化学反应的吉布斯自由能变化汇编

引言1. 化学反应是物质转化过程中发生的化学变化，有机物质在外界条件(如温度、压力、浓度等)的影响下，发生物质转化的过程称之为化学反应。

2. 吉布斯自由能是描述系统自由度和可逆变化能力的一个重要物理量，其计算可以帮助我们了解化学反应的方向性和可能性。

3. 本文将介绍化学反应吉布斯自由能的计算方法，并给出一个具体例题进行说明，希望能帮助读者更好地理解吉布斯自由能在化学反应中的应用。

化学反应吉布斯自由能计算方法4. 化学反应的吉布斯自由能变化ΔG可以通过以下公式计算：ΔG = ΔH - TΔS其中ΔH为反应焓变，T为温度，ΔS为反应熵变。

5. 反应焓变ΔH可以由反应前后物质的热值进行计算，通常使用热量计或卡计法进行测定。

6. 反应熵变ΔS可以通过反应前后物质的熵变之差来计算，熵变的计算需要考虑物质的微观状态和数学模型。

7. 温度T的选择需根据具体情况进行考虑，通常使用开氏温标单位开尔文(K)进行计算。

8. 某一化学反应的ΔH为-286 kJ/mol，ΔS为-100 J/(mol·K)，温度为298 K，求该反应在此条件下的ΔG值。

9. 首先根据ΔG = ΔH - TΔS的公式，代入所得数据进行计算：ΔG = -286 kJ/mol - 298 K * (-100 J/(mol·K))ΔG = -286 kJ/mol + 29800 J/molΔG = -286 kJ/mol + 29.8 kJ/molΔG = -256.2 kJ/mol10. 该化学反应在298 K温度下的ΔG值为-256.2 kJ/mol。

结论11. 通过以上例题的计算，我们可以得出化学反应吉布斯自由能的具体数值，并据此来判断化学反应的方向性和稳定性。

12. 吉布斯自由能的计算需要考虑反应前后的能量状况以及温度的影响，对于理解化学反应的过程和性质具有重要意义。

13. 希望本文的介绍和例题分析能帮助读者更好地掌握化学反应吉布斯自由能的计算方法和应用，进一步深化对化学反应的理解。

标准吉布斯自由能变吉布斯自由能变（Gibbs free energy change）是热力学中一个重要的概念，它描述了在恒温恒压条件下系统发生化学反应时的自由能变化。

自由能是描述系统能量转化和可用能量的指标，而吉布斯自由能变则是描述了系统在化学反应中的可用能量变化情况。

在化学工程、生物化学、环境科学等领域，吉布斯自由能变的概念都有着重要的应用价值。

吉布斯自由能变的计算公式为ΔG=ΔH-TΔS，其中ΔG表示吉布斯自由能变，ΔH表示焓变，T表示温度，ΔS表示熵变。

通过这个公式，我们可以了解系统在化学反应中的自由能变化情况。

当ΔG小于0时，化学反应是自发进行的；当ΔG等于0时，系统处于平衡状态；当ΔG大于0时，化学反应是不自发进行的。

在实际应用中，我们可以利用吉布斯自由能变来预测化学反应的进行方向以及反应的平衡位置。

通过对反应物和产物的热力学性质进行分析，我们可以计算出吉布斯自由能变的大小，从而判断反应的进行方向。

这对于化学工程领域的反应设计和优化具有重要意义。

此外，吉布斯自由能变还可以帮助我们理解生物体内的代谢过程。

生物体内的化学反应同样受到吉布斯自由能变的影响，通过对代谢途径中各个反应的吉布斯自由能变进行分析，我们可以了解生物体内能量转化的方式以及代谢途径的调控机制。

这对于生物化学领域的研究具有重要意义。

在环境科学领域，吉布斯自由能变也被广泛应用于描述环境中的化学反应和平衡。

例如在水体中溶解气体的过程中，可以利用吉布斯自由能变来预测气体的溶解度，从而帮助我们理解水体中的气体平衡以及环境中的气体交换过程。

总之，吉布斯自由能变是热力学中一个重要的概念，它在化学工程、生物化学、环境科学等领域都有着重要的应用价值。

通过对吉布斯自由能变的理解和应用，我们可以更好地理解化学反应和能量转化的规律，为相关领域的研究和应用提供重要的理论支持。

在附录I中列出了298K时常见物质的D f G mө数据。

3标准摩尔吉布斯自由能变()的计算和反应方向的判断标准态时，吉布斯公式(2.1.2)变为：＝- T(2.1.3)显然，等温、等压下反应在标准态时自发反应判据是：< 0除可根据式(2.1.3)求算外，还可由标准摩尔生成吉布斯自由能求算。

