C与SiO2反应的热力学分析.docx

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1、C与SiO2反应的热力学分析作者：潘书恒程萍来源：化学教学2023年第02期SiO2+2C=Si+2C0(1)SiO2+C=Si+CO2(2),1(vt.I)Tm(B)5A(S)*B(s)I/0IAii(B)iX(rM.2)1Tm(B)：A()B(I)X(Tm.2)=,(Tm.I)+m(B)工Wt(71,I)G(AhAG)B(s)!m(A)1w=OAM(TM.2)m(A)sA(I)*B(s),1(Tm.2)C(u.1)-m(A)注:A(B)表示B的熔点.MJB)表示B的相变由7A)和1(A)含义类似相变睛对反表示变影响的分析与此相同图2物态变化对反应培变的影响OES二86JX7rv-u)=a7

2、一反应(I)：生成CoI一一反应(2)：生成CO?.图34：(7)对4：(291j(*.):Si(D671.I1M2.76671.11-0,42761.75-11.27IIoO-1685SKMa.Bhsi711.07365.75711.07-0.36575712.49-10.411685-1996SiO1(I)jSi(I)689.58M5.27689.58-0.355279.83-11.741W6-25反应(2)：SiO1*CSJ+CO2So式，);Si(*)314.SS18135514.85-0.1833Sr0:543SO2(.);Si(Q$11.85179.69511.5-0.I7969-

3、1.01-1.03543-11(SK(,)iSi(H)505.57173.61505.57-0.17361F1.43-7.131100-1685SiO.(H.);Si(I)550.87200.1055().K7-O.200JOr7.80-2.591685-1996SiOj(I)5Si(I)534.87192.265M.87-0.I9226T2.24-2.261996-2500I1OO130015001700190ffs21002300250050一反应(1)用均值近似的结果-150+反应(2)用均值近似的结果-反应(1)将焙变与嫡变视为定值的结果、*反应(2)将焙变与病变视为定值的结果f图5两

4、种方法得到的反应ArG-T对比图73Oo6OO020OOOOO42-2-4(O1U2)及。dOOOO68)()8表1物质在298K时的生成焙与标准熠j物质f(kJ-mo,)5(J-K,-mo,)Si(s)O18.83SiO2(s)-908.3543.39C(s)O5.73CO(g)-110.54197.53CO2(g)-393.50213.642反应的培变、嬉变、吉布斯自由能变与转化温度反应X(Hmo11),(JKm1),G1(MwoJ-1)(K)反应(D:Si(M+2C(.)-Si()*2CO(g)687.27359.(M687.270.3590471914.2反应(2)：SKM1O()-S

5、i()*C0,()514.85183.35514.85-a1833572808.0图1Si。？与C反应的图SiO9+2C0=Si+2CO9(3)3反应在不同温度下的均变、境变与转化温度反应反应祖*(K)Ax(kJmo)As(JK-1moT)r*1k(K)反应(1)：SiO2(I)2C()Si(I)*2C0(g)2200690.43355.841940.3298687.27359.(M1914.2反应(2)：SiO2(I)*C()-Si(I)+C0j(f)22533.85189.442818.0298514.85181352808.0c2X(T2)=X(T1)+ACpdT(1)jTxc1ACX(

6、T2)=X(T1)+1寸d(2)J11式中ACP=E/C,nB),C(B)=C=A1210-3+A3105r2+A4p,m123410-62(J-K,mo,)(3)AG=人。(B)=12IO-3TA3105r2+AA4IO-6T2(4)4各饰质的A-4,敷值及相变均与相变篇物防物相4A24M度他国（K）相交效(kJmo11)相变蜻(JK,Si22.8031849、1、0298-168550.2129.0I27.!960001685-3492表5灼变和篇变的积分项在各温度区间内的数值范S1及变化情况反应物相pAC,ir/(Jm争(JK1mor。温度的IH/KUJ”1)：SiO22C=Si2COS

