碳单质与氢气反应生成甲烷时断键和成键的能量变化

碳单质与氢气反应生成甲烷时断键和成键的能量变化

从热力学角度分析，这个反应在一定的温度范围内可以正向发生也可以逆向发生。
以298.15K、100KPa的标准热力学数据为例，石墨标准摩尔熵为5.740J/（mol.K），氢气标准摩尔熵130.684（单位同前不写了），甲烷标准摩尔熵186.264，因此算得甲烷的标准摩尔熵变为-80.844，单位同上。
相同状况下，甲烷的标准摩尔生成焓为：-74.81KJ/(mol.K)，标准摩尔生成吉布斯自由能变为-50.72，单位同焓变。在298.15、100KPa下，标准摩尔反应吉布斯自由能和标准摩尔吉布斯自由能变是相同的，即吉布斯自由能小于0，反应是自发进行的，但这是一个放热和熵减的反应，意味着反应在低温下可以进行，高温下反应会达到平衡甚至发生逆向反应。
以下计算反应达到平衡的温度和逆向反应开始的温度：
因反应焓变和熵变随温度变化极小，变化忽略不计，数据参考298.15K和100KPa下的数据。计算高温下的标准摩尔吉布斯自由能变，公司比较难打，用文字代替：
标准摩尔吉布斯自由能变=标准摩尔反应焓变（298.15K）-温度*标准摩尔反应熵变（298.15K）
根据以上公式计算，在100KPa下，反应达到平衡的温度为925.36K，超过925.36K（652.21摄氏度），反应即开始逆向进行，甲烷会自动分解生成碳黑和氢气。
望采纳，形象

任务占坑

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