在标准态下，由最稳定的纯态单质生成单位物质的量的某物质时的吉布斯自由能变称为该物质的标准摩尔生成吉布斯自由能(以表示)。

根据此定义，不难理解，任何最稳定的纯态单质(如石墨、银、铜、氢气等)在任何温度下的标准摩尔生成吉布斯自由能均为零。

反应的吉布斯自由能变()与反应焓变()、熵变()的计算原则相同，即与反应的始态和终态有关,与反应的具体途径无关。

在标准态下，反应的标准摩尔吉布斯自由能变()可按下式计算：＝Σνi(生成物) + Σνi(反应物)(2.1.4)这里需要指出，由于温度对焓变和熵变的影响较小，通常可认为(T) ≈(298.15K)、(T) ≈ (298.15K) 这样任一温度T时的标准摩尔吉布斯自由能变可按下式作近似计算：(T) ＝(T) - T(T) ≈ (298.15K) - T(298.15K)(2.1.5) 4非标准态摩尔吉布斯自由能变(Δr G m)的计算和反应方向的判断在实际中的很多化学反应常常是在非标准态下进行的。

在等温等压及非标准态下，对任一反应来说：c C +d D ─→ y Y + z Z根据热力学推导，反应摩尔吉布斯自由能变有如下关系式：Δr G m = + RT ln J(2.1.6)此式称为化学反应等温方程式，式中J为反应商。

对于气体反应：对于水溶液中的(离子)反应：由于固态或液态处于标准态与否对反应的Δr G m影响较小，故它们在反应商(J)式中不出现。

例如反应：MnO2(s) + 4H+(aq) + 2Cl-(aq) ─→ Mn2+(aq) + Cl2(g) + 2H2O (l)非标态时：Δr G m = + RT ln J其中：。

第四章 化学平衡4.1 化学平衡的条件和反应的亲和势1.化学反应体系: 封闭的单相体系，不作非膨胀功，发生了一个化学反应，设为：D E F G d e f g ++⋅⋅⋅→++⋅⋅⋅各物质的变化量必须满足 B B0B ν=∑根据反应进度的定义，可以得到： B B d d n ξν=B B d d n νξ=2. 热力学基本方程B B B d d d d G S T V p n μ=-++∑等温、等压条件下，,B B B B B Bd d d T p G n μνμξ==∑∑（） B B (d d )n νξ= ,B B B() T p G νμξ∂=∂∑ (a) 当 1 mol ξ=时：r m ,B B BT p G νμ∆=∑（） (b)这两个公式适用条件：（1） 等温、等压、不作非膨胀功的一个化学反应；（2） 反应过程中，各物质的化学势保持不变。

公式（a ）表示有限体系中发生微小的变化；公式(b)表示在大量的体系中发生了反应进度等于1 mol 的变化。

这时各物质的浓度基本不变，化学势也保持不变。

3. 化学反应的方向与限度 用,B r m ,B() , ()T p B T p G G νμξ∂∆∂∑ 或 判断都是等效的。

r m ,()0T p G ∆< 反应自发地向右进行r m ,()0T p G ∆> 反应自发地向左进行，不可能自发向右进行r m ,()0T p G ∆= 反应达到平衡 用,()T p G ξ∂∂判断，这相当于~G ξ图上曲线的斜率，因为是微小变化，反应进度处于0~1 mol 之间。

,()0T p G ξ∂<∂ 反应自发向右进行，趋向平衡 ,()0T p G ξ∂>∂ 反应自发向左进行，趋向平衡 ,()0T p G ξ∂=∂ 反应达到平衡4. 为什么化学反应通常不能进行到底？严格讲，反应物与产物处于同一体系的反应都是可逆的，不能进行到底。

只有逆反应与正反应相比小到可以忽略不计的反应，可以粗略地认为可以进行到底。

可逆反应吉布斯自由能
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目录
1.可逆反应的定义与特点
2.吉布斯自由能的概念与计算
3.吉布斯自由能与化学反应的方向性
4.吉布斯自由能的应用
正文
1.可逆反应的定义与特点
可逆反应是指在同一条件下，既能向正向反应方向进行，也能向逆向反应方向进行的化学反应。