7、iOQ.):Si(a)O-II4O8O2(枷后减)03.32-Z66(298*543SiO2(.)tSi()0-9546(连谶)O-11.46(14)543*1100SiOj(.)1Si()0-13225(x1)0-9.65(遂减)IKX)-1685SiOj(s.)sSi(1)0-7272(aw)0-3.96(a)1685-19%SiO2(1)Si(I)O-I6543(irt)0-7.40()19962500Kffi(2):SiO2C-SiCO2SiOX.)ISi()O-167-336（先增后减）O-0.51-O52(先战后298-543SiO1(s.);Si()0-5997(递减)0-7.3

8、2(36)S43-1100SiO,(.)tSi()0-6563(递减)0-4.84(迤城)1100-1685Si()j(.,);Si(I)O-326O(J1rt)01.78(AM)1685-1996SiO2(I):Si(I)0-9592(遂跋)-4.30（逢减）1996-2500摘要：优热力学角度分析C与SiO2反应生成Co而非C02的原因;指出在实际生产温度下，Si和SiO2均呈液态，理论上不应引用298K时的生成熔与标准燧;计算了220OK时反应的热力学函数，并进一步讨论了2982500K温度范围内反应熔变与烯变对298K时相应数值的偏离情况，绘制了较精确的ArGOm-T图;发现对于C与S

9、iO2的反应而言，在此温度范围内，热力学函数对298K时相应数值的偏离程度较小。关键词：C与SiO2反应;非常温反应;物态变化:热力学分析文章编号：1005-6629(2023)02-0091-08中图分类号：G633.8文献标识码：A1问题的提出在高中元素化合物知识的学习中，学生常常会对一些化学反应产生疑惑，其中一例便是：为什么C与SiO2反应得到的产物是CO,而不是CO2?对于这一问题，如果教师以“实验事实就是如此“回应学生，将不利于学生探究与质疑精神的发展，甚至可能给学生留下“化学反应不讲理，需要死记硬背”的不良印象。从热力学角度对该反应展开讨论，分析C与SiO2反应生成CO的原因，同时

10、分析不同温度下反应的焙变与埔变对298K时相应数据的偏离情况，可为从热力学角度研究非常温反应，尤其是物质的物态与298K时不同的反应，提供一种思路。2C与Si02的反应对于C与Si02反应为什么生成CO这一问题，有些教师一般解释为：由于实际生产中C是过量的，即使反应生成了C02,后者在高温下也会进一步与C反应，最终生成CO。这样的解释乍一看很合理，然而可能会引起学生这样的认识：如果是少量C与过量SiO2反应，应该就能生成CO2。实际情况真是如此吗？2.1 C与Si02反应的热力学分析化学热力学研究化学反应的方向和限度问题，对于一个等温等压不做非体积功的反应，如果以反应中各物质的浓度或压力为Im

11、OI.kg或IOokPa为研究状态，那么可以用标准摩尔反应吉布斯自由能变ArGOm（简称为反应自由能）判断反应的自发性。若ArG0m0,则反应在标准状态下逆向自发进行。ArGOm与反应温度相关，在一定温度（T）下，ArGOm（T）=rHm（T）-TrSm（T）,其中ArHOm与ArSOm分别为标准摩尔反应蛤变（简称为反应烙）和标准摩尔反应烯变（简称为反应熠），若它们的量值随温度变化较小，常用298K时的量值代替。ArHBm与ArSBm可由反应中各物质的标准摩尔生成给AfHOm（简称为生成烙）与标准摩尔端SOm（简称为标准熠），通过公式ArHOm=ZvBAfHOm（B）与rS0m=gvBS0m（B）计算得出，式中B表示反应物或生成物，VB表示反应物或生成物在方程式中的计量数，对生成物VB取正值，反应物VB取负值。对于C与SiO2反应得到何种氧化产物的热力学分析，即是考察下述反应（1）和（2）的反应自发性。反应中相关物质在298K时的生成烙与标准燔如表I所示