Поняття ентальпії та ентропії, як функцій стану речовини

Урок 34. Поняття ентальпії та ентропії, як функцій стану речовини

---

Мета уроку: пригадати поняття теплового ефекту реакції, познайомитися із визначеннями функції стану речовини, зміни ентальпії та ентропії хімічної реакції

Очікувані результати для вчительства:

Очікувані результати для учнівства:

План уроку

1. Мотивація (5 хв.).
2. Поняття ентальпії як функції стану речовини (10 хв.).
3. Поняття ентропії як функції стану речовини (12 хв.)
4. Практикуємось (15 хв.).
5. Рефлексія (3 хв.).

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 5 хв.

Як ви пам’ятаєте, усі явища у природі ми свого часу поділили на фізичні та хімічні. Чому відбувається танення льоду? Як поширюється газу у кімнаті? Що змушує розчинятися кухонну сіль у воді? Чому харчова сода взаємодіє зі столовим оцтом? За тих чи інших умов ці та інші процеси, що супроводжують фізичні та хімічні явища, можуть відбуватися самочинно або ні.

Демонстраційний дослід 1.

Перелік обладнання та реактивів:

1. Склянка на 100 мл 2 од.
2. Промивалка з дистильованою водою 1 од.
3. Термометр 2 од.
4. Скляна паличка з гумовим наконечником 2 од.
5. Амоній нітрат, кристалічний 5 г
6. Сульфатна кислота, 45 %-ий розчин 5 мл
7. Лабораторний штатив із тримачем (лапкою) 2 од.

Хід дослідження:

1. У дві хімічні склянки помістіть по 50 мл дистильованої води.
2. Опустіть у кожну зі склянок з водою закріплений у тримачі лабораторного штативу термометр. Зафіксуйте температуру води: .
3. До першої склянки, постійно перемішуючи розчин скляною паличкою (обережно, не допускайте торкання зі скляним термометром), висипте приготовлену порцію амоній нітрату. Почекайте 1-2 хвилини, доки сіль розчинеться. Запишіть нову температуру: .
4. До другої склянки додайте попередньо відібрану порцію сульфатної кислоти. Запишіть нові показники термометру: .
5. Відповідно до отриманих даних зміни температури у процесі приготування обох розчинів зробіть висновок про їхній тепловий ефект:
   • розчинення амоній нітрату – .
   • розчинення сульфатної кислоти –.

Чому обидва розчини досить швидко утворюються за кімнатної температури, хоча і супроводжуються різним тепловим ефектом? Що є «двигуном» розчинення обох речовин?

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 10 хв.

Знайомлячись із тепловими явищами, що супроводжують перебіг хімічних реакцій, ми уже вводили поняття теплового ефекту реакції, який виражається зміною ентальпії реакції, ∆Н_{реакції}. 

Завдання 1. Розгляньте графік, що ілюструє зміну енергії у процесі перебігу хімічної реакції та укажіть літери (а-г), що відповідають

• енергії реактантів: ;
• енергії продуктів: ;
• тепловому ефекту прямої реакції: ;
• тепловому ефекту зворотної реакції: .

Визначимо функцію стану речовини, як термодинамічну величину, значення якої залежить лише від стану системи й не залежить від шляху, яким система прийшла в цей стан, тобто від попередніх станів системи.Однією з найважливіших функцій стану речовини є її внутрішня енергія – сумарна енергія всіх видів взаємодій – внутрішньо- та міжмолекулярних – частинок (атомів, молекул, йонів) речовини. Саме завдяки цій енергії речовина залишається сама собою. Обчислити абсолютне значення внутрішньої енергії речовини непросто, якщо не сказати, неможливо. А тому вимірюванню піддаються лише зміни енергії за деякого сталого зовнішнього параметру – температури, тиску тощо.

Завдання 2. Як ви пам’ятаєте, під час перебігу хімічних реакцій теплота може виділятися або поглинатися. Розгляньте ілюстрацію щодо теплового ефекту реакції (див. вище) та визначте, які з наведених термохімічних рівнянь відповідають екзо-, а які ендотермічним процесам?

