Question

已知甲烷隔绝空气在不同温度下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，在图书馆查到如下热力学数据：

反应①的ΔH(298 K)=74.848kJ·mol^-1，

ΔS(298 K)=80.674 J·mol^-1·K^-1；

反应②的ΔH(298 K)=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。请帮助这位同学解决如下问题：

(1)制取炭黑的反应是___________(填“高温”或“低温”)自发反应。

(2)通过计算判断制取炭黑的反应在常温下能否自发进行。

(3)求制取炭黑的允许温度范围。

Answer 1

(1)反应①的ΔH＞0，ΔS＞0，高温下可自发进行。

(2)常温下：ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol^-1-298K×0.080 674 kJ·mol^-1·K^-1>0，不能自发进行。

(3)制取炭黑应使反应①自发进行，反应②不能自发进行，即①的ΔH-TΔS＜0，②的ΔH-TΔS＞0，即允许温度范围为927.8 K＜T＜1 709.4 K。

答案：(1)高温

(2)ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol^-1-298 K×0.080 674 kJ·mol^-1·K^-1＞0，

不能自发进行。

(2)927.8 K＜T＜1 709.4 K