(2)若反应2CO2(g)+4H2O(g)2CH3OH(l)+3O2(g)发生,则其ΔH=+1 453.2 kJ·mol-1,其反应的ΔH>0,又由于该反应后气体物质的量减少,所以ΔS<0,因此ΔH-TΔS恒大于0,故该反应不能自发进行,此建议不具有可行性。

5.已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应:

①CH4(g)C(s)+2H2(g)

②2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)

某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据:

①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=+80.674 J·mol-1·K-1;

②的ΔH(298K)=+376.426 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=+220.211 J·mol-1·K-1。

已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑如下问题:

(1)判断反应①高温自发还是低温自发:　　　　(填"高温"或"低温")。

(2)通过计算判断反应①在常温下能否自发进行

　。

(3)计算制取炭黑的允许温度范围　　K

(4)为了提高甲烷的炭化程度,你认为下面四个温度中最合适的是　　　　。

A.905.2 K B.927 K

C.1 273 K D.2 000 K

解析:(2)ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3kJ·mol-1·K-1×298 K=50.807 kJ·mol-1>0,所以该反应常温下不能自发进行。

　　(3)裂解为炭黑和H2时,ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>927.8 K,即裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。裂解为乙炔时,ΔH-TΔS=376.426 kJ·mol-1-220.211×10-3kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>1 709.4 K,即温度高于1 709.4 K自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑,温度须控制在927.8 K

答案:(1)高温　(2)不能自发进行　(3)927.8　1 709.4

(4)C

6.通常采用的制高纯镍的方法是将粗镍在323 K时与CO反应,生成的Ni(CO)4经提纯后在约473 K时分解得到高纯镍:Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(l),已知反应的ΔH=-161 kJ·mol-1,ΔS=-420 J·mol-1·K-1,试分析用该法提纯镍的合理性。

答案:当ΔH-TΔS=0时,反应达到平衡,则反应的转折温度为T=ΔH/ΔS=("-" 161" " kJ"·" mol^("-" 1))/("-" 0"." 42" " kJ"·" mol^("-" 1) "·" K^("-" 1) )≈383 K。当T<383 K时,ΔH-TΔS<0,反应正向自发进行,当T>383 K时,ΔH-TΔS>0,反应逆向自发进行。粗镍在323 K时与CO反应能生成Ni(CO)4。Ni(CO)4为液态,很容易与反应物分离,Ni(CO)4在473 K(>383 K)时分解可得到高纯镍,因此,上述制高纯镍的方法是合理的。

7.工业上用赤铁矿生产铁,可以选择的还原剂有C和H2:

Fe2O3(s)+3/2C(s)2Fe(s)+3/2CO2(g)

ΔH=+233.8 kJ·mol-1　ΔS=279 J·mol-1·K-1

Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g)

ΔH=+98 kJ·mol-1　ΔS=144.2 J·mol-1·K-1

问:哪一种还原剂可使反应自发进行的温度低?(要求计算过程)(取整数即可)

答案:ΔH-TΔS<0为自发过程。

ΔH-TΔS=0为平衡状态。用C作还原剂时,ΔH-T1ΔS=0,T1=ΔH/ΔS=(233"." 8" " kJ"·" mol^("-" 1))/(279×10^("-" 3) kJ"·" mol^("-" 1) "·" K^("-" 1) )≈838 K

即C为还原剂时,T1>838 K能自发进行。

用H2作还原剂时,

T2=ΔH/ΔS=(98" " kJ"·" mol^("-" 1))/(144"." 2×10^("-" 3) kJ"·" mol^("-" 1) "·" K^("-" 1) )≈680 K

即H2作还原剂时T2>680 K能自发进行。

所以用氢气作还原剂,反应自发进行的温度较低。