化学自习室移动版

1、焦炭在高温下与水蒸气的反应。

本反应的主要产物是CO和H₂，并非CO₂和H₂。

由于化学反应C(s)＋H₂O(g)=CO(g)＋H₂(g)的ΔH^θ=﹢132kJ/mol、ΔG^θ=﹢91kJ/mol、ΔS^θ=﹢133J/(K·mol)，由ΔG^θ=﹢91kJ/mol＞0可知反应不能自发正向进行，把相关数据代入ΔG^θ=ΔH^θ－TΔS^θ计算后知：只要T＞992.48K，就会正向反应；虽反应CO(g)＋H₂O(g)=CO₂(g)＋H₂(g)的ΔG^θ=﹣29kJ/mol＜0，反应可能自发正向进行，但在T＞992.48K时，把该反应的相关数据代入ΔG^θ=ΔH^θ－TΔS^θ计算后知，ΔG^θ=﹢1.68kJ/mol＞0，所以在992.48K条件下此反应不能正向进行。所以综合起来，焦炭在T＞992.48K的高温下与水蒸气反应的主要产物应是CO和H₂，而非CO₂和H₂。

2、工业制硅。

碳在高温条件下还原二氧化硅制粗硅时产物为何是CO而非CO₂？

通过把反应式SiO₂＋2CSi＋2CO↑和SiO₂(s)＋2C(s)＝Si(s)＋2CO(g)的相关数据代入ΔG^θ=ΔH^θ－TΔS^θ计算就可知。因反应SiO₂＋2CSi＋2CO↑的ΔG^θ=﹢582.7kJ/mol＞0，此反应在常温下不能正向进行；把相关数据代入ΔG^θ=ΔH^θ－TΔS^θ计算知，当T＞1767K时反应就会正向自发进行；同样把反应SiO₂(s)＋C(s)＝Si(s)＋CO₂(g)的相关数据代入计算也知，要T＞2521.42K时反应才能正向自发进行。纵观两者反应温度可知其相差754℃，从工业化生产角度来看将SiO₂跟C反应生成CO比生成CO₂要节约成本，生成CO才符合工业生产实际。另外，许多人也认为C在高温的情况下会与CO₂反应生成CO，所以即使反应中生成了CO₂，也会在高温下与C重新反应生成CO，故反应体系中不存在CO₂，而只有CO产生并存在。但我认为第一种分析更科学。

3、氨气的催化氧化产物。

氨气在Pt～Rh合金作催化剂且加热的条件下，氧气反应生成NO和H₂O，产物中应是NO而非NO₂。

从反应4NH₃(g)＋5O₂(g)＝4NO(g)＋6H－2O(g)中的ΔH^θ=﹣905.96kJ/mol和ΔG^θ=﹣955.6kJ/mol可知，此反应在常温下虽能正向自发进行，但为了降低反应所需要的能量和反应物的活化能，同时提高反应速率，生产实际中却选择在“Pt～Rh合金作催化剂和温度约1273K”的条件下进行。把反应2NO₂(g)=2NO(g)＋O₂(g)的相关数据代入ΔG^θ=ΔH^θ－TΔS^θ计算后知，在T＞788.8K时此反应就会自发正向进行，即当T＞788.8K时NO₂就会自行分解为NO和O₂。而氨与氧气发生反应后，体系的温度会高于788.8K，此时体系中即使存在NO₂也会自行分解成NO和O₂的，所以反应产物中不应有NO₂。所以氨气的催化氧化方程式应为：4NH₃＋5O₂4NO＋6H₂O。