这种反应在达到平衡状态时，正向反应和逆向反应的速率相等。

可逆反应的特点是反应物和生成物的浓度在反应过程中发生变化，最终达到一个动态平衡状态。

2.吉布斯自由能的概念与计算
吉布斯自由能（Gibbs free energy，简称 G）是表示化学反应在恒定温度和压力下，从起始状态到终了状态的自由能变化。

它反映了化学反应在一定条件下的方向性和自发性。

吉布斯自由能的计算公式为：G = H - TS，其中 H 为焓变，T 为温度（单位为开尔文 K），S 为熵变。

3.吉布斯自由能与化学反应的方向性
吉布斯自由能可以用来判断化学反应的方向性。

当吉布斯自由能为负值时，表示反应是自发进行的，即反应物向生成物转化的趋势较大；当吉布斯自由能为正值时，表示反应是非自发进行的，即反应物向生成物转化的趋势较小。

当吉布斯自由能为零时，表示反应达到平衡状态，正向反应和逆向反应的速率相等。

4.吉布斯自由能的应用
吉布斯自由能在化学热力学中具有重要意义，它可以用于预测化学反应的方向性和自发性，为化学反应工程提供理论依据。

此外，吉布斯自由能还可以用于研究物质的稳定性、相平衡和表面现象等问题。

标准吉布斯自由能变吉布斯自由能变（Gibbs free energy change）是化学反应进行的驱动力，也是反应是否自发进行的重要指标。

标准吉布斯自由能变是指在标准状态下，物质在化学反应中的吉布斯自由能的变化。

它是判断反应是否自发进行的重要指标，也是评价化学反应是否可逆的重要参量。

标准吉布斯自由能变的计算公式为：ΔG° = ΔH° TΔS°。

其中，ΔG°表示标准吉布斯自由能变，ΔH°表示标准焓变，ΔS°表示标准熵变，T表示温度（单位为开尔文）。

对于化学反应来说，当ΔG°小于0时，反应是自发进行的；当ΔG°等于0时，反应处于平衡状态；当ΔG°大于0时，反应是不自发进行的。

标准吉布斯自由能变的大小取决于反应的焓变和熵变。

焓变是指反应前后系统的热能变化，而熵变则是指反应前后系统的混乱程度变化。

在计算标准吉布斯自由能变时，需要考虑反应物和生成物的物质状态（固体、液体、气体）以及温度对焓变和熵变的影响。

标准吉布斯自由能变的正负值可以直观地反映出反应的方向和性质。

当ΔG°小于0时，反应是放热的，是自发进行的；当ΔG°大于0时，反应是吸热的，是不自发进行的。

因此，标准吉布斯自由能变的正负值是判断反应性质的重要依据。

在实际的化学反应中，标准吉布斯自由能变的计算和预测对于工业生产和实验室研究具有重要意义。

通过对反应物和生成物的物质状态、温度等因素进行分析和计算，可以预测出反应的方向和性质，为化学工程的设计和实验条件的确定提供重要参考。

总之，标准吉布斯自由能变是化学反应进行的驱动力，对于判断反应是否自发进行具有重要意义。

通过对标准吉布斯自由能变的计算和分析，可以更好地理解和预测化学反应的性质，为化学工程和实验研究提供重要参考。

2. 化学反应的热效应、方向及限度2.3.5 化学反应的标准摩尔吉布斯自由能变的计算(Calculation of Standard Molar Gibbs Free Energy Change of Chemical Reaction)标准摩尔生成自由能(standard molar free energy of formation)：在标准条件下，温度为T K时，由稳定单质生成1 mol纯物质时的吉布斯自由能变，用Δr G m㊀(T)表示。

温度为298.15 K时，T可略去。

化学反应的标准摩尔自由能变等于同温度下反应前后各物质的标准摩尔生成自由能与其化学计量数的乘积之和。

)B (m f B m r G G ∑∆=∆ν㊀㊀Δr G m㊀= Δr H m㊀– T ·Δr S m㊀该式计算得到的均为T = 298.15 K时的Δr G m㊀(298.15 K)；对其它温度，由于Δr H m㊀、Δr S m㊀随T变化较小，可近似计算Δr G m㊀(T) = Δr H m㊀(T)– T ·Δr S m㊀(T) ≈ Δr H m㊀(298.15 K)-T·Δr S m㊀(298.15 K)例：(1)298.15K，标准压强下，CaCO3能否分解CaO和CO2？(2)1123K，标准压强下呢？解：(1) CaCO3(s) →CaO(s) +CO2(g)Δf G m㊀/(kJ·mol-1)-1128.79 -604.04 -394.359Δf H m㊀/(kJ·mol-1) 1206.92 -635.09 -393.51S m㊀/(J·mol-1·K-1)92.9 39.75 213.74Δr G m㊀=(-604.04-394.359)-(-1128.79) =130.39 (kJ·mol-1)Δr H m㊀= (-635.09-393.51)-(-1206.92) = 178.32 (kJ·mol-1) Δr S m㊀= (39.75+213.74)-92.9 = 160.6 (J·mol-1·K-1)Δr G m㊀= Δr H mθ– T ·Δr S mθ =178.32–298.15⨯160.6⨯10-3 =130.44 (kJ·mol-1)Δr G m㊀>0，故CaCO3标准压强下不能分解。

