本文拟采用热力学方法估算惰性气氛中低碳链烃CH₄(g)、C₂H₄(g)及C₂H₂(g)的热裂解温度，供参考.

1. 热裂解温度的热力学计算方法

   低碳链烃CH₄(g)、C₂H₄(g)及C₂H₂(g)的热裂解反应方程式参见如下式（1）、（2）及（3）.

   CH₄(g)→C(s)+2H₂(g)          （1）

   C₂H₄(g)→2C(s)+2H₂(g)       （2）

   C₂H₂(g)→2C(s)+H₂(g)         （3）

   为计算方便，式(1)、(2)及(3)中C(s)均规定为石墨.

   依据热力学基本原理，298.15K标态下式（1）的标准摩尔焓变及熵变参见如下式（4）及（5）：

      Δ_rH^θ_m,1=Δ_fH^θ_m(C,石墨,s)+2Δ_fH^θ_m(H₂,g)-Δ_fH^θ_m(CH₄,g)=-Δ_fH^θ_m(CH₄,g)      （4）

     Δ_rS^θ_m,1=S^θ_m(C,石墨,s)+2S^θ_m(H₂,g)-S^θ_m(CH₄,g)                                                    (5) 

   CH₄(g)的热裂解温度计算^[1]: T_C=Δ_rH^θ_m,1(298.15K)/Δ_rS^θ_m,1(298.15K)                 （6）

   同理可计算得到C₂H₄(g)、C₂H₂(g)热裂解反应的Δ_rH^θ_m、 Δ_rS^θ_m及T_C.

2. 25℃标态下相关物质的热力学数据

   25℃标态下相关物质的热力学数据参见如下表1.

   表1.25℃标态下相关物质的热力学数据^[2]

   物质	ΔfHθm(/kJ·mol-1)	Sθm(/J·mol-1·K-1)
   CH4(g)	-74.81	186.26
   C2H4(g)	52.26	219.56
   C2H2(g)	226.73	200.94
   C(s,石墨)	0	5.740
   H2(g)	0	130.684

3. 结果与讨论 

   计算结果参见如下表2.
   

   表2.标态下CH₄(g)、C₂H₄(g)及C₂H₂(g)热裂解反应的热力学计算结果

   物质	ΔrHθm(/kJ·mol-1)	ΔrSθm(/J·mol-1·K-1)	TC(/K)
   CH4(g)	74.81	80.848	925
   C2H4(g)	-52.26	53.288	-981
   C2H2(g)	-226.73	-58.776	3858

    表1结果显示：考虑熵变的影响，要得到固体石墨，甲烷、乙烯裂解温度应分别高于925K及-981K；乙炔

裂解温度必须低于3858K. 这表明采用甲烷、乙烯及乙炔等低碳链烃热裂解方法制备石墨的方法热力学可行.

  4. 结论

      惰性气氛中，采用甲烷、乙烯及乙炔等低碳链烃热裂解方法制备石墨的方法热力学可行.

参考文献

[1]余高奇. 氯化物的热分解温度探究.科学网博客,http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666.2023,4.

[2]Lide D R. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 89th ed, Chemical Co, 2008,17:2688