關于吉布斯（Gibbs）函數在無機化學教學中串聯作用的探討

1、關于吉布斯Gibbs函數在無機化學教學中串聯作用的討論關于吉布斯Gibbs函數在無機化學教學中串聯作用的討論1引言無機化學是四大根底化學之一，是化學及相關專業(yè)入門必修根底課程。內容包含氣體、熱化學、化學動力學基儲化學平衡含溶液四大平衡、電化學、物質構造和元素化學，相比中學化學知識，大學無機化學最大的不同是引入了熱化學知識，如何將熱化學知識與其他知識點聯絡起來成為教學中的一個難點，本文以熱力本文由論文聯盟.Ll.搜集整理學中吉布斯Gibbs函數為橋梁，將熱力學與化學平衡及電化學知識點串聯起來，形成一個系統(tǒng)的學習體系，促進無機化學知識點的交融。2吉布斯Gibbs函數的根本概念吉布斯函數G又被稱為G

2、ibbs自由能，由著名美國理論物理學家J.Gibbs18391903最先提出，其定義式如下1：GHTSH，T，S都是狀態(tài)函數，G也是狀態(tài)函數，并且與H有一樣的量綱。定義式中H在熱力學里面稱為焓，H為焓變。在熱化學中H=QP，說明：在定壓和不做非體積功的過程中，封閉體系從環(huán)境所吸收的熱等于體系焓的增加。H0表示體系放熱，是體系自發(fā)動力之一。T是熱力學溫度單位為K，T=t+273.15。S表示熵，是用來描繪體系內部的混亂度。體系變化過程中，混亂程度增加S0是自發(fā)趨向。體系的自由能變G=H-TS綜合H和S這兩個自發(fā)動力，熱力學第二定律認為等溫、定壓且體系不做非體積功條件下：G0，正向過程自發(fā)進展；G

3、0，正向過程不可能自發(fā)，逆向過程自發(fā)進展；G=0，體系處于平衡狀態(tài)。在定溫定壓下的可逆過程中，自由能變G等于體系所做最大非體積功：G=ax熱化學重點研究化學反響過程的熱力學函數的變化，下面我們利用化學反響過程中的標準摩爾吉布斯函數變rGT串聯化學平衡和電化學的各知識點。3rGT的十字關系圖2-63.1吉布斯亥姆霍茲GibbsHelhtz公式式為吉布斯亥姆霍茲GibbsHelhtz公式，是熱化學計算rGT最經典的方法。由公式可知rGT受溫度T影響很明顯，相對來說，不少化學反響的rHT和rST隨溫度變化的改變值卻很校在無機化學中一般不考慮溫度對rHT和rST的影響。因此利用公式吉布斯亥姆霍茲Gib

4、bsHelhtz公式可以計算不同溫度下的rGT，進一步判斷標準狀態(tài)下不同溫度時反響自發(fā)進展的方向。3.2化學等溫方程式式為化學等溫方程式，rGT是非標準狀態(tài)下的吉布斯自由能變，Q為化學反響的反響商。利用此公式可以計算非標準狀態(tài)下化學反響的吉布斯自由能變，從而可判斷非標準狀態(tài)下反響自發(fā)進展的方向。3.3rGT與化學平衡的關系式是通過式化學等溫方程式推導而來：rGT=rGT+RTInQ當反響到達平衡時：rGT=0，Q=K，rGT=-RTInKT式將熱化學與化學平衡很好的串聯了起來，將這兩個知識點連成了線。3.4rGT與電化學的關系在電化學中，可逆電池在定溫定壓所做的最大電功為：ax=-nF假設反響

5、進度為1l，rG=ax=-nF在標準狀態(tài)下時：rGT=-nF此式將熱化學與電化學串聯起來，進而將熱化學、平衡常數和電動勢知識點連成了線。3.5rGT的串聯作用通過rGT的十字關系圖，以rGT為橋梁，可以進一步推導出其他重要的公式。3.5.1范霍夫van，tHff方程式。將十字關系圖中的式和式結合起來，可得到：-RTlnKT=rHT-TrSTlnKT=-+此式是熱化學中非常重要的關系式之一，稱為范霍夫van，tHff方程式。此式表示了溫度對化學平衡的影響，嚴格地說，rHT和rST與溫度有關，但是在溫度變化范圍不大，物質本身又無相變發(fā)生的情況下，可以近視地將rHT和rST看作與溫度無關，認為：rH

6、TrH298K，rSTrS298K。那么當溫度分別為T1、T2時如下。T1時，lnKT1=-+T2時，lnKT2=-+兩式相減，得ln=假設反響是液體氣化的過程：H21=H2g反響的標準平衡常數K=pH2/P，即等于平衡時氣體的相對蒸氣壓力。將范霍夫van，tHff方程式應用于液體的氣化過程，得：ln=此式稱為克拉貝龍克勞修斯lapeyrn-lausii方程式，式中vapH為液體的標準摩爾汽化焓。此式表示2個不同熱力學溫度與相應2個蒸氣壓力間的關系，也可用來表示2個不同壓力下的相應沸騰溫度間的關系7。3.5.2能斯特Nernst方程。通過十字關系圖中、兩式可得：rGT=-nF，rGT=-nFrGT=rGT+RTlnQ-nF=-nF+RTlnQ=-lnQ此式最先由德國化學家.Nernst提出來，叫做Nernst方程，是電化學中的根本方程。上式是電池反響的Nernst方程，電極反響的Nernst方程如下：=-ln3.5.3與K的關系。利用十字關系圖中式和式，可得：-RTlnKT=rGT=-nFlnKT=由上述關系可以看出電動勢或電極電勢的測定是熱力學信息的重要來源之一，可以通過、等的測定或計算得到rGT、rGT和K。很顯然，由熱力學數據也可以計算、和。4結語無機化學知識點多，把各個知識點串聯起來，形成一個互相關聯的知識體系，能使學生更好