题目
已知反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)在873K及1200K时的△G(298K)分别为16.96kJ·mol-1和41.32kJ·mol-1。(1)计算1200K及总压为100kPa时CO2(g)的转化率碳过量)(2)将CO2(g)及CO(g)放入温度为873K的抽空容器中,若CO2(g)及CO(g)分压分别为0.0kPa和5.00kPa,通过计算判断容器中是否会有碳生成?(3)873K时,将CO2(g)和CO(g)放入抽空的容器中,若CO2(g)的分压为100kPa容器CO(g)的分压为何值时会有碳析出?
已知反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)在873K及1200K时的△G(298K)分别为
16.96kJ·mol-1和41.32kJ·mol-1。
(1)计算1200K及总压为100kPa时CO2(g)的转化率碳过量)
(2)将CO2(g)及CO(g)放入温度为873K的抽空容器中,若CO2(g)及CO(g)分压分别为
0.0kPa和5.00kPa,通过计算判断容器中是否会有碳生成?
(3)873K时,将CO2(g)和CO(g)放入抽空的容器中,若CO2(g)的分压为100kPa容器
CO(g)的分压为何值时会有碳析出?
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算1200K时的平衡常数
根据给定的△G(298K)值，可以计算出1200K时的平衡常数Kp。首先，利用公式计算1200K时的△Gm：
$$
\Delta G_m = \Delta G^\circ + RT \ln K_p
$$
其中，$\Delta G^\circ = 41.32 \times 10^3 J \cdot mol^{-1}$，R为气体常数8.314 J·mol^(-1)·K^(-1)，T为1200K。解得Kp值。
步骤 2：计算CO2(g)的转化率
设CO2(g)的初始分压为p0，转化率为α，则平衡时CO2(g)的分压为p0(1-α)，CO(g)的分压为2p0α。利用平衡常数Kp，可以建立方程求解α。
步骤 3：判断873K时是否会有碳生成
利用873K时的△Gm值，计算反应的吉布斯自由能变化。如果△Gm<0，则反应正向进行，不会生成碳；如果△Gm>0，则反应逆向进行，会生成碳。
步骤 4：计算873K时CO(g)的分压
利用873K时的△Gm值，计算反应的吉布斯自由能变化。当△Gm=0时，反应达到平衡，此时可以求出CO(g)的分压。
根据给定的△G(298K)值，可以计算出1200K时的平衡常数Kp。首先，利用公式计算1200K时的△Gm：
$$
\Delta G_m = \Delta G^\circ + RT \ln K_p
$$
其中，$\Delta G^\circ = 41.32 \times 10^3 J \cdot mol^{-1}$，R为气体常数8.314 J·mol^(-1)·K^(-1)，T为1200K。解得Kp值。
步骤 2：计算CO2(g)的转化率
设CO2(g)的初始分压为p0，转化率为α，则平衡时CO2(g)的分压为p0(1-α)，CO(g)的分压为2p0α。利用平衡常数Kp，可以建立方程求解α。
步骤 3：判断873K时是否会有碳生成
利用873K时的△Gm值，计算反应的吉布斯自由能变化。如果△Gm<0，则反应正向进行，不会生成碳；如果△Gm>0，则反应逆向进行，会生成碳。
步骤 4：计算873K时CO(g)的分压
利用873K时的△Gm值，计算反应的吉布斯自由能变化。当△Gm=0时，反应达到平衡，此时可以求出CO(g)的分压。