Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

Ćwiczenie 1

Dla reakcji chemicznej, zachodzącej wg poniższego równania:

aA + bB \to cC + dD

RrCuJOXhMoT54

Zdefiniuj wielkość opisaną równaniem.

RYXIyF0x9NxOI

Wielkość opisana powyższym równaniem to zmiana entropii standardowej ( $S °$ ) reakcji.

Zmiana entropii standardowa ( $S °$ ) reakcji to wartość entropii dla tej reakcji chemicznej, wyrażonej jako różnica pomiędzy wartościami standardowej entropii produktów a wartościami standardowej entropii substratów, pomnożonych przez wartość odpowiednich współczynników. Określa się ją dla reakcji, która przebiega w stanie standardowym ( $1013 hPa$ , i wybranej temperaturze – najczęściej $25 ° C$ ) w odniesieniu do jednego mola danej substancji.

Ćwiczenie 2

RrzarfQ9uS7e0

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1dRwl4XMIieI

RrCWlM1b9Pg79

Woda w postaci lodu – w fazie stałej cząsteczki wody znajdują się w konkretnych, ustalonych pozycjach względem siebie i ich ruch ograniczony jest zaledwie do drobnych oscylacji. Ruch cząsteczek wody jest większy, jeśli analizuje się wodę w postaci ciekłej, ponieważ cząsteczki mogą się swobodnie poruszać względem siebie (w danej objętości cieczy). W fazie gazowej – para wodna związana jest z jeszcze większym wzrostem ruchów cząsteczek pary( gazu) względem siebie. Dlatego zależność entropii w zależności od stanu skupienia jest następująca:

S_{lód} < S_{woda} < S_{para wodna}

Ćwiczenie 3

Ustal, jak zmienia się entropia dla podanego procesu, w oparciu o teorię Boltzmanna. Wyjaśnij znak otrzymanej entropii. Cały proces został przedstawiony na schemacie – nie ma możliwości zastosowania innych kombinacji.

Rna4h6AnejdKU

Ilustracja przedstawiające proces. W stanie początkowym trzy z czterech kulek znajdują się w jednej ćwiartce koła, jedna kulka w drugiej ćwiartce, dwie pozostałe ćwiartki są puste. Strzałka w prawo, za strzałką mikrostany: pierwsze koło, w którym trzy z czterech kulek znajdują się w pierwszej ćwiartce koła, czwarta kulka znajduje się w trzeciej ćwiartce, a druga i czwarta ćwiartka są puste. Drugie koło, w pierwszej ćwiartce znajdują się dwie z czterech kulek, w drugiej jedna, trzecia ćwiartka jest pusta, a w czwartej znajduje się jedna kulka. W trzecim kółku, w każdej ćwiartce znajduje się jedna kulka. W czwartym kółku, pierwsza ćwiartka jest pusta w drugiej znajdują się dwie kulki, w trzeciej jedna i w czwartej również jedna. W piątym kółku pierwsza i druga ćwiartka są puste, w trzeciej znajdują się trzy kulki, a w czwartej jedna. — Ilustracja do zadania nr 3
Źródło: GroMar sp.z.o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1ENu9A67ZQdV

Rekcs7sUJWB3H

Na podstawie prac Ludwiga Boltzmanna, entropię ( $S$ ) układu można wyrazić jako logarytmiczną zależność liczby mikrostanów ( $W$ ) dla danego układu.

Δ S = 1,38 \cdot 10^{- 23} \cdot \ln (\frac{5}{1}) = 2,22 \cdot 10^{- 23} \frac{J}{K}

Zgodnie z założeniami Boltzmanna dotyczącymi entropii, mamy tutaj zmianę entropii większą od zera, co jest zgodne z założeniem, że dla układu, z większą liczbą mikrostanów w stanie końcowym niż początkowym ( $W_{k} > W_{p}$ ), przyrost entropii jest ujemny.

ROuf8ZCUHhPhG21

Ćwiczenie 4

Połącz w pary. Zaproponuj zmiany entropii dla poniższych przemian i wyjaśnij, co powoduje taką zmianę.

