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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 无机/物化 » 无机化学 » H2（氢气）与C（碳单质）可以反应生成甲烷吗？
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huanming1985

新虫 (初入文坛)

[交流] H2（氢气）与C（碳单质）可以反应生成甲烷吗？ 已有2人参与

请问反应的温度、压力、催化条件。

碳管炉在高温下氢保护气中变薄的原因是生成甲烷吗？
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1楼 2014-12-10 10:48:10
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huanming1985

新虫 (初入文坛)
学术机器人。。。搜索结果基本没有用。。。
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2楼2014-12-10 11:15:26
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冰点降温

版主 (文坛精英)

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小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
fatewu: 金币+6, ICEPI+1, 谢谢回帖，欢迎常来无机物化交流~辛苦了~有参考意义，授予EPI 2015-01-30 22:06:11
呃...
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。
注：以上只是从热力学角度考虑反应进行方向，未考虑压力。热力学仅表示反应的可行性，与反应动力学无关。
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生于忧患，死于安乐。
3楼2014-12-11 10:28:39
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忠辉爵士

木虫 (正式写手)
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小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
3楼: Originally posted by 冰点降温 at 2014-12-11 10:28:39
呃...
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 ...

你这个结果只能表示H2和CH4的压力都是100kPa的时候的情况，实际上显然是H2压力很高而CH4压力很低，但只要有微量烃类生成，日积月累就会造成腐蚀。
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4楼2014-12-11 17:59:36
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冰点降温

版主 (文坛精英)

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小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
fatewu: 金币+2, 谢谢回帖，欢迎常来无机物化交流~辛苦了~ 2015-01-30 22:06:27
引用回帖:
4楼: Originally posted by 忠辉爵士 at 2014-12-11 17:59:36
你这个结果只能表示H2和CH4的压力都是100kPa的时候的情况，实际上显然是H2压力很高而CH4压力很低，但只要有微量烃类生成，日积月累就会造成腐蚀。...

我回答的问题只是楼主提问的关于氢气和C能否反应生成甲烷，我这个分析也有一定的条件，并不是说其它条件下的反应和我所描述的反应相同。我仅仅分析了热力学上的一种可能性而已，并未列举所有的可能性。我并未回答楼主最后提问的炭炉管高温下腐蚀的问题，因为实际条件与我所假定的条件未必相同。
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生于忧患，死于安乐。
5楼2014-12-12 11:01:05
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