0.

г) В реакции происходит уменьшение, как общего числа молей реагирующих веществ, так и общего числа молей газообразных веществ, это приводит систему в состояние большей упорядоченности, значит энтропия  < 0.

д) В реакции происходит увеличение общего числа молей реагирующих веществ, и к тому же из  кристаллического вещества образуются два газообразных веществ, это приводит к уменьшению упорядоченности системы, значит энтропия  > 0.

Ответ: б), в), д).


Задача 319. 
В каком из следующих случаев реакция возможна при любых температурах: а)  дельтаH < 0;энтропия  > 0; 6) дельтаH  < 0, энтропия  < 0; в)  дельтаH > 0,энтропия  >0?
Решение: 
а) При  дельтаH < 0, энтропия  > 0 в уравнении (энергия гиббса =  дельтаH - Tэнтропия )  второй член равенства ( - Tэнтропия) будет иметь отрицательное значение при любых значениях температуры (Т). Значит, энергия гиббса  при  дельтаH < 0,энтропия  > 0 всегда имеет отрицательное значение, поэтому реакция возможна при любых температуре.

б) При  дельтаH < 0, энтропия < 0 реакция возможна при условии, что  дельтаH в уравнении (энергия гиббса =  дельтаH - Tэнтропия)  больше по абсолютному значению, чем член  (Tэнтропия ); поскольку абсолютное значение члена  (Tэнтропия ) с ростом множителя (Т) увеличивается, то указанное условие будет осуществляться при достаточно низких температурах, т.е. при низких температурах наиболее вероятно самопроизвольное протекание экзотермических реакций, даже если при этом энтропия системы уменьшается.

в) При дельтаH  > 0,энтропия  > 0 в уравнении (энергия гиббса =  дельтаH - Tэнтропия )  второй член равенства ( - Tэнтропия) будет иметь отрицательное значение, поэтому член (энергия гиббса ) примет тоже отрицательное значение только при достаточно большом числовом значении (Т). Член (энергия гиббса ) может быть отрицателен только при очень высоких значениях температуры (Т). Реакция возможна только при достаточно высоких температурах, потому что с ростом члена (Т) будет наблюдаться уменьшение значения члена (энергия гиббса ).

Ответ: а).