Question

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△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）判断该反应高温自发还是低温自发：

 

（填“高温“或“低温“）．
（2）通过计算判断此反应在常温下能否自发进行

 

．
（3）求算制取炭黑的允许温度范围

 

（4）为了提高甲烷的碳化程度，你认为下面四个温度中最合适的是

 

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

Answer 1

考点：反应热和焓变

专题：

分析：（1）△H-T△S＜0反应自发进行；
（2）△H-T△S=74.848 kJ?mol^-1-80.674×10^-3kJ/（mol?K）×298K=50.808kJ/mol＞0，所以该反应常温下不自发进行．（3）裂解为碳黑时，△H-T△S═74.848 kJ?mol^-1-80.674×10^-3kJ/（mol?K）×T＜0，得T＞927.8K，即裂解为碳黑的最低温度为927.8K．
（4）裂解为乙炔时，△H-T△S═376.426 kJ?mol^-1-220.211×10^-3kJ/（mol?K）T＜0，得T＞1709.4K，即温度高于1790.4K自发裂解为乙炔和氢气．所以要制取碳黑，温度需控制在927.8K～1790.4K．

解答： 解：（1）△H-T△S＜0反应自发进行，反应的△H＞0，△S＞0，满足△H-T△S＜0反应自发进行应在高温下进行；
故答案为：高温；
（2）△H-T△S=74.848 kJ?mol^-1-80.674×10^-3kJ/（mol?K）×298K=50.808kJ/mol＞0，所以该反应常温下不自发进行；
故答案为：不能自发进行；
（3）裂解为碳黑时，△H-T△S═74.848 kJ?mol^-1-80.674×10^-3kJ/（mol?K）×T＜0，得T＞927.8K，即裂解为碳黑的最低温度为927.8K；
故答案为：927.8K；
（4）裂解为乙炔时，△H-T△S═376.426 kJ?mol^-1-220.211×10^-3kJ/（mol?K）T＜0，得T＞1709.4K，即温度高于1790.4K自发裂解为乙炔和氢气．所以要制取碳黑，温度需控制在927.8K～1790.4K；
故答案为：C；

点评：本题考查了化学反应自发进行的分析判断，掌握基础是关键，题目难度中等．