上海交通大学：《大学化学（通识）》课程教学资源（课件讲义）第一篇 能源篇（2/2）

第一篇能源篇 上海交通大学化学化工学院 大学化学教研室 吉布斯自由能提出的必要性 >与化学反应方向有关的热力学函数： 焓变不能单独作为化学反应自发进行方向 的判据 熵可以作为任何过程自发方向的判据，但 必须把体系和环境结合起来考虑成孤立体系，计算 很不方便 00 1

1 第一篇 能源篇 上海交通大学化学化工学院 大学化学教研室 吉布斯自由能提出的必要性  与化学反应方向有关的热力学函数： —— 焓变不能单独作为化学反应自发进行方向 的判据 —— 熵可以作为任何过程自发方向的判据，但 必须把体系和环境结合起来考虑成孤立体系，计算 很不方便

4.化学反应自发进行的判据 (1)热力学第二定律(1) ·1852年，开尔文(Kelvin) Kelvin,Lord 提出： William Thomson “不可能从单一热源取出 (1824-1907) 热使之完全变为功，而不 发生其它变化。” (1)热力学第二定律(2) Clausius,Rudolf (1822-1888) ·1854年，克劳修斯(Clausius)提出： “不可能把热从低温物体转到高温 物体，而不发生其它变化。” 2

2 4.化学反应自发进行的判据 （1） 热力学第二定律(1) • 1852年，开尔文(Kelvin) 提出： “不可能从单一热源取出 热使之完全变为功，而不 发生其它变化。” Kelvin, Lord William Thomson (1824-1907) （1）热力学第二定律(2) • 1854年，克劳修斯(Clausius)提出： “不可能把热从低温物体转到高温 物体，而不发生其它变化。” Clausius, Rudolf (1822-1888)

(2)吉布斯(Gibbs)自由能 吉布斯(Gibbs）自由能 G-H-TS 等温条件下 △G=△H-△(TS)=△H-T△S >G是状态函数 (3)标准摩尔生成吉布斯自由能 标准摩尔生成吉布斯自由能 △G(B,298.15K) 在标准压力p9下，从指定单质生成1mol 任何物质B的吉布斯自由能变化。 指定单质的标准摩尔生成吉布斯自由能为零。 3

3 G  H TS 吉布斯(Gibbs) 自由能          G H TS H T S ( )  G 是状态函数 （2） 吉布斯(Gibbs)自由能 等温条件下 （3）标准摩尔生成吉布斯自由能 标准摩尔生成吉布斯自由能 在标准压力p θ下，从指定单质生成1mol 任何物质B的吉布斯自由能变化。 ( ,298.15 ) f G B K   指定单质的标准摩尔生成吉布斯自由能为零

标准摩尔生成吉布斯自由能 >298.15K下，任意化学反应的标准摩尔吉 布斯自由能变化： △，G(298.15K)=2(V,△G)生成物(298.15K) -(V,△G)反应物(285.15K) =∑4，G(B,298.15K) (4)吉布斯自由能判据 等温等压，不做非体积功的条件下， 自发 △G≤0 平衡 反应自发进行的方向- 体系的吉布斯自由能降低

4 标准摩尔生成吉布斯自由能 298.15K下，任意化学反应的标准摩尔吉 布斯自由能变化： ( ,298.15 ) B f B    G B K   (298.15 ) ( ) (298.15 ) r i f m G K G K        生成物 ( ) (285.15 ) i f m G K     反应物 （4）吉布斯自由能判据 等温等压，不做非体积功的条件下， G 0         自发 平衡 反应自发进行的方向—— 体系的吉布斯自由能降低

(5)吉布斯自由能与焓变、熵变的关系 ·由△H和△S来计算△G: G=H-TS △G(298.15K)=△H(298.15 -T×△S(298.15K △，.G9(T)的近似计算 在压力p和温度TK下 △G(T)=△H(T)-T△S(T) ≈△H(298.15K)-T△S(298.15K) √假定焓变和熵变不随温度而变。 √△，G受温度的影响1 5

5 （5）吉布斯自由能与焓变、熵变的关系 • 由H和S来计算G： G  H TS (298.15 ) (298.15 )    r r G K H K   (298.15 ) T Sr K    在压力p θ和温度T /K下 假定焓变和熵变不随温度而变。 Δ r Gm θ受温度的影响！ ( ) ( ) ( )      r r r G H T S T T T    (298.15 ) (298.15 )     r r H K S K T   Δ rG θ(T)的近似计算