焦炭是工业生产中最常见的还原剂，“碳氧化物”生成反应的热力学研究因而也具有一定的理论意义.

1. 碳氧化物

   碳氧化物通常是指一氧化碳（CO）与二氧化碳（CO₂），其生成反应参见如下式（1）、（2）及（3）所

示：

      C（石墨）+O₂（g）→CO₂（g）           （1）

      C（石墨）+0.5O₂（g）→CO（g）        （2）

      CO（g）+0.5O₂（g）→CO₂（g）        （3）

      25℃标态下相关物质的热力学性质参见如下表1所示：

                                                        表1. 25℃标态下相关物质的热力学性质

  2.碳氧化物的热力学计算

    对于式（1）反应，依热力学基本原理，并结合表1数据可得：

     Δ_rH^θ_m,1=Δ_fH^θ_m(CO₂,g)-Δ_fH^θ_m(C,石墨)-Δ_fH^θ_m(O₂,g)

                  =-393.509kJ·mol^-1                                                  （4） 

     Δ_rG^θ_m,1=Δ_fG^θ_m(CO₂,g)-Δ_fG^θ_m(C,石墨)-Δ_fG^θ_m(O₂,g)

                 =-394.359kJ·mol^-1                                                  （5）

     Δ_rS^θ_m,1=S^θ_m(CO₂,g)-S^θ_m(C,石墨)-S^θ_m(O₂,g) 

                =213.74J·mol^-1·K^-1-5.74J·mol^-1·K^-1-205.138J·mol^-1·K^-1

                =2.862J·mol^-1·K^-1                                                    （6）

    同理对于式（2）反应：

    Δ_rH^θ_m,2=Δ_fH^θ_m(CO,g)-Δ_fH^θ_m(C,石墨)-0.5Δ_fH^θ_m(O₂,g)

                  =-110.525kJ·mol^-1                                                 （7） 

    Δ_rG^θ_m,2=Δ_fG^θ_m(CO,g)-Δ_fG^θ_m(C,石墨)-0.5Δ_fG^θ_m(O₂,g)

                 =-137.168kJ·mol^-1                                                  （8）

     Δ_rS^θ_m,2=S^θ_m(CO,g)-S^θ_m(C,石墨)-0.5S^θ_m(O₂,g) 

                =197.674J·mol^-1·K^-1-5.74J·mol^-1·K^-1-0.5×205.138J·mol^-1·K^-1

                =89.365J·mol^-1·K^-1                                                  （9）

   对于式（3）反应，由于“（3）=（1）-（2）”，则：

    Δ_rH^θ_m,3=Δ_rH^θ_m,1-Δ_rH^θ_m,2=-393.509kJ·mol^-1 -（-110.525kJ·mol^-1）=-282.984 kJ·mol^-1        （10）

  同理：

     Δ_rG^θ_m,3=Δ_rG^θ_m,1-Δ_rG^θ_m,2=-394.359kJ·mol^-1 -（-137.168kJ·mol^-1）=-257.191 kJ·mol^-1          （11）

     Δ_rS^θ_m,3=Δ_rS^θ_m,1-Δ_rS^θ_m,2=2.862J·mol^-1·K^-1 -（89.365J·mol^-1·K^-1）=-86.503 J·mol^-1·K^-1          （12）

 3. 结果讨论

     25℃标态下，式（1）、（2）及（3）热力学计算结果参见如下表2所示：

                                               表2. 25℃标态下式（1）、（2）及（3）热力学计算结果

      由表2数据可知，对于式（1），即石墨碳的完全燃烧反应：Δ_rH^θ_m,1=-393.509kJ·mol^-1<0， 

Δ_rS^θ_m,1=2.862J·mol^-1·K^-1>0，Δ_rG^θ_m,1=-394.359kJ·mol^-1；

      结合准静态过程假说，δQ≡T·dS            （13）

      表明式（1）为吸热反应，即：Q_p1=T·Δ_rS^θ_m,1=298.15K×2.862J·mol^-1·K^-1=0.8533kJ·mol^-1 >0    （14）

      这表明式（1）主要是通过提供有效功向环境传递能量, 这部分能量也恰恰是有望被利用的能量.

      同理对于式（2），即石墨碳的不完全燃烧反应：Δ_rH^θ_m,2=-110.525kJ·mol^-1<0， 

Δ_rS^θ_m,2=89.365J·mol^-1·K^-1>0，Δ_rG^θ_m,1=-137.168kJ·mol^-1；

      表明式（2）亦为吸热反应，即：Q_p2=T·Δ_rS^θ_m,2=298.15K×89.365J·mol^-1·K^-1=26.644kJ·mol^-1 >0    （15）

      同时计算结果也显示式（2）通过提供有效功向环境传递能量的潜力较式（1）小.

       另：Δ_rG^θ_m（T）=Δ_rH^θ_m（298.15K）-T·Δ_rS^θ_m（298.15K）                                               （16）

      由于式（1）、（2）的Δ_rS^θ_m（298.15K）均大于0，温度升高，Δ_rG^θ_m（T）减小，自发趋势增强.

 4. 结论

      ⑴25℃标态下，碳的完全（或不完全）燃烧，均为吸热反应，其熵变均大于0；

      ⑵25℃标态下，碳的完全（或不完全）燃烧，主要是通过提供有效功向环境传递可被利用能量；

      ⑶温度升高，碳的完全（或不完全）燃烧反应的Δ_rG^θ_m减小，自发趋势增强.