2NO (г.) + O₂ (г.) = 2NO₂ (г.); ∆Н = –114 кДж_________________________________

2H₂ (г.) + O₂ (г.) = 2H₂O (р.); ∆Н = –571,6 кДж_______________________________

N₂ (г.) + O₂ (г.) = 2NO₂ (г.); ∆Н = +66,4 кДж_________________________________

2CaCO₃ (тв.) = 2CaO (тв.) + СO₂ (г.); ∆Н = +178,3 кДж______________________

H₂ (г.) + Br₂ (г.) = 2HBr (г.); ∆Н = –72,8 кДж__________________________________

Такий тепловий ефект хімічних реакцій можна пояснити послідовністю розриву існуючих в частинках реагуючих речовин зв’язків та утворенням нових зв’язків у продуктах реакції. Енергетична діаграма, що ілюструє енергію дисоціації хімічного зв’язку має вигляд:

Як видно з діаграми, під час розриву зв’язку А-Б енергія системи збільшується, як результат поглинання її із навколишнього середовища. Тобто, енергія зв’язку – зміна ентальпії системи у процесі дисоціації частинки А-Б на окремі атоми* А та Б (*або йони А⁺ та Б‾, у випадку йонного зв’язку). Такий процес зазвичай є ендотермічним.

Завдання 3. Порівняйте ентальпії дисоціації зв’язку С-Н в різних молекулах. Зважаючи на полярність сусідніх до С-Н зв’язків, спробуйте пояснити, чому вони відрізняються.

CH₄ (г.) → СН₃▪ (г.) + Н▪ (г.); ∆Н_дис(С-Н) = +438 кДж/моль

C₂H₆ (г.) → С₂Н₅▪ (г.) + Н▪ (г.); ∆Н_дис(С-Н) = +410 кДж/моль

CHF₃ (г.) → СF₃▪ (г.) + Н▪ (г.); ∆Н_дис(С-Н) = +429 кДж/моль

CHBr₃ (г.) → СBr₃▪ (г.) + Н▪ (г.); ∆Н_дис(С-Н) = +377 кДж/моль

Очевидно, процес утворення хімічних зв’язків, навпаки, є екзотермічним.

Чи є значення теплового ефекту реакції свідченням того, що процес відбуватиметься легко, швидко, самочинно?

Розгляньмо один з найбільш досліджених процесів, без якого важко уявити існування життя на нашій планеті, – фотосинтез.

Завдання 4. Перегляньте відео (англійською мовою) за покликанням https://youtu.be/HKjSVbDM5Ds?si=LedTK45fxfSk2cEZ (авт. Peter Weatheral, @peterweatherall). Складіть термохімічне рівняння загального процесу фотосинтезу та відповідної зворотної реакції, якщо тепловий ефект згоряння глюкози становить -2816 кДж/моль

Але якщо взяти в руку шматочок глюкози (цукру або просто цукерку) та дозволити їй контактувати з киснем повітря, такого значного ефекту їхньої реакції один з одним не відчуєте. Чому? Справа у тому, що цей процес за звичайних (так званих, стандартних) умов є дуже повільним. У нашому організмі розщеплення простих вуглеводів, яким є глюкоза, значно прискорюється під дією спеціальних каталізаторів – ферментів

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 12 хв.

Таким чином, знання самої лише зміни ентальпії ∆H реакції не дозволяє однозначно говорити про можливість перебігу реакції за тих чи інших умов. Введемо ще одну функцію стану речовини – ентропію S, як міру невпорядкованості системи.

Як і у випадку ентальпії, для характеристики перебігу хімічної реакції значення матиме не абсолютна ентропія учасників процесу, а їхня зміна:

якщо ∆S>0, то ентропія в процесі реакції зростає, а значить збільшується хаотичностість (невпорядкованість) системи;

якщо ∆S<0, то система у процесі реакції стає більш впорядкованою.

