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材料の熱力学

エリンガム図で、炭素の反応 2C(s) + O₂(g) → 2CO(g) の直線についての説明として正しいものはどれか。

  1. AC + O₂ → CO₂ と同じく ΔS° がほぼ0なので、水平になる
  2. B金属の酸化と同じく ΔS° が負なので右上がりになり、高温ほど炭素の還元力は弱まる
  3. C気体が1 molから2 molに増えて ΔS° が正なので右下がりになり、高温ほど炭素の還元力が強まる
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正解：C. 気体が1 molから2 molに増えて ΔS° が正なので右下がりになり、高温ほど炭素の還元力が強まる

2C + O₂ → 2CO では、気体が O₂ 1 mol から CO 2 mol に増えるので ΔS° が正(約 +0.18 kJ/(mol·K))で、ΔG° の直線は右下がりになります。そのため高温になるほど CO の線は多くの金属酸化物の線より下に来て、炭素がそれらの酸化物を還元できるようになります。高炉で鉄鉱石をコークスで還元できるのはこのためです。C + O₂ → CO₂ では気体の分子数が変わらず ΔS° がほぼ0なので、ほぼ水平になるのはこちらの反応です。右上がりになるのは、気体の O₂ が固体に取り込まれる金属の酸化の場合です。

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