第3章 吉布斯自由能变化[1]

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1、冶金物理化学第三章吉布斯自由能变化PhysicalChemistryofMetallurgy冶金过程中，当几种物质在一起时，a.能否发生反应？b.反应速率多大？c.会发生怎样的能量变化？d.到什么程度时反应达到平衡？e.反应机理如何？a,c,d属于冶金热力学问题，b,e属于冶金动力学问题。冶金热力学及动力学3.1前言1.1冶金热力学需要回答的问题计算给定条件下反应的吉布斯自由能变化G；根据G为正值或负值判断给定条件下反应能否自发地向预期方向进行。计算给定条件下反应的平衡常数KP，确定反应进行的限度。分析影响反应标准吉布斯

2、自由能变化值G和平衡常数KP的因素，促使反应向有利方向进行、提高反应率。3.1前言例1钛冶金中为从钛原料制得金属钛，首先要将原料中的TiO2转化为TiCl4，试根据热力学分析提出可能的方案。【解】（1）方案一：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(s)+O2(g)（反应1）G=199024–51.88TJ·mol–1373K时：G=+179672J·mol–1，KP=6.76×10–261273K时：G=+132980J·mol–1，KP=3.46×10–6∴在工程上易达到的温度范围内，不可能按方案

3、一将TiO2转化为TiCl4。3.1前言例1钛冶金中为从钛原料制得金属钛，首先要将原料中的TiO2转化为TiCl4，试根据热力学分析提出可能的方案。（2）方案二：TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+CO2(g)(或CO)G=–194815–53.30TJ·mol–1（式6-3）373K时：G=–214696J·mol–1，KP=1.1×10301273K时：G=–262666J·mol–1，KP=6.0×1010∴在工程上易达到的温度范围内，按照方案二可将TiO2转化为TiCl4。3.1

4、前言1.基本概念（1）过程与途径3.2化学反应等温方程式在外界条件改变时，体系的状态就会发生变化，这种变化称为过程，变化前称始态，变化达到的状态称终态。实现过程的方式称为途径。状态函数的特点：只取决于体系的状态，与达到此状态的途径无关，p、V、T等都是状态函数，U、H、S、G也是状态函数。3.2化学反应等温方程式（2）等温方程式1.基本概念在等温等压下，体系变化的自发性和限度的判据：△G>0逆反应方向自发△G=0反应平衡△G<0正反应方向自发2.△G与△Gθ的区别（1）含义3.2化学反应等温方程式标态确定，则△Gθ确定。影响△

5、G的因素：T、状态2.△G与△Gθ的区别（2）应用3.2化学反应等温方程式反应的方向根据△G值判定。当△Gθ的绝对值很大时，可直接用其判断反应方向。

6、△Gθ

7、≥40kJ/mol(常温)对高温反应，不适用。2.△G与△Gθ的区别（2）应用3.2化学反应等温方程式例1：用H2还原CrCl2制备金属Cr的化学反应。CrCl2(s)+H2=Cr(s)+2HCl(g)由热力学数据得:若T=298K2.△G与△Gθ的区别（2）应用3.2化学反应等温方程式例1：用H2还原CrCl2制备金属Cr的化学反应。CrCl2(s)+H2=Cr(s)+

8、2HCl(g)若T=1073K2.△G与△Gθ的区别（2）应用3.2化学反应等温方程式例2：碳氧反应：T=1000K:比较反应限度的实质：K△Gθ＝－RTlnK与反应吸热、放热有关。T=500K:2.△G与△Gθ的区别（2）应用3.2化学反应等温方程式反应的方向根据△G值判定。当△Gθ的绝对值很大时，可直接用其判断反应方向。

9、△Gθ

10、≥40kJ/mol(常温)对高温反应，不适用。只能用于比较等温下同一化学反应进行的程度。2.△G与△Gθ的区别（2）应用3.2化学反应等温方程式例3：炼钢过程中，钢液中[Mn]与渣中（SiO2）可

11、能有如下反应：2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+2(MnO)依有关热力学数据:说明在标态下，上述反应不能正向进行，要使反应正向进行，调整Ja。2.△G与△Gθ的区别（2）应用3.2化学反应等温方程式例3：反应：2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+2(MnO)产品质量要求:造酸性渣反应正向进行2.△G与△Gθ的区别（2）应用3.2化学反应等温方程式例3：反应：2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+2(MnO)酸性渣:2.△G与△Gθ的区别（2）应用3.2化学反应等温方程式例3：反应：2[Mn]%+(SiO2)=[Si

12、]%+2(MnO)碱性渣:其它:耐火材料。1.积分法（1）不定积分法3.3△Gθ的计算Gibbs-Helmholtzequation：不定积分：1.积分法（1）不定积分法3.3△Gθ的计算因为：由热力学数据手册：1.积分法（2）定积分法3.3△Gθ的计算Kirchhoff`s