Question

①CH₄（g）→C（s）+2H₂（g），②2CH₄（g）→C₂H₂（g）+3H₂（g）．某同學(xué)為了得到用天然氣制取炭黑的允許溫度范圍和最佳溫度，在圖書館查到了如下熱力學(xué)數(shù)據(jù)：
①的△H（298 K）=+74.848 kJ?mol^-1，△S（298 K）=+80.674 J?mol^-1?K^-1
②的△H（298 K）=+376.426 kJ?mol^-1，△S（298 K）=+220.211 J?mol^-1?K^-1
已知焓變和熵變隨溫度變化很�。�請幫助這位同學(xué)考慮如下問題：
（1）判斷該反應(yīng)高溫自發(fā)還是低溫自發(fā)：

 

（填“高溫“或“低溫“）．
（2）通過計算判斷此反應(yīng)在常溫下能否自發(fā)進行

 

．
（3）求算制取炭黑的允許溫度范圍

 

（4）為了提高甲烷的碳化程度，你認為下面四個溫度中最合適的是

 

A.905.2 K   B.927 K   C.1273 K   D.2000 K．

Answer 1

考點：反應(yīng)熱和焓變

專題：

分析：（1）△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進行；
（2）△H-T△S=74.848 kJ?mol^-1-80.674×10^-3kJ/（mol?K）×298K=50.808kJ/mol＞0，所以該反應(yīng)常溫下不自發(fā)進行．（3）裂解為碳黑時，△H-T△S═74.848 kJ?mol^-1-80.674×10^-3kJ/（mol?K）×T＜0，得T＞927.8K，即裂解為碳黑的最低溫度為927.8K．
（4）裂解為乙炔時，△H-T△S═376.426 kJ?mol^-1-220.211×10^-3kJ/（mol?K）T＜0，得T＞1709.4K，即溫度高于1790.4K自發(fā)裂解為乙炔和氫氣．所以要制取碳黑，溫度需控制在927.8K～1790.4K．

解答： 解：（1）△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進行，反應(yīng)的△H＞0，△S＞0，滿足△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進行應(yīng)在高溫下進行；
故答案為：高溫；
（2）△H-T△S=74.848 kJ?mol^-1-80.674×10^-3kJ/（mol?K）×298K=50.808kJ/mol＞0，所以該反應(yīng)常溫下不自發(fā)進行；
故答案為：不能自發(fā)進行；
（3）裂解為碳黑時，△H-T△S═74.848 kJ?mol^-1-80.674×10^-3kJ/（mol?K）×T＜0，得T＞927.8K，即裂解為碳黑的最低溫度為927.8K；
故答案為：927.8K；
（4）裂解為乙炔時，△H-T△S═376.426 kJ?mol^-1-220.211×10^-3kJ/（mol?K）T＜0，得T＞1709.4K，即溫度高于1790.4K自發(fā)裂解為乙炔和氫氣．所以要制取碳黑，溫度需控制在927.8K～1790.4K；
故答案為：C；

點評：本題考查了化學(xué)反應(yīng)自發(fā)進行的分析判斷，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．