{Ag}_{(aq)}^{+} + = {Cl}_{(aq)}^{-} \to {AgCl}_{(s)}

Możliwe odpowiedzi: 1. Ujemna zmiana entropii, ponieważ maleje ilość cząsteczek gazu., 2. Dodatnia zmiana entropii, ponieważ wzrasta temperatura., 3. Ujemna zmiana entropii, ponieważ jony w roztworze ulegają reakcji tworzenia stałego chlorku srebra., 4. Dodatnia zmiana entropii, ponieważ wzrosła ilość cząsteczek gazu. Woda w temperaturze pokojowej ⟶ woda w

50 ° C

2 C_{6} H_{6 (c)} + 15 O_{2 (g)} \to 12 {CO}_{2 (g)} + 6 H_{2} O_{(c)}

{CaCO}_{3 (s)} \to {CaO}_{(s)} + {CO}_{2 (g)}

RQKhaVttr24f92

Ćwiczenie 5

Ćwiczenie 6

Oblicz, ile wynosi zmiana standardowej entropii dla poniższej reakcji.

4 {Cu}_{(s)} + O_{2 (g)} \to 2 {Cu}_{2} O_{(s)}

$S °_{{Cu}_{2} O} = 93,14 \frac{J}{mol \cdot K}$

$S °_{Cu} = 33,15 \frac{J}{mol \cdot K}$

$S °_{O_{2}} = 205,14 \frac{J}{mol \cdot K}$

Indeks dolny Źródło: Dane termodynamiczne w $25 ° C$ , przy ciśnieniu standardowym dla wybranych substancji nieorganicznych, http://www.pg.gda.pl/chem/Dydaktyka/Fizyczna/chf_tch_I_cr_003a.pdf Indeks dolny koniec

Obliczenia przyjmij w stosunku do jednego mola tlenku miedzi( $I$ ).

R1b6ceILrVozO

R8wr6gwJ6GpWQ

2 \cdot S °_{x} = 2 \cdot S °_{{Cu}_{2} O} - (S °_{O_{2}} + 4 \cdot S °_{Cu})

Δ S °_{x} = \frac{2 \cdot 93,14 \frac{J}{K \cdot mol} - (205,14 \frac{J}{K \cdot mol} + 4 \cdot 33,15 \frac{J}{K \cdot mol})}{2}

Δ S °_{x} = \frac{186,28 \frac{J}{K \cdot mol} - 337,74 \frac{J}{K \cdot mol}}{2} = - 75,73 \frac{J}{K \cdot mol}

Zmiana standardowej entropii wynosi $- 75,73 \frac{J}{K \cdot mol}$ .

Ćwiczenie 7

Napisz równanie reakcji chemicznej – w tym celu uzupełnij wzory reagentów i dobierz współczynniki stechiometryczne. Ile wynosi dla tej reakcji $Δ S$ ? W obliczeniach uwzględnij ilości benzenu, wynikające ze stechiometrii reakcji.

$S °_{{CO}_{2}} = 213,74 \frac{J}{mol \cdot K}$

$S °_{H_{2} O} = 69,91 \frac{J}{mol \cdot K}$

$S °_{C_{6} H_{6}} = 173,3 \frac{J}{mol \cdot K}$

$S °_{O_{2}} = 205,14 \frac{J}{mol \cdot K}$

R2mk6IRwNKA5B

12

, 2.

3

, 3.

6

, 4.

2

, 5.

{CO}_{2 (g)}

, 6.

H_{2 (g)}

, 7.

10

, 8.

{CO}_{(g)}

, 9.

5

, 10.

15

, 11.

H_{2} O_{(c)}

, 12.

O_{2 (g)}

C_{6} H_{6 (c)} +

12

, 2.

3

, 3.

6

, 4.

2

, 5.

{CO}_{2 (g)}

, 6.

H_{2 (g)}

, 7.

10

, 8.

{CO}_{(g)}

, 9.

5

, 10.

15

, 11.

