石墨转化为金刚石的反应条件
——兼谈△G判定反应方向及压强对固体反应的影响
安徽皖智学校 胡征善
人教版《化学2》P37页有一道关于石墨与金刚石稳定性判断的习题，结合反应的焓
变和熵变金刚石转化为石墨在25℃、101kPa下的△G<0，可以得到金刚石在通常情况下自发生成石墨，只不过此过程极慢而已。
【答案】AD
【解析】石墨转化为金刚石是同素异形体之间的转化，同素异形体之间的转化是化学变化。同素异形体概念在高中教材中没有涉及，藉以此题明确同素异形体概念。根据题意，其热化学方程式为C(s,石墨)===C(s,金刚石) △H=+1.895 kJ/mol
所以同质量时金刚石能量比石墨高，说明石墨比金刚石稳定。 【对试题的几点看法】（1）1mol石墨和1mol金刚石的表述不规范，因为根据物质的量单位——摩尔的定义，“在使用摩尔时，基本单元应予指明”，而1mol石墨和1mol金刚石应的表述是不准确的，应为1molC(石墨)和1molC(金刚石)。
（2）1molC(石墨)全部转化为金刚石，吸收1.895 kJ热量是25℃、101kPa条件下，除了注明压强，还必须注明温度。
【拓展】
[问题的提出]是否可以△H=+1.895 kJ/mol来说明25℃、101kPa下金刚石自发转化为石墨呢？——不能！因为反应方向不能以△H来判断，而应以△G来判断。
25℃、101kPa时C(s,石墨)====C(s,金刚石)反应的熵变△S=—3.363J/(mol·K)=—0.003363kJ/(mol·K)，故有：
——
△G=△H—T△S=+1.895 kJ/mol—298K(—0.003363kJ/mol1·K1)=+2.897 kJ/mol>0 说明正反应非自发。逆反应一定自发——所以金刚石在25℃、101kPa时会自发转化为石墨
那么如何实现上述反应？——只有当改变条件使△G<0即△H
（1）T升高。因△H，△S同时受T影响，且使△S>0。 （2）增大P。
因为密度： 金刚石 3.51 g/cm3 石墨2.25g/cm3
C(s,石墨)===C(s,金刚石)
同n时 V大 V小
增大p v增大，平衡正向移动
因此中学教学中常说对只是固体或液体的反应，压强对其反应速率和化学平衡无影响是有条件的。当压强改变量很大时，反应速率和化学平衡都将有较大的改变。
反应究竟需要多大压强多高温度才能使△G<0，也就是说反应能自发进行呢？有人根据
热力学数据分析，得出下表数据： T /K 5.0 1500 1550 1600 1650 1700 —695 —510 —330 —153 —25 5.2 —1014 —831 —651 —476 —304 5.4 —1327 —1145 —967 —793 —622 p/GPa 5.6 —1634 —1454 —1277 —1103 —934 5.8 —1934 —1754 —1579 —1407 —1239 6.0 —2226 —2048 —1873 —1702 —1535 所以在工业生产中采用1000℃-2000℃、3-6×109Pa (3-6万atm)、催化剂条件。
有人通过实验得出：用过渡金属(Ni、Fe、Co等 )及其合金作催化剂，在约5G Pa的压力、1500Ｋ温度下并保持一定的时间，可得到粒度较大的优质金刚石单晶。