Розгляньмо фотографію фрагменту Ужгородського замку. На сучасних світлинах стін його укріплень видно, що час не шкодує їх: в окремих місцях відсутні цеглинки, більшість з них пошкоджені. Відомий англійський поет Роберт Фрост, описуючи подібні старовинні споруди Нової Англії писав: «Щось наче не любить ці стіни». Цим «щось» є ентропія:

В залежності від агрегатного стану речовини досить легко передбачити відносні значення їхньої ентропії. Поза як твердий стан є найбільш впорядкованим, що часто характеризується утворенням речовиною чіткої структури кристалічних ґраток, то і ентропія твердих речовин зазвичай є невеликою. В той час, як газуватий стан характеризується майже відсутністю взаємодії між окремими його частинками та великою невпорядкованістю системи. Отже, S(твердий) < S(рідкий) < S(газуватий)

Демонстраційний дослід 2. «Зубна паста для слона»

Перелік обладнання та реактивів:

1. Хімічна склянка на 100 мл 1 од.
2. Мірний циліндр на 50 мл 1 од.
3. Скляна колба на 250 мл 1 од.
4. Лійка 1 од.
5. Гідроген пероксид, 30 % розчин 20 мл
6. Мило рідке 20 мл
7. Скляна паличка з гумовим накінечником 1 од.
8. Сухі дріжджі 10-12 г (пачка)

Хід дослідження:

• 1. У скляну колбу помістіть 10-12 г дріжджів.
• 2. У хімічній склянці змішайте 20 мл розчину гідроген пероксиду та рідкого мила. Ретельно перемішайте отриману суміш скляною паличкою для утворення однорідної суміші.

Обережно! Не допускайте потрапляння розчину гідроген пероксиду на будь-які ділянки тіла.

3. Використовуючи лійку швидко вилийте суміш гідроген пероксиду із милом в колбу, що містить дріжджі. Спостерігайте за утворенням великої кількості піни.

Обережно! У процесі реакції спостерігається розігрівання реакційної суміші.

4. Дайте відповіді на питання:

• Складіть рівняння реакції розкладу гідроген пероксиду з утворенням води та кисню:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Укажіть знак зміни ентропії у процесі перебігу цієї реакції. Коротко поясніть свою відповідь:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Яку роль виконують дріжджі у цьому перетворенні?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завдання 5. Послуговуючись підказками, розв’яжіть задачу.

За наведеним рівнянням реакції обчисліть стандартну зміну ентропії ΔS: N₂ (г.) + 3H₂ (г.) → 2NH₃ (г.)

Використайте такі значення стандартних ентропій речовин при 298 К (у Дж/(моль·К)):

Речовина	S, Дж/(моль∙К)
N2 (г.)	191,5
H2 (г.)	130,7
NH3 (г)	192,5

Розв’язання:

1. Зміна ентропії реакції обчислюється за формулою

2. Обчислюємо суму ентропій продуктів:
   • ∑S_{продуктів} = 2×S(NH₃) =____________________________________________ Дж/К
3. Обчислюємо суму ентропій реактантів:
   • ∑S_{реактантів} = S(N₂) + 3×S(H₂) =____________________________________________ Дж/К
4. Розраховуємо зміну ентропії реакції:
   • ∆S_{реакції} = ____________________________________________ Дж/К
5. Відповідь: зміна ентропії реакції становить____________________________________________

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 15 хв.

Виконуємо вправи і завдання. 

4.1. Пропан (С₃H₈) згоряє в атмосфері кисню відповідно до термохімічного рівняння:

C₃H₈ (г.) + 5O₂ (г.) → 3CO₂ (г.) + 4H₂O (г.); ΔH_{реакції} = –2220 кДж

Виконайте необхідні обчислення та визначте (за варіантами):

• (варіант 1) кількість теплоти, що виділиться при згорянні 4,4 г пропану.
• (варіант 2) кількість теплоти, що виділиться при витрачанні 22,4 л (за н. у.) кисню;
• (варіант 3) масу утвореного вуглекислого газу, якщо при цьому виділиться 444 кДж теплоти.