化学反应是否自发进行，主要取决于该反应的吉布斯自由能（Gibbs free energy，符号为ΔG）的变化。

一个化学反应若要自发进行，其吉布斯自由能必须是负值（ΔG < 0）。

吉布斯自由能的变化可以通过以下方程式计算：
ΔG = ΔH - TΔS
其中：
- ΔG 是吉布斯自由能变化
- ΔH 是系统的焓变（热量变化）
- T 是绝对温度（开尔文温度）
- ΔS 是系统的熵变（无序度或随机性的变化）
一个反应自发进行的条件可以归纳如下：
1. 熵增加（ΔS > 0）：如果反应产生了更多的分子或增加了系统的无序度，熵变将是正值，有利于反应的自发进行。

2. 吸热反应（ΔH > 0）：在高温下，吸热的化学反应可以自发进行，因为温度项T（绝对温度的数值总是正的）会使ΔG的值减小，从而可能使ΔG变为负值。

3. 放热反应（ΔH < 0）：在低温下，放热的化学反应可以自发进行，因为放热反应的ΔH已经是负值，低温不会显著地使ΔG变为正值。

4. 反应物的浓度：反应物浓度的增加也可能导致自发反应的发生。

需要注意的是，即使一个反应的ΔG是负值，反应速率也可能是非常慢的，这意味着实际观察到反应产物形成可能需要很长时间。

此外，有些反应虽然ΔG是正值，但在特定条件下也可以发生，例如在催化剂的存在下或通过输入外部能量（如光照或电化学反应）。

总的来说，自发反应的条件涉及焓、熵以及温度的综合考量，只有当这些因素共同作用使得ΔG < 0时，化学反应才会自发进行。

2. 化学反应的热效应、方向及限度 1876年，美国科学家J. W. Gibbs提出一个把焓和熵归并在一起的热力学函数，称为Gibbs自由能(曾称为自由焓)，用符号G表示，其定义为G≡H-TSJosiah Willard Gibbs1839-1903, 美国物理学家吉布斯 ─ 赫姆霍兹方程式(Gibbs-Helmholtz equation)：在等温、等压条件下 Δr G m＝ Δr H m - T·Δr S mHermann von Helmholtz, 1821～1894, 德国物理学家、生理学家Gibbs提出，在等温等压的封闭系统内，不做非体积功的前提下，Δr G m可作为热化学反应自发过程的判据。

最小自由能原理：在等温等压条件下，任何自发反应总是向吉布斯自由能G减小的方向进行，当Δr G m=0时，反应达平衡，系统的G降低到最小值。

恒压条件下Δr H m，Δr S m及T对Δr G m及反应自发性的影响Δr H m 符号Δr S m符号Δr G m符号反应情况举例-+-任何温度下均自发2O3(g) → 3O2(g)+-+任何温度下均非自发CO(g) → C(石墨) + O2(g)++低温+高温-低温下非自发高温下自发CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)--低温-高温+低温下自发高温下非自发HCl(g) + NH3(g) → NH4Cl(s)21Δr G m＝ Δr H m - T·Δr S m思考题某熵增的吸热反应，它的变化方向为( )。

(A) 高温非自发，低温自发。

(B) 高温自发，低温非自发。

(C) 任何温度均自发。

(D) 任何温度均非自发。

甲醇氧化生成甲醛的反应可以表示为：
2CH3OH + O2 →2HCHO + 2H2O
根据化学反应热力学的原理，可以使用吉布斯自由能来描述反应的自发性。

吉布斯自由能变化ΔG可以表示为：
ΔG = ΔH - TΔS
其中ΔH表示反应的焓变，ΔS表示反应的熵变，T表示温度。

在常温常压下，甲醇氧化生成甲醛的反应是放热反应，即ΔH为负。

反应生成的甲醛分子比反应物分子更加稳定，因此ΔS为正。

根据ΔG的定义，当ΔG为负时，反应是自发的，即甲醇会自发地氧化生成甲醛。

根据文献报道，甲醇氧化生成甲醛的反应吉布斯自由能变化ΔG约为-77 kJ/mol。

因此，该反应在常温常压下是自发的。