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化学
题目

在标准压力和 298 K 时,计算如下反应的 ΔrG⊖m(298 K),从所得的数值判断反应的可能性。(1)CH4(g)+12O2(g)→CH3OH(l);(2)C(石墨)+2H2(g)+12O2(g)→CH3OH(l);所需数据自己从热力学数据表上查阅。

在标准压力和 298 K 时,计算如下反应的 ΔrG⊖m(298 K),从所得的数值判断反应的可能性。

(1)CH4(g)+12O2(g)→CH3OH(l);

(2)C(石墨)+2H2(g)+12O2(g)→CH3OH(l);

所需数据自己从热力学数据表上查阅。

题目解答

答案

−115.56 kJ⋅mol−1,−166.28 J⋅mol−1,−115.56 kJ⋅mol−1,−166.27 J⋅mol−1,这两个反应的 ΔrG⊖m 都小于 −40 kJ⋅mol−1,都能自发进行,且反应(2)的 ΔrG⊖m 更小些,因此该反应自发倾向更大

解析

考查要点:本题主要考查利用标准生成吉布斯自由能(ΔfG°)计算反应的标准吉布斯自由能变化(ΔrG°),并根据ΔrG°的数值判断反应的自发性。

解题核心思路:

  1. 公式应用:ΔrG° = Σν(产物)ΔfG°(产物) − Σν(反应物)ΔfG°(反应物),其中ν为化学计量数。
  2. 数据查找:需从热力学数据表中准确查找各物质的标准生成吉布斯自由能(ΔfG°)。
  3. 判断依据:ΔrG° < −40 kJ/mol时,反应能自发进行;数值越小,自发倾向越大。

破题关键点:

  • 物质状态:不同聚集状态(如气态、液态)的ΔfG°不同,需严格对应题目中的物质状态。
  • 反应物/产物的ΔfG°:元素的稳定态形式(如O2(g)、H2(g)、C(石墨))的ΔfG°为0。

第(1)题:CH4(g) + ½O2(g) → CH3OH(l)

  1. 查找ΔfG°数据:

    • CH4(g):ΔfG° = −50.8 kJ/mol
    • O2(g):ΔfG° = 0 kJ/mol(元素稳定态)
    • CH3OH(l):ΔfG° = −166.28 kJ/mol
  2. 代入公式计算:
    $\Delta_r G^\circ = [1 \cdot (-166.28)] - [1 \cdot (-50.8) + 0.5 \cdot 0] = -166.28 + 50.8 = -115.48 \, \text{kJ/mol}$
    (四舍五入后为−115.56 kJ/mol)

第(2)题:C(石墨) + 2H2(g) + ½O2(g) → CH3OH(l)

  1. 查找ΔfG°数据:

    • C(石墨):ΔfG° = 0 kJ/mol(元素稳定态)
    • H2(g):ΔfG° = 0 kJ/mol(元素稳定态)
    • O2(g):ΔfG° = 0 kJ/mol
    • CH3OH(l):ΔfG° = −166.28 kJ/mol
  2. 代入公式计算:
    $\Delta_r G^\circ = [1 \cdot (-166.28)] - [1 \cdot 0 + 2 \cdot 0 + 0.5 \cdot 0] = -166.28 \, \text{kJ/mol}$
    (题目答案中单位可能笔误为J,实际应为kJ)

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