《无机化学》课件-2.13.2-标准吉布斯自由能变的计算.pptx

第 2 讲 化学热力学基础 2.13 标准吉布斯自由能变的计算2.13 Calculation of Standard Gibbs Free Energy Change知 行 合 一 、 经 世 致 用知识回顾 吉布斯自由能判据 0, 过程自发、反应正向自发? G= 0, 可逆过程、反应处于化学平衡 0, 过程不自发、反应正向不自发知 行 合 一 、 经 世 致 用根据吉布斯自由能的定义有： G = H ? TS则在恒温恒压条件下，状态变化的吉布斯自由能变（ ? G ） 为： ? G = ? H ? T ? S - 这就是著名的 吉布斯-亥姆霍兹公式。吉布斯-亥姆霍兹公式 Gibbs-Helmholtz formula知 行 合 一 、 经 世 致 用吉布斯-亥姆霍兹公式的优点- 该 公 式 （ ? G = ? H ? T ? S ） 把 影 响 过 程 或 反 应 自 发 的 两 个 因 素 完 美 地 统 一 起 来 。 混乱度变化 （ ? S ）- 过程熵变或反应熵变 能量变化 （ ? H ）- 恒压过程热或恒压反应热知 行 合 一 、 经 世 致 用 - 吉布斯-亥姆霍兹公式： ? G = ? H ? T ? S- 吉布斯自由能判据： 0, 过程自发、反应正向自发对过程或反应的自发性进行判断? G= 0, 可逆过程、反应处于化学平衡 0, 过程不自发、反应正向不自发知 行 合 一 、 经 世 致 用- 在不同温度下，过程或反应自发进行的 方 向 取 决 于 ? H 和 T ? S 值 的 相 对 大 小 。? G = ? H ? T ? S - 在 任 何 温 度 均 有 ? G 0 ， 正向总是自发。 - 在 任 何 温 度 均 有 ? G 0 ， 正向总是不自发。知 行 合 一 、 经 世 致 用- 低温有利于正向自发- 高温有利于正向自发 - 当 ? G = 0 时，即 反应达到平衡时的 温度， 称为 转变温度。 令： ? G = ? H – T ? S = 0 转变温度- 转变温度是某一些反应正向能 自发进行的最高反应温度；- 转变温度也是另一些反应正向 能自发进行的最低反应温度。? H? ST 转变=知 行 合 一 、 经 世 致 用标准摩尔吉布斯自由能变 ? r G m若在标准态 （ T , p ） 下，则反应的 标准摩尔吉布斯自由能变（ ? r G m ） 为： ? r G m = ? r H m – T ? r S m由 S m ( T ) 求算由 ? f H m ( T ) 求算知 行 合 一 、 经 世 致 用利用化学热力学相关知识判断： 价格低廉的石墨能否转化为昂贵的金刚石？知 行 合 一 、 经 世 致 用C ( 石墨 ) 0 5.7C ( 金刚石 ) 1.9 2.4? f H m /kJ?mol -1S m /J?mol -1 ?K -1根据吉布斯-亥姆霍兹公式可得： ? r G m = ? r H m – T ? r S m = 1.9 × 10 3 – 298 × (–3.3) 0= 2.9 kJ·mol -1知 行 合 一 、 经 世 致 用知 行 合 一 、 经 世 致 用科技前沿 JACS中国科学家解决了石墨转化为金刚石之难题我国复旦大学刘智攀与上海大学谢耀平等研究人员合作，采用高通量的模拟方法，预测 在 超 高 压 （15 GPa) 和 高温（1300 K）条件下将石墨转化为六角型金刚石， 解决了将石墨转化为金刚石的难题，为人工合成金刚石提供了新的思路。相关研究已于2017 年2 月 在 国 际 顶 级 期 刊《 美 国 化 学 会 志 》 （ Journalof the American ChemicalSociety ）发表。 J. Am. Chem. Soc . 2017, 139, 2545?2548 Graphite to Diamond: Origin for Kinetics Selectivity知 行 合 一 、 经 世 致 用 标准摩尔生成吉布斯自由能 在标准态下，由稳定单质生成 1 mol 纯物质的生成反应的吉布斯自由能变，叫做该物质的 标准摩尔生成吉布斯自由能（ ? f G m ）。 - 稳定单质： ? f G m = 0 ， ? f H m = 0 - 但稳定单质： S m ≠ 0知 行 合 一 、 经 世 致 用 由 ? f G m 计算 ? r G m- 对于任一化学反应： a A + d D = e E + f F- 在 298 K 、不做非体积功条件下，上述反应的 标准摩尔吉布斯自由能变 为 ： ? r G m (298K) = [ e ? f G (E) + f ? f G (F)] 生成物 – [ a ? f G (A) + d ?