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17.8: 计算标准自由能变化
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计算标准自由能变化
 
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17.8: 计算标准自由能变化

在标准压力为 1 巴且压力为 298 K 时发生的反应的自由能变化称为标准自由能变化。 由于自由能是一个状态函数,因此其值仅取决于系统的初始和最终状态的条件。 计算自由能变化的物理和化学反应的一个方便而常见的方法是使用广泛可用的标准状态热动力学数据汇编。 一种方法是使用标准焓和熵来计算标准自由能变化 ΔG° ,具体取决于以下关系。

Eq1

反应的标准自由能变化也可以根据反应中所涉及的反应物和生成物的形成 ΔGf° 值的标准自由能计算。 形成的标准自由能是一种自由能变化,该变化伴随着一种物质在其标准状态中从元素中形成一个摩尔。 与标准的形成焓相似, ΔGf° 在标准状态条件下元素物质的定义为零。 反应

Eq2

室温下的标准自由能变化可能是 计算为

Eq3

如上所述,可以使用自由形成能量来计算自由能变化的反应,因为 ΔG 是一种状态函数,而这种方法与在计算焓变化时使用赫斯’定律类似。 以汽化 of Water 为例:

Eq4

通过添加水的两个相的形成反应 (必须反转液体相的反应) ,可以得出表示此过程的方程。 总和反应的自由能变化是两个新增反应的自由能变化总和:

Eq5

如果非自发反应通过将其与自发反应相结合而得以实现,也可以使用这种方法。 例如,硫化锌元素锌的生产对热动力学不利, ΔG°1 的正值表示

Eq6

用于从硫酸盐矿石中生产锌的工业过程包括将这种分解反应与热动力学良好的硫氧化结合在一起:

Eq7

耦合反应呈现负自由能变化,且自发:

Eq8

此过程通常在高温下执行,因此使用标准自由能值获得的结果只是一个估计值。 但是,计算的要点是正确的。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第 16.4 章:自由能

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