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盖斯定律(工科化学(三零):化学反应与能源)

4.2.4吉布斯(Gibbs)函数变4.2.4.1吉布斯函数的定义热力学第一定律导出了热力学能这个状

  4.2.4吉布斯(Gibbs)函数变

  4.2.4.1吉布斯函数的定义

  热力学第一定律导出了热力学能这个状态函数,为了处理热化学中的问题,又定义了焓;

  热力学第二定律导出了熵这个状态函数,但用熵作为判据时,体系必须是孤立体系,也就是说必须同时考虑体系和环境的熵变,这很不方便;

  通常反应总是在恒温、等压条件下进行,有必要引入新的热力学函数,利用体系自身状态函数的变化,来判断自发反应的方向和限度

  吉布斯(Gibbs),综合焓与熵两个概念,引入了一个新的状态函数,称为吉布斯函数,用符号G 表示。

  G =H -TS

  恒温过程中,化学反应的吉布斯函数变可表述为:

  吉布斯函数变由焓变和熵变导出

  吉布斯函数性质:状态函数,容量性质,具有能量量纲

  4.2.4.2吉布斯函数变与反应方向

  ΔG<0 反应自发进行

  ΔG=0 反应达到平衡

  ΔG>0 反应不能自发进行,逆反应自发进行

  在等温、等压只做体积功的条件下,自发反应进行的方向总是向着系统吉布斯函数减少的方向进行

  判定使用条件:等温、等压、不做非体积功

  不同情况下能否自发进行由焓变和熵变决定

  焓变和熵变均为正值时,只有温度大于焓变与熵变的比值时,吉布斯函数变才小于0,反应才能自发进行;(上图第一象限)

  焓变和熵变均为负值时,只有温度小于焓变与熵变的比值时,吉布斯函数变才小于0,反应才能自发进行;(上图第三象限)

  焓变为正值时,熵变为负值时,吉布斯函数变恒大于0,反应任何温度下都不能自发进行;(上图第四象限)

  焓变为负值时,熵变为正值时,吉布斯函数变恒小于0,反应任何温度下都自发进行;(上图第二象限)

  熵判据和吉布斯函数判据比较

  4.2.4.3吉布斯函数变的计算

  1)标准摩尔吉布斯函数变的计算

  盖斯定律的应用

  吉布斯函数变和焓变的性质很相似,可以参考4.1中焓的相关公式

  举例说明:

  吉布斯函数变小于0,能够自发进行

  2)任意温度下的吉布斯函数变的计算

  一般情况下,大部分反应都不是在298.15K的标准状态下进行,那么在其他温度下的标准摩尔吉布斯函数变怎么计算呢

  前面已经讲到,标准摩尔焓变和标准摩尔熵变受温度影响极小,一般可以认为

  焓和熵基本不受温度影响,而吉布斯函数变受温度影响很大

  举例说明:

  这个是按二氧化碳压强是100kPa计算的,和实际温度有较大差别

  3)非标准状态下的吉布斯函数变的计算

  Q为反应商,下面我们还会降到

  举例说明:

  空气中只有0.03%的二氧化碳,所以二氧化碳不是标准状态

  主要焓变的单位是kJ/mol.熵变的单位是J/(mol*k),所以在计算时要把单位统一,都化为kJ或者都化成J.

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