Варіант №___

4.2. Укажіть, зростає чи зменшується ентропія (ΔS) внаслідок кожної з наведених реакцій. Оберіть знак зміни ентропії:

• ΔS > 0 (ентропія зростає)
• ΔS < 0 (ентропія зменшується)

1. а) CaCO₃ (тв.) → CaO (тв.) + CO₂ (г.)________________________________________________
2. б) 2H₂ (г.) + O₂ (г.) → 2H₂O (р.)_____________________________________________________
3. в) NH₄NO₃ (тв.) → N₂O (г.) + 2H₂O (г.)_____________________________________________
4. г) CO₂ (г.) → CO₂ (тв.)_______________________________________________________________
5. д) N₂ (г.) + 3H₂ (г.) → 2NH₃ (г.)_____________________________________________________
6. е) H₂O (г.) → H₂O(р.)_______________________________________________________________

Очікувана відповідь:

1. а) ΔS > 0, через утворення газуватого СО₂
2. б) ΔS < 0, було три молі газів, а утворилась рідина
3. в) ΔS > 0, через утворення газів із твердої речовини
4. г) ΔS < 0, у процесі кристалізації зростає впорядкованість системи
5. д) ΔS < 0, зменшення кількості моль газів з чотирьох до двох
6. е) ΔS < 0, при конденсації парів невпорядкованість системи зменшується

Серед варіантів, які можуть запропонувати здобувачі освіти або можна навести учням в якості прикладу: сублімація йоду, конденсація спиртової пари, розкладання кальцію карбонату, замерзання води або танення льоду тощо.

4.3. Запропонуйте хімічні рівняння, що відповідають зміні ентропії реакції та короткому коментарю, який пояснює цю зміну:

Хімічне рівняння	Зміна ентропії,∆S	Пояснення
	>0	утворення газу
	<0	газ → рідина
	<0	гази → тверда речовина
	>0	збільшується кількість моль газів
	>0	тверда речовина → рідина
	<0	утворення твердої речовини

4.4. За наведеним рівнянням реакції

CH₄ (г.) + 2O₂ (г.) → CO₂ (г.) + 2H₂O (г. або р.)

4.4.1. Обчисліть стандартну зміну ентропії ΔS:

• а) якщо продуктом реакції є газувата вода (або пара);
• б) якщо продуктом реакції є вода в рідинному агрегатному стані.

Використайте такі значення стандартних ентропій речовин при 298 К (у Дж/(моль·К)):

Речовина																		S, Дж/(моль∙К)
СH4 (г.)																		186,3
O2 (г.)																		205,0
CO2 (г)																		213,7
H2O (р.)																		69,9
H2O (г.)																		189,2

Дружня порада для вчителя

Розв’язуванню задачі передує розуміння того, що процес зміни агрегатного стану речовини можна представити перетворенням:

Н₂О (г.) → Н₂О (р.)

4.4.2. Обчисліть зміну ентропії конденсації водяної пари при 298 К.

---

Дружня порада для вчителя

Тривалість: до 3 хв. 

Прийом має на меті повторити всі поняття і терміни, які вивчалися на уроці.

1. «Три фрази». Учням пропонується закінчити три речення:
   • Ентальпія – це…
   • Ентропія – це…
   • Тепер я розумію, чому…
2. «Термодинамічний термометр». Учням пропонується визначити «температуру» розуміння ними теми:

🌡️ 0 °C — нічого не зрозуміло

🌡️ 50 °C — зрозуміло частково, є питання

🌡️ 100 °C — тема ясна, можу пояснити іншому

Питання до учнів:

• Яка «температура» вашого розуміння теми? 
• Що допомогло вам «нагрітися»?
• Що ще треба додати, щоб «досягти 100  °C»?

---

1. Поясніть з позиції зміни ентальпії та ентропії, чому випаровується бензин.
2. Обчисліть стандартну зміну ентропії ΔS реакції утворення сульфур(IV) оксиду з простих речовин:
   • S (тв.) + O₂ (г.) → SO₂ (г.)

