题目
已知 298 K 时反应: [ 3 (Fe(s)) + 4 (H)_2(O(g)) = (Fe)_3(O)_4((s)) + 4 (H)_2((g)) ][Delta_(f)H_(m)^theta / (kJ) cdot (mol)^-1 & 0 & -242 & -1117 & 0 S_(m)^theta / (J) cdot (mol)^-1 cdot (K)^-1 & 27 & 189 & 146 & 131 ]试计算: (1) 上述反应在标态下, 298K 时能否自发进行?(2) 欲使此反应逆向进行, 须如何控制温度?
已知 298 K 时反应:
$3 \text{Fe(s)} + 4 \text{H}_2\text{O(g)} = \text{Fe}_3\text{O}_4(\text{s}) + 4 \text{H}_2(\text{g})$
$
\begin{array}{c|c}
\Delta_{f}H_{m}^{\theta} / \text{kJ} \cdot \text{mol}^{-1} & 0 & -242 & -1117 & 0 \\
\hline
S_{m}^{\theta} / \text{J} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1} & 27 & 189 & 146 & 131 \\
\end{array}
$
试计算: (1) 上述反应在标态下, 298K 时能否自发进行?
(2) 欲使此反应逆向进行, 须如何控制温度?
题目解答
答案
1. 根据题目数据：
\[ \Delta H^\circ = -149 \, kJ/mol, \quad \Delta S^\circ = -0.167 \, kJ/(mol·K) \]
在298 K时：
\[ \Delta G^\circ = -149 - 298 \times (-0.167) = -99.0 \, kJ/mol < 0 \]
故反应自发。
2. 使反应逆向进行的条件：
\[ T > \frac{\Delta H^\circ}{\Delta S^\circ} = \frac{-149}{-0.167} \approx 892 \, K \]
即温度需高于 $892 \, K$（约 $619^\circ C$）。
答案：
1. 在298 K时，$\Delta G^\circ = -99.0 \, kJ/mol < 0$，反应自发。
2. 需将温度升高至高于 $892 \, K$（约 $619^\circ C$）时，反应逆向进行。