吉布斯自由能,ΔG
吉布斯自由能
- 正如我们在前几节中所看到的,反应的可行性由两个因素决定,即焓的变化和熵变
- 这两个因素结合在一起形成了一个基本的热力学概念吉布斯自由能(G)
- 吉布斯方程是:
ΔGꝋ=ΔH反应ꝋ- TΔ年代系统ꝋ
- Δ的单位Gꝋ以kJ摩尔为单位-1
- Δ的单位H反应ꝋ以kJ摩尔为单位-1
- T的单位是K
- Δ的单位年代系统ꝋ在J K-1摩尔-1(因此必须转换为kJ K-1摩尔-1除以1000)
- 有两种方法可以计算Δ的值Gꝋ
- 从ΔHꝋ和Δ年代ꝋ值
- 从ΔGꝋ所有物质的价值
工作的例子
计算以下反应的自由能变化:
2 nahco3.(年代)→Na2有限公司3.(s) + H2O (l) + CO2(g)
ΔHꝋ= + 135kJ摩尔-1Δ年代= + 344J K-1摩尔-1
回答
步骤1:将熵值转换为千焦耳
Δ年代ꝋ= +344 j k-1摩尔-1÷ 1000 = +0.344 kJ K-1摩尔-1
步骤2:把这些项代入吉布斯方程
ΔGꝋ=ΔH反应ꝋ- TΔ年代系统ꝋ
= +135 - (298 x 0.344)
=+32.49 kJ mol-1
温度为298 K,因为问题中引用了标准值
工作的例子
什么是标准自由能变化,ΔGꝋ,对于下面的反应?
C2H5OH(l) + 3O2(g)→2公司2(g) + 3H2O (g)
回答
ΔGꝋ=ΣΔG产品ꝋ——ΣΔG反应物ꝋ
ΔGꝋ= [(2 x CO .2) + (3 * H2O) - [(c)2H5OH) + (3 * O2)]
ΔGꝋ= [(2 x -394) + (3 x -229)] - [-175 + 0]
ΔGꝋ=-1300 kJ mol-1
自由能与平衡
使用Δ的限制G
- ∆Go只能用于在标准条件下预测反应的可行性
- 在非标准条件下,∆G必须计算
- 重要的是要注意,仅仅因为一个反应是可行的,并不意味着它将以一个可观察的速率发生
- 虽然∆G可以用来确定一个反应的可行性,它不考虑反应的动力学,即反应速率
- 可能存在一个巨大的能量势垒(E一个),在反应发生之前,反应物种必须克服这些障碍
- 有些反应是可行的,因为G是负的,但动力学上不可行,因为它发生得太慢了
- 这种反应是可行的,但非常缓慢
- 过氧化氢的分解就是一个例子25oC
H2O2(l)→H2O (l) +½O2(g)∆G= -117 kJ mol-1
- 这个反应的E很高一个所以必须使用二氧化锰,MnO进行催化2
- 如果反应时间足够长,不管MnO的加入,过氧化氢最终会分解2允许反应通过另一种具有下压的路径发生E一个
- 尽管对于∆G表示反应是可行的,它不考虑反应的动力学