石墨(C)和金刚石(C)在25℃,101325Pa下的标准燃烧焓分别为-393.4kJ・mol-1和-395.3kJ・mol-1,则金刚石的标准生成焓(金刚石,298K)为A. -393.4kJ・mol-1B. -395.3kJ・mol-1C. 1.9kJ・mol-1D. -1.9kJ・mol-1
A. -393.4kJ・mol-1
B. -395.3kJ・mol-1
C. 1.9kJ・mol-1
D. -1.9kJ・mol-1
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查燃烧焓与生成焓的关系,以及同素异形体之间的能量差异。
解题核心思路:利用燃烧焓的差异推导金刚石的生成焓,需明确石墨作为碳的稳定态其生成焓为0。
破题关键点:
- 燃烧焓的定义:物质完全燃烧生成稳定氧化物(如CO₂)的焓变。
- 生成焓的叠加关系:燃烧焓可表示为生成物与反应物生成焓的差值。
- 同素异形体的焓差:金刚石与石墨的燃烧焓差异即为两者生成焓的差值。
步骤1:明确已知条件
- 石墨的标准燃烧焓:$\Delta_c H^\circ(\text{C, graphite}) = -393.4 \, \text{kJ·mol}^{-1}$
- 金刚石的标准燃烧焓:$\Delta_c H^\circ(\text{C, diamond}) = -395.3 \, \text{kJ·mol}^{-1}$
- 石墨是碳的稳定态,其生成焓为$0$:$\Delta_f H^\circ(\text{C, graphite}) = 0$
步骤2:写出燃烧反应的热化学方程式
-
石墨燃烧:
$\text{C(graphite)} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2(g) \quad \Delta H = -393.4 \, \text{kJ·mol}^{-1}$
根据生成焓关系:
$\Delta_c H^\circ = \Delta_f H^\circ(\text{CO}_2) - \Delta_f H^\circ(\text{graphite})$
代入已知条件:
$-393.4 = \Delta_f H^\circ(\text{CO}_2) - 0 \quad \Rightarrow \quad \Delta_f H^\circ(\text{CO}_2) = -393.4 \, \text{kJ·mol}^{-1}$ -
金刚石燃烧:
$\text{C(diamond)} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2(g) \quad \Delta H = -395.3 \, \text{kJ·mol}^{-1}$
同理:
$\Delta_c H^\circ = \Delta_f H^\circ(\text{CO}_2) - \Delta_f H^\circ(\text{diamond})$
代入已知条件:
$-395.3 = -393.4 - \Delta_f H^\circ(\text{diamond})$
步骤3:求解金刚石的生成焓
将方程变形:
$\Delta_f H^\circ(\text{diamond}) = -393.4 - (-395.3) = 1.9 \, \text{kJ·mol}^{-1}$