Використайте такі значення стандартних ентропій речовин при 298 К (у Дж/(моль·К)):

Речовина	S, Дж/(моль∙К)
S (тв.)	31,9
O2 (г.)	205,0
SO2 (г)	248,2

3. Поспостерігайте за процесом танення льоду або випаровування води. Опишіть, як змінюється ентропія і чому процеси відбуваються самочинно.
4. Підготуйте коротку презентацію (4-5 слайдів) або постер: «Ентропія в природі: приклади з життя»

Урок 34. Поняття ентальпії та ентропії, як функцій стану речовини

Робочий аркуш учнівства

---

Мета уроку: пригадати поняття теплового ефекту реакції, познайомитися із визначеннями функції стану речовини, зміни ентальпії та ентропії хімічної реакції

Очікувані результати для учнівства:

План уроку

1. Мотивація (5 хв.).
2. Поняття ентальпії як функції стану речовини (10 хв.).
3. Поняття ентропії як функції стану речовини (12 хв.)
4. Практикуємось (15 хв.).
5. Рефлексія (3 хв.).

---

Як ви пам’ятаєте, усі явища у природі ми свого часу поділили на фізичні та хімічні. Чому відбувається танення льоду? Як поширюється газу у кімнаті? Що змушує розчинятися кухонну сіль у воді? Чому харчова сода взаємодіє зі столовим оцтом? За тих чи інших умов ці та інші процеси, що супроводжують фізичні та хімічні явища, можуть відбуватися самочинно або ні.

Демонстраційний дослід 1.

Перелік обладнання та реактивів:

1. Склянка на 100 мл 2 од.
2. Промивалка з дистильованою водою 1 од.
3. Термометр 2 од.
4. Скляна паличка з гумовим наконечником 2 од.
5. Амоній нітрат, кристалічний 5 г
6. Сульфатна кислота, 45 %-ий розчин 5 мл
7. Лабораторний штатив із тримачем (лапкою) 2 од.

Хід дослідження:

1. У дві хімічні склянки помістіть по 50 мл дистильованої води.
2. Опустіть у кожну зі склянок з водою закріплений у тримачі лабораторного штативу термометр. Зафіксуйте температуру води: .
3. До першої склянки, постійно перемішуючи розчин скляною паличкою (обережно, не допускайте торкання зі скляним термометром), висипте приготовлену порцію амоній нітрату. Почекайте 1-2 хвилини, доки сіль розчинеться. Запишіть нову температуру: .
4. До другої склянки додайте попередньо відібрану порцію сульфатної кислоти. Запишіть нові показники термометру: .
5. Відповідно до отриманих даних зміни температури у процесі приготування обох розчинів зробіть висновок про їхній тепловий ефект:
   • розчинення амоній нітрату – .
   • розчинення сульфатної кислоти –.

Чому обидва розчини досить швидко утворюються за кімнатної температури, хоча і супроводжуються різним тепловим ефектом? Що є «двигуном» розчинення обох речовин?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

---

Знайомлячись із тепловими явищами, що супроводжують перебіг хімічних реакцій, ми уже вводили поняття теплового ефекту реакції, який виражається зміною ентальпії реакції, ∆Н_{реакції}. 

Завдання 1. Розгляньте графік, що ілюструє зміну енергії у процесі перебігу хімічної реакції та укажіть літери (а-г), що відповідають

• енергії реактантів: ;
• енергії продуктів: ;
• тепловому ефекту прямої реакції: ;
• тепловому ефекту зворотної реакції: .

Визначимо функцію стану речовини, як термодинамічну величину, значення якої залежить лише від стану системи й не залежить від шляху, яким система прийшла в цей стан, тобто від попередніх станів системи.Однією з найважливіших функцій стану речовини є її внутрішня енергія – сумарна енергія всіх видів взаємодій – внутрішньо- та міжмолекулярних – частинок (атомів, молекул, йонів) речовини. Саме завдяки цій енергії речовина залишається сама собою. Обчислити абсолютне значення внутрішньої енергії речовини непросто, якщо не сказати, неможливо. А тому вимірюванню піддаються лише зміни енергії за деякого сталого зовнішнього параметру – температури, тиску тощо.

