吉布斯自由能與化學(xué)反應(yīng)方向

1、情境八：物質(zhì)及其變化任務(wù)四：化學(xué)反應(yīng)方向及其變化知識點(diǎn)： 吉布斯自由能與化學(xué)反應(yīng)方向課程：化學(xué)及生物物料的識用一、吉布斯自由能 1876年美國物理化學(xué)家吉布斯（Gibbs）提出用自由能來判斷恒壓條件下過程的自發(fā)性。 吉布斯把焓和熵歸并在一起的熱力學(xué)函數(shù)稱為吉布斯自由能，用符號 G表示。其定義為等溫變化過程怎樣寫？TSHG吉布斯-赫姆霍茲公式 熱力學(xué)研究指出，在恒溫恒壓只作體積功的條件下， 可作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)。 STHGGGGG0時，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，其逆過程不能自發(fā)進(jìn)行。0 時，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。0時，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，其逆過程可自發(fā)進(jìn)行. 一、吉布斯自由能吉布斯-赫姆霍茲公式 值的大小取決

2、于H 、S和 T。STHGG反應(yīng)類型HSG反應(yīng)情況1_+_任何T，都能自發(fā)進(jìn)行2+_+任何T，都不能自發(fā)進(jìn)行3_高溫為+高溫下不能自發(fā)進(jìn)行低溫為_低溫下都能自發(fā)進(jìn)行4+高溫為_高溫下能自發(fā)進(jìn)行低溫為+低溫下都不能自發(fā)進(jìn)行一、吉布斯自由能 H、S和都是狀態(tài)函數(shù)，G也是狀態(tài)函數(shù)，它具有狀態(tài)函數(shù)的各種特點(diǎn)。各種物質(zhì)都有各自的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能，即在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和溫度條件下，由穩(wěn)定態(tài)單質(zhì)生成1mol化合物時的吉布斯自由能變，符號為 ，單位kJmol-1。298.15K時常見物質(zhì)的 見附錄 。 mfGmfG二、化學(xué)反應(yīng)的 的計算 mfG 對于任何反應(yīng)，其標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)自由能計算公式：根據(jù)計算結(jié)果可判斷反

3、應(yīng)的自發(fā)性。mfG二、化學(xué)反應(yīng)的 的計算 例 計算反應(yīng)在298K時的mrG。并判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。 2NO（g）+O2（g） 2NO2（g） 2NO（g）+O2（g）2NO2（g） 解：查表得 (kJmol-1) 86.57 0 51.3=251.3-(286.57+0)= - 70.54 kJmol-1 由于mrG0，表明該反應(yīng)在298K時可自發(fā)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。 二、化學(xué)反應(yīng)的 的計算 mfGmfGmrG其它溫度T下化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾自由能變的計算 fm ,TGrm,Trm,Trm,Trm,298rm,298TTGHSHS 利用吉布斯-赫姆霍茲公式可以求化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)向溫度（T轉(zhuǎn)向）。對于H與

4、S符號相同的情況，當(dāng)改變反應(yīng)溫度時，存在從自發(fā)到非自發(fā)（或從非自發(fā)到自發(fā)）的轉(zhuǎn)變，我們把這個轉(zhuǎn)變溫度稱為轉(zhuǎn)向溫度。二、化學(xué)反應(yīng)的 的計算 mfG令G = 0，則G = H TS = 0 ，T = H / S = T轉(zhuǎn)向rm ,Trm ,298rm ,Trm ,298THHSS轉(zhuǎn) 向在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下： 二、化學(xué)反應(yīng)的 的計算 mfGfm,298Hfm,298S【例8-25】已知下列反應(yīng)中各物質(zhì)的SO3(g) + CaO(s) CaSO4(s) 求該反應(yīng)的轉(zhuǎn)向溫度。fm,298Hfm,298SkJmol-1 -395.72 -635.09 -1434.11kJmol-1 256.65 39.75 10

5、6.69解 43fm,CaSO(s)fm,CaO(s)fm,SO(g)rm,298=HHHH1434.11( 635.09)( 395.72)403.3 kJmol-1 二、化學(xué)反應(yīng)的 的計算 mfG43m ,C aSO(s)m ,C aO (s)m ,SO(g)rm ,298=SSSS10639.75256.65189.71 kJmol-1 rm ,Trm ,298.15rm ,Trm ,298.15THHSS轉(zhuǎn) 向= 403.3/0.1897 = 2126K rm ,THrm ,TS 0 0 該反應(yīng)是低溫自發(fā)的，即在2126K以下該反應(yīng)是自發(fā)的。二、化學(xué)反應(yīng)的 的計算 mfG上例反應(yīng)可用于環(huán)境保護(hù)。 硫燃燒生成SO2，SO2經(jīng)過進(jìn)一步氧化后變成SO3。如果在煤中加入適當(dāng)生石灰，它便與煤中的硫燃燒后所得的