Как правильно определять изменение энтропии системы

Определение изменения энтропии фазового перехода при испарении бромбензола
 

Задача 1.
Удельная теплота испарения бромбензола при температуре 140 ⁰С равна 245,3 Дж/г. Определите изменение энтропии фазового перехода при испарении 1,25 моль бромбензола.
Решение:
Изменение энтропии в равновесном процессе перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое определяется по второму закону термодинамики как

ΔS = ΔH/Т, где 

ΔH – теплота испарения (или энтальпия процесса фазового перехода из жидкого состояния в газообразное), 
Т – температура фазового перехода.

Для определения теплового эффекта процесса ΔH необходимо вначале рассчитать молярную массу исходного вещества бромбензола С₆Н₅Br, она будет равна: 

М(С₆Н₅Br) = (6·12) + (5·1) + (1·80) = 157 (г/моль). 

Зная количество вещества бромбензолаn, участвующего в фазовом переходе, определяем его массу:

m(С₆Н₅Br) = М(С₆Н₅Brr) · n(С₆Н₅Br);
m(С₆Н₅Br) = 157 г/моль · 1,25 моль = 196,25 г.

Для данной массы вещества, с учетом удельной теплоты испарения (L), рассчитаем тепловой эффект процесса по формуле: 

ΔH = L · m;
ΔH = 245,3(Дж/г) · 196,25 (г) = 48140,25 Дж.

Температура фазового перехода:

Т = t ⁰C + 273 = 140 + 273 = 413 К.

Видео:Урок 12. Решение задач на энтропию.Скачать

Подставив полученные значения в уравнение 2-го закона термодинамики, получим:

ΔS = 48140,25(Дж)/413(К) = 116,56 Дж/К.

Ответ: при испарении 1,25 моль бромбензола энтропия системы возрастает на 116,56 Дж/К.
 

Определение изменения энтропии в стандартных условиях для химической реакции
 

Задача 2.
Определите изменение энтропии в стандартных условиях для следующего химического процесса:
Al(к) + Cr₂O₃(к) → Cr(к) + Al₂O₃(к).
Решение:
Согласно 3-му следствию из закона Гесса, изменение энтропии химического процесса (ΔS) определяется как разность сумм энтропий продуктов реакции и реагентов с учетом их стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции.

Учитывая это обстоятельство, схему процесса необходимо привести к химическому уравнению, расставив соответствующие коэффициенты. Тогда получим:

2Al(к) + Cr₂O₃(к) = 2Cr(к) + Al₂O₃(к).

Для этой реакции составим уравнение расчета изменения энтропии в стандартных условиях: 

ΔS⁰= [2·S⁰Cr(к) +S⁰Al₂O₃(к)] – [2·S⁰Al(к) +S⁰Cr₂O₃(к)].

По табличным данным установим значения энтропий (S⁰) участников процесса (Дж/моль·К):

S⁰Al(к) = 28,32; S⁰Cr₂O₃(к) = 81,10; S⁰Cr(к) = 23,76; S⁰Al₂O₃(к) = 50,94.

Подставив найденные значения энтропий в искомое уравнение, и произведя расчеты, получим:

ΔS⁰ = [(2·23,76)  + 50,94] –[ (2·28,32) + 81,10] = -39,28 (Дж/моль·К).

Заметим при этом, что отрицательное значение изменения энтропии (убывание энтропии) свидетельствует о невозможности осуществления указанного процесса самопроизвольно в стандартных условиях.

Ответ: ΔS⁰= -39,28 Дж/моль·К. При стандартных условиях такой процесс невозможен.