Завдання 2. Як ви пам’ятаєте, під час перебігу хімічних реакцій теплота може виділятися або поглинатися. Розгляньте ілюстрацію щодо теплового ефекту реакції (див. вище) та визначте, які з наведених термохімічних рівнянь відповідають екзо-, а які ендотермічним процесам?

2NO (г.) + O₂ (г.) = 2NO₂ (г.); ∆Н = –114 кДж_________________________________

2H₂ (г.) + O₂ (г.) = 2H₂O (р.); ∆Н = –571,6 кДж_______________________________

N₂ (г.) + O₂ (г.) = 2NO₂ (г.); ∆Н = +66,4 кДж_________________________________

2CaCO₃ (тв.) = 2CaO (тв.) + СO₂ (г.); ∆Н = +178,3 кДж______________________

H₂ (г.) + Br₂ (г.) = 2HBr (г.); ∆Н = –72,8 кДж__________________________________

Такий тепловий ефект хімічних реакцій можна пояснити послідовністю розриву існуючих в частинках реагуючих речовин зв’язків та утворенням нових зв’язків у продуктах реакції. Енергетична діаграма, що ілюструє енергію дисоціації хімічного зв’язку має вигляд:

Як видно з діаграми, під час розриву зв’язку А-Б енергія системи збільшується, як результат поглинання її із навколишнього середовища. Тобто, енергія зв’язку – зміна ентальпії системи у процесі дисоціації частинки А-Б на окремі атоми* А та Б (*або йони А⁺ та Б‾, у випадку йонного зв’язку). Такий процес зазвичай є ендотермічним.

Завдання 3. Порівняйте ентальпії дисоціації зв’язку С-Н в різних молекулах. Зважаючи на полярність сусідніх до С-Н зв’язків, спробуйте пояснити, чому вони відрізняються.

CH₄ (г.) → СН₃▪ (г.) + Н▪ (г.); ∆Н_дис(С-Н) = +438 кДж/моль

C₂H₆ (г.) → С₂Н₅▪ (г.) + Н▪ (г.); ∆Н_дис(С-Н) = +410 кДж/моль

CHF₃ (г.) → СF₃▪ (г.) + Н▪ (г.); ∆Н_дис(С-Н) = +429 кДж/моль

CHBr₃ (г.) → СBr₃▪ (г.) + Н▪ (г.); ∆Н_дис(С-Н) = +377 кДж/моль

Очевидно, процес утворення хімічних зв’язків, навпаки, є екзотермічним.

Чи є значення теплового ефекту реакції свідченням того, що процес відбуватиметься легко, швидко, самочинно?

Розгляньмо один з найбільш досліджених процесів, без якого важко уявити існування життя на нашій планеті, – фотосинтез.

Завдання 4. Перегляньте відео (англійською мовою) за покликанням https://youtu.be/HKjSVbDM5Ds?si=LedTK45fxfSk2cEZ (авт. Peter Weatheral, @peterweatherall). Складіть термохімічне рівняння загального процесу фотосинтезу та відповідної зворотної реакції, якщо тепловий ефект згоряння глюкози становить -2816 кДж/моль

Але якщо взяти в руку шматочок глюкози (цукру або просто цукерку) та дозволити їй контактувати з киснем повітря, такого значного ефекту їхньої реакції один з одним не відчуєте. Чому? Справа у тому, що цей процес за звичайних (так званих, стандартних) умов є дуже повільним. У нашому організмі розщеплення простих вуглеводів, яким є глюкоза, значно прискорюється під дією спеціальних каталізаторів – ферментів

---

Таким чином, знання самої лише зміни ентальпії ∆H реакції не дозволяє однозначно говорити про можливість перебігу реакції за тих чи інших умов. Введемо ще одну функцію стану речовини – ентропію S, як міру невпорядкованості системи.