H_{2} O_{(c)}

, 12.

O_{2 (g)}

O_{2 (g)} \to

12

, 2.

3

, 3.

6

, 4.

2

, 5.

{CO}_{2 (g)}

, 6.

H_{2 (g)}

, 7.

10

, 8.

{CO}_{(g)}

, 9.

5

, 10.

15

, 11.

H_{2} O_{(c)}

, 12.

O_{2 (g)}

12

, 2.

3

, 3.

6

, 4.

2

, 5.

{CO}_{2 (g)}

, 6.

H_{2 (g)}

, 7.

10

, 8.

{CO}_{(g)}

, 9.

5

, 10.

15

, 11.

H_{2} O_{(c)}

, 12.

O_{2 (g)}

+

12

, 2.

3

, 3.

6

, 4.

2

, 5.

{CO}_{2 (g)}

, 6.

H_{2 (g)}

, 7.

10

, 8.

{CO}_{(g)}

, 9.

5

, 10.

15

, 11.

H_{2} O_{(c)}

, 12.

O_{2 (g)}

12

, 2.

3

, 3.

6

, 4.

2

, 5.

{CO}_{2 (g)}

, 6.

H_{2 (g)}

, 7.

10

, 8.

{CO}_{(g)}

, 9.

5

, 10.

15

, 11.

H_{2} O_{(c)}

, 12.

O_{2 (g)}

RtiHVXJcsgM1Y

RgbhL1ROcrBwi

S °_{x} = (12 \cdot S °_{{CO}_{2}} + 6 \cdot S °_{H_{2} O}) - (2 \cdot S °_{C_{6} H_{6}} + 15 \cdot S °_{O_{2}})

Δ S °_{x} = (12 \cdot 213,74 + 6 \cdot 69,91) - (2 \cdot 173,3 + 15 \cdot 205,14) = 3423,7 \frac{J}{mol \cdot K}

Zmiana standardowej entropii wynosi $3423,7 \frac{J}{mol \cdot K}$ .

Ćwiczenie 8

Wykonując odpowiednie obliczenia, sprawdź, czy lód ulegnie samorzutnemu roztopieniu się w $(- 10 ° C)$ , czy w $10 ° C$ .

Δ S °_{układu} = 22,1 \frac{J}{mol \cdot K}

H_{2} O_{(s)} \to H_{2} O_{(c)}

Wiedząc, że zmiana entropii dla podanego procesu wynosi $22,1 \frac{J}{mol \cdot K}$ i wiąże się z przekazaniem przez otoczenie $6,00 kJ$ ciepła do układu.

RkFwejE1cNmDa

R8e4tiTY4lgTC

Samorzutność dla podanego procesu można obliczyć poprzez obliczenie zmiany entropii całościowej (wszechświata). Wówczas, jeśli $Δ S > 0$ , to proces jest samorzutny, jeśli $Δ S < 0$ , proces jest wymuszony.

$Δ S °_{układu} = 22,1 \frac{J}{mol \cdot K}$

$Q_{otoczenia} = - 6,00 kJ$

Dla $(- 10,00 ° C)$ , czyli $263, 14 K$ :

$Δ S = Δ S_{układu} + Δ S_{otoczenia} = Δ S_{układu} + \frac{Q_{otoczenia}}{T} = 22,1 + (- 6,00 \cdot \frac{10^{3}}{263,15}) = - 0,7 \frac{J}{K}$

Dla $10,00 ° C$ , czyli $283,15 K$ :

$Δ S = Δ S_{układu} + Δ S_{otoczenia} = Δ S_{układu} + \frac{Q_{otoczenia}}{T} = 22,1 + (- 6,00 \cdot \frac{10^{3}}{283,15}) = 0,9 \frac{J}{K}$

Dla $(- 10,00 ° C)$ $Δ S < 0$ , więc topienie nie jest procesem samorzutnym, a dla $10,00 ° C$ $Δ S > 0$ , a więc topnienie już w tym wypadku jest procesem samorzutnym.

Film samouczek

Dla nauczyciela