无机及分析化学：第二章 热力学基础3

1§２-５吉布斯自由能1876年美国科学家Gibbs证明在等温等压下，如果一个反应能被用来作功，则该反应是自发的，反之为非自发2一、自由能函数的定义例：

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)Zn+Cu2+=Zn2++Cu

2H2O(l)

2H2(g)

+O2

(g)令

G

H–TSG：定义的新函数，自由能函数，Freeenergy自由能G是状态函数3二、吉布斯-赫姆霍兹方程(Gibbs–HelmnoltzEquation)：G=HTS

G

(T)=H

TS

应用条件？

计算等温等压条件下，

任何过程的自由能变G

热力学标准态下，

等温过程的自由能变的计算G

(T)

4用

rG

m或

rGm判断某一反应自发性倾向时，只表明反应的热力学倾向，而不表示实际反应的速率反应的自发性与反应的可能性不是同一概念，非自发的反应不等于不可能5反应自发性的判断根据

G大小来判断：

G<0,正向反应自发

G＝0,处于平衡状态

G>0,正向反应非自发，逆向反应自发6热力学函数的计算及初步应用一、几个热力学函数1．热力学能U2．焓H3．熵S4．自由能G二、计算及应用(1)热力学第一定律U=Q–W注意：Q、W的正负号7(2)

等容条件下的反应热：QV=U(3)

等压条件下的反应热：QP=H

H=U+PVQP=QV+PV=QV+nRT(4)盖斯定律及其应用(5)过程自发性判据

G与

rG

标准态下：用

rG

m>0或

rG

m<0非标准态下：用

rG>0或

rG<0

G

(T)=

H

T

S

，

G(T)=

H

T

S8

二、298K下，H2O(g)和H2O(l)的ΔfG

m分别为-228.59kJ

mol-1和-237.18kJ

mol-1,298K时，饱和水蒸气压为3.17kPa,ΔrG

m=0的过程是A.

H2O(l,101kPa水蒸气压)

H2O(g,101kPa水蒸气压).B.

H2O(l,饱和水蒸气压)

H2O(g,饱和水蒸气压)。C.

H2O(l,10mmHg水蒸气压)

H2O(g,10mmHg水蒸气压)。D.H2O(l,4.0kPa水蒸气压)

H2O(g,4.0kPa水蒸气压).9三、对于任意循环过程，不正确的表述是

A.

G=0,

H=0,

S=0;B.

U=0,

G=0,

S=0;C.

S=0,

H=0,W=

Q;D.

G

0,

S=0,

H=010

四、任何温度下均非自发的过程是

A.

H

0,

S

0;B.

H

0,

S

0;C.

H

0,

S

0;D.

H

0,

S

0

11五、已知:C(石墨)+O2(g)=CO2(g)

rH1

=

393.5kJ

mol-1,CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g),

rH2

=

283.0kJ

mol-1;

则反应C(石墨)+1/2O2(g)=CO(g)

的

rH

=A.-676.5kJ

mol-1;B.+676.5kJ

mol-1;C.-110.5kJ

mol-1;D.+110.5kJ

mol-112六、已知键焓B.E.(H-H)=436kJ

mol-1,B.E.(Cl-Cl)=243kJ

mol-1,B.E.(H-Cl)=431kJ

mol-1.则反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)

的

H=A.+248kJ

mol-1;B.+183kJ

mol-1;C.-248kJ

mol-1;D.-183kJ

mol-1。。七、CaCO3(s)

=CaO(s)+CO2(g),

H298

=178.3kJ

mol-1,

S298

=160.4J

mol-1

K-1.此反应在标准态下可自发进行的温度TA.=1112K;B.

1112K;C.=298K;D.

1112K13八、为了净化汽车尾气,甲研制下述反应(1)的催化剂,而乙研制下述反应(2)的催化剂:(1)CO(g)=C(石墨)+1/2O2(g),

(2)CO(g)+NO(g)=CO2(g)+1/2N2(g).

通过计算,从热力学角度评价他们的努力。已知：298K时

fH

/kJ

mol-1:CO(g)-110.5NO(g)90.4CO2(g)-393.5

S

/J

mol-1

K-1:CO(g)197.6C(石墨)5.73O2(g)205.03;NO(g)210.0,CO2(g)213.6,N2(g)192.14九、下列说法正确的是A.放热反应是自发的B.反应的

rSm

为正值，该反应是自发的。C.凡是自发反应都是快速反应D.如反应的

rHm

和

rSm

均为正值，则温度升高时

rGm

减小。

15十、下列反应中释放能量最大的是

A.CH4(l)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)