Як і у випадку ентальпії, для характеристики перебігу хімічної реакції значення матиме не абсолютна ентропія учасників процесу, а їхня зміна:

якщо ∆S>0, то ентропія в процесі реакції зростає, а значить збільшується хаотичностість (невпорядкованість) системи;

якщо ∆S<0, то система у процесі реакції стає більш впорядкованою.

Розгляньмо фотографію фрагменту Ужгородського замку. На сучасних світлинах стін його укріплень видно, що час не шкодує їх: в окремих місцях відсутні цеглинки, більшість з них пошкоджені. Відомий англійський поет Роберт Фрост, описуючи подібні старовинні споруди Нової Англії писав: «Щось наче не любить ці стіни». Цим «щось» є ентропія:

В залежності від агрегатного стану речовини досить легко передбачити відносні значення їхньої ентропії. Поза як твердий стан є найбільш впорядкованим, що часто характеризується утворенням речовиною чіткої структури кристалічних ґраток, то і ентропія твердих речовин зазвичай є невеликою. В той час, як газуватий стан характеризується майже відсутністю взаємодії між окремими його частинками та великою невпорядкованістю системи. Отже, S(твердий) < S(рідкий) < S(газуватий)

Демонстраційний дослід 2. «Зубна паста для слона»

Перелік обладнання та реактивів:

1. Хімічна склянка на 100 мл 1 од.
2. Мірний циліндр на 50 мл 1 од.
3. Скляна колба на 250 мл 1 од.
4. Лійка 1 од.
5. Гідроген пероксид, 30 % розчин 20 мл
6. Мило рідке 20 мл
7. Скляна паличка з гумовим накінечником 1 од.
8. Сухі дріжджі 10-12 г (пачка)

Хід дослідження:

• 1. У скляну колбу помістіть 10-12 г дріжджів.
• 2. У хімічній склянці змішайте 20 мл розчину гідроген пероксиду та рідкого мила. Ретельно перемішайте отриману суміш скляною паличкою для утворення однорідної суміші.

Обережно! Не допускайте потрапляння розчину гідроген пероксиду на будь-які ділянки тіла.

3. Використовуючи лійку швидко вилийте суміш гідроген пероксиду із милом в колбу, що містить дріжджі. Спостерігайте за утворенням великої кількості піни.

Обережно! У процесі реакції спостерігається розігрівання реакційної суміші.

4. Дайте відповіді на питання:

• Складіть рівняння реакції розкладу гідроген пероксиду з утворенням води та кисню:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Укажіть знак зміни ентропії у процесі перебігу цієї реакції. Коротко поясніть свою відповідь:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

• Яку роль виконують дріжджі у цьому перетворенні?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Завдання 5. Послуговуючись підказками, розв’яжіть задачу.

За наведеним рівнянням реакції обчисліть стандартну зміну ентропії ΔS: N₂ (г.) + 3H₂ (г.) → 2NH₃ (г.)

Використайте такі значення стандартних ентропій речовин при 298 К (у Дж/(моль·К)):

Речовина	S, Дж/(моль∙К)
N2 (г.)	191,5
H2 (г.)	130,7
NH3 (г)	192,5

Розв’язання:

1. Зміна ентропії реакції обчислюється за формулою

2. Обчислюємо суму ентропій продуктів:
   • ∑S_{продуктів} = 2×S(NH₃) =____________________________________________ Дж/К
3. Обчислюємо суму ентропій реактантів:
   • ∑S_{реактантів} = S(N₂) + 3×S(H₂) =____________________________________________ Дж/К
4. Розраховуємо зміну ентропії реакції:
   • ∆S_{реакції} = ____________________________________________ Дж/К
5. Відповідь: зміна ентропії реакції становить____________________________________________

---

4.1. Пропан (С₃H₈) згоряє в атмосфері кисню відповідно до термохімічного рівняння:

C₃H₈ (г.) + 5O₂ (г.) → 3CO₂ (г.) + 4H₂O (г.); ΔH_{реакції} = –2220 кДж

Виконайте необхідні обчислення та визначте (за варіантами):

• (варіант 1) кількість теплоти, що виділиться при згорянні 4,4 г пропану.
• (варіант 2) кількість теплоти, що виділиться при витрачанні 22,4 л (за н. у.) кисню;
• (варіант 3) масу утвореного вуглекислого газу, якщо при цьому виділиться 444 кДж теплоти.

