2020-09-25 08:28:58

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自由能变化是反应的标准吉布斯自由能变化,是反应限度的量度,估计反应的可能性。

基本信息

  • 中文名称

    自由能变化

  • 外文名称

    free energy change

  • 学科

    化学

  • 应用

    反应限度的量度

目录

折叠 编辑本段 定义

一、化学反应的ΔrGm和ΔrGmÆ

对于任一反应,其化学反应等温式可表示为

ΔrGm=ΔrGmØ+RTlnQa

式中ΔrGm=,表示指定条件下反应的吉布斯自由能变化;ΔrGmØ=则表示标准状态下反应的吉布斯自由能变化。显然,ΔrGm与ΔrGmØ的含义不同。物质的标准态化学势μBØ只是温度的函数,所以取决于化学反应本性的ΔrGmØ也只是温度的函数,在标准态选定之后,指定温度下任何化学反应的ΔrGmØ是常数。然而,ΔrGm不是常数,它还与反应体系所处的实际状态有关,即与各物质的活度商Qa有关。在恒定温度和压力的条件下,可以根据ΔrGm的正负来判断化学反应自发进行的方向,而ΔrGmØ的正负一般不能指示化学反应自发进行的方向。

折叠 编辑本段 应用

在化学平衡中,ΔrGmØ具有特别重要的意义,下面介绍ΔrGmØ的一些应用:

1.ΔrGmØ是反应限度的量度

根据公式ΔrGmØ=-RTlnKaØ,由于标准平衡常数KaØ可以指示反应的限度,所以ΔrGmØ也是指示反应限度的量。由此式求得KaØ后,可进一步计算出体系在一定温度下的平衡组成。

2.从某些反应的ΔrGmØ计算另一些反应的ΔrGmØ

例如,有下述反应:

(1)C(s)+O2(g)→C02(g)ΔrGmØ (1)

(2)CO(g)+1/2O2(g)→CO2(g)ΔrGmØ (2)

(3)-(2)=(3)C(s)+1/2O2(g)→CO(g)ΔrGmØ (3)

反应(3)的平衡常数很难直接测定,因为在碳的氧化过程中,很难控制使碳只氧化到CO而不生成CO2。但如已知ΔrGmØ(1)和ΔrGmØ(2),则ΔrGmØ(3)可由下式

ΔrGmØ(3)=ΔrGmØ(1)-ΔrGmØ(2)

求得,从而可求出反应(3)的平衡常数。

3.利用ΔrGmØ估计反应的可能性

在一般情况下,ΔrGmØ虽然不能作为判别反应方向的依据,但由化学反应等温式可知,若ΔrGmØ的绝对值很大,则ΔrGm的正负号就基本上取决于ΔrGmØ的符号,除非Qa很大或者很小,这在实际中往往是难以办到的。例如,反应Zn(s)+O2(g)→ZnO(s)在298.15K时的ΔrGmØ=-318.2hJ·mol-1。

欲使此反应不能进行,Qp必须大于6×1055,即O2的分压要小于3.2×10-107Pa,才能使ΔrGm>0,实际上这是不可能实现的。所以,根据此反应的ΔrGmØ的数值,我们便能估计到该反应能够正向自发进行,而且能够反应得很彻底。同理,若ΔrGmØ是一个很大的正值,则在一般情况下ΔrGm的值也大致为正值,很难通过改变Qa的数值使ΔrGm改变符号。这就是说在给定条件下反方不能正向自发进行。

那么,ΔrGmØ的值要有多大才能用来估计反应进行的方向呢?这没有一定的标准。一般地,当ΔrGmØ>41.84kJ·mol-1时,可以认为反应不大可能自发进行;当ΔrGmØ在41.84~0kJ·mol-1之间时,有可能通过改变Qa使平衡向着更有利于生成产物的方向转化;当ΔrGmØ

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