Варіант №___

4.2. Укажіть, зростає чи зменшується ентропія (ΔS) внаслідок кожної з наведених реакцій. Оберіть знак зміни ентропії:

• ΔS > 0 (ентропія зростає)
• ΔS < 0 (ентропія зменшується)

1. а) CaCO₃ (тв.) → CaO (тв.) + CO₂ (г.)________________________________________________
2. б) 2H₂ (г.) + O₂ (г.) → 2H₂O (р.)_____________________________________________________
3. в) NH₄NO₃ (тв.) → N₂O (г.) + 2H₂O (г.)_____________________________________________
4. г) CO₂ (г.) → CO₂ (тв.)_______________________________________________________________
5. д) N₂ (г.) + 3H₂ (г.) → 2NH₃ (г.)_____________________________________________________
6. е) H₂O (г.) → H₂O(р.)_______________________________________________________________

4.3. Запропонуйте хімічні рівняння, що відповідають зміні ентропії реакції та короткому коментарю, який пояснює цю зміну:

Хімічне рівняння	Зміна ентропії,∆S	Пояснення
	>0	утворення газу
	<0	газ → рідина
	<0	гази → тверда речовина
	>0	збільшується кількість моль газів
	>0	тверда речовина → рідина
	<0	утворення твердої речовини

4.4. За наведеним рівнянням реакції

CH₄ (г.) + 2O₂ (г.) → CO₂ (г.) + 2H₂O (г. або р.)

4.4.1. Обчисліть стандартну зміну ентропії ΔS:

• а) якщо продуктом реакції є газувата вода (або пара);
• б) якщо продуктом реакції є вода в рідинному агрегатному стані.

Використайте такі значення стандартних ентропій речовин при 298 К (у Дж/(моль·К)):

Речовина																		S, Дж/(моль∙К)
СH4 (г.)																		186,3
O2 (г.)																		205,0
CO2 (г)																		213,7
H2O (р.)																		69,9
H2O (г.)																		189,2

4.4.2. Обчисліть зміну ентропії конденсації водяної пари при 298 К.

---

1. «Три фрази». Учням пропонується закінчити три речення:
   • Ентальпія – це…
   • Ентропія – це…
   • Тепер я розумію, чому…
2. «Термодинамічний термометр». Учням пропонується визначити «температуру» розуміння ними теми:

🌡️ 0 °C — нічого не зрозуміло

🌡️ 50 °C — зрозуміло частково, є питання

🌡️ 100 °C — тема ясна, можу пояснити іншому

Питання до учнів:

• Яка «температура» вашого розуміння теми? 
• Що допомогло вам «нагрітися»?
• Що ще треба додати, щоб «досягти 100  °C»?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Дружня порада для вчителя Відео від академії Хана про електронегативність та природу хімічного зв`язку.

---

1. Поясніть з позиції зміни ентальпії та ентропії, чому випаровується бензин.
2. Обчисліть стандартну зміну ентропії ΔS реакції утворення сульфур(IV) оксиду з простих речовин:
   • S (тв.) + O₂ (г.) → SO₂ (г.)

Використайте такі значення стандартних ентропій речовин при 298 К (у Дж/(моль·К)):

Речовина	S, Дж/(моль∙К)
S (тв.)	31,9
O2 (г.)	205,0
SO2 (г)	248,2

3. Поспостерігайте за процесом танення льоду або випаровування води. Опишіть, як змінюється ентропія і чому процеси відбуваються самочинно.
4. Підготуйте коротку презентацію (4-5 слайдів) або постер: «Ентропія в природі: приклади з життя»