当前课程知识点：大学化学 > 第七章 化学反应的方向 > 7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据 > Video
同学们好
这一节我们仍然继续
吉布斯自由能判据的学习
在前面几节当中
我们跟大家构建了
吉布斯函数的
它的表达式
也跟大家讨论了
标准摩尔
吉布斯自由能的计算
以及它与我们的
标准反应吉布斯自由能
还有标准生成
吉布斯自由能之间的关系
那么这一节呢
我们在前述的
讨论过程当中
所建立的
数学关系的基础上
一起为大家分析
反应方向的自由能判据
也就是
用标准的吉布斯自由能
来作为我们
封闭系统当中的
自发方向或自发过程的
判断依据的
数学模型的建立
首先 我们来看一下
标准反应
吉布斯自由能的计算
对于这样一个
标准的反应方程来讲
这当中
通过反应进度的讨论
我们已经掌握了
系数ν的取值原则
对于反应物来讲
它所取的就是
各化学计量比系数的
相反数
而对于生成物来讲呢
所取的就是各物质的
化学计量比的
这样一个系数
对于这样一个反应
在一定的温度
和等压条件下
及标准反应的
吉布斯自由能
就等于该反应产物的
标准生成
吉布斯自由能的和
减去反应物的
标准生成
吉布斯自由能的和
听起来似乎有点拗口
但是
我们如果看这个
简洁的数学表达式的话
同学们就会
非常轻松地发现
它和我们前边
通过标准生成焓变
来计算标准
反应焓变的式子呢
是完全一致的
有细微差别的
就是这里的
我们的H统统要用
吉布斯自由能的G
来代表
这当中的
化学计量比系数的
所选取的规则
就帮我们把这样一个
简单的代数和当中的
加和关系呢
变成了相减的关系
原因是
我们的反应物的
系数的取值规则呢
要取其化学计量比数的
相反数
如果对于一个
多重反应来讲
一个总的反应
要分为几步来完成
这时候呢 总的反应的
它的吉布斯自由能变化
与分步反应的
吉布斯自由能变化之间
有相应的数学关系
而这个关系呢
又和我们在前述讨论
热化学方程当中的盖斯定律有相似之处
这时候我们会发现
总反应的
标准的反应吉布斯自由能
等于什么呢
等于几个分步反应的
标准反应
吉布斯自由能之和
如果
我们从一个具体的例子上
来看的话
我们不妨仍然以盖斯定律
当中所讨论的
C与O2反应的这样一个
分步反应
作为我们的参考反应
如果我们从
分步反应的细节上来看
对于刚才那样一个
总的反应呢
在298.15K和标准状态下
首先 C和O2反应
生成CO
对于这样一个反应来讲
它的标准摩尔
吉布斯自由能的变化
是-137.2kJ·mol-1
进一步的
CO
和充分的O2反应
又形成CO2
在相同的条件下
这时候呢
吉布斯自由能的变化
是-257.2kJ·mol-1
接下来
同学们就容易想象
由于这两步
是我们总反应的
分步反应
所以当这两步反应
进行加和的时候
反应式
是构成我们反应的
总的反应式
那么针对总的反应式
所形成的
标准摩尔反应
吉布斯自由能呢
就相当于我们前两步的
吉布斯自由能的加和
这样的关系
就帮我们理解清楚了
分步反应与总反应之间的
标准摩尔反应
吉布斯自由能之间的
数学关系
也为我们进一步地建立
标准摩尔吉布斯自由能判据呢
奠定了良好的数学基础
接下来
利用不同的方式
所推导出来的
我们吉布斯函数
或者吉布斯自由能呢
当它们用于描述
在等温、等压
可逆条件下的
孤立系统的自发过程时
我们不难发现
针对孤立系统当中
我们推导出来的
封闭系统的
自发过程发生的条件
与吉布斯自由能的
变化之间关系呢
我们可以看到
有这样一个关系
而这样一个关系
我们进一步把它延伸
变成了我们在
终态与始态之间的
吉布斯自由能的变化
也就是标准的
摩尔吉布斯自由能的变化
如果是小于0的
这时候
表明在这一状态下
体系当中所发生的过程
或者是化学反应呢
是一个自发过程
或者是一个自发的
化学反应
这就为我们判断
体系当中
化学反应的方向
或化学过程的进行的方向
提供了直接的理论依据
与此相反
如果标准的
摩尔的吉布斯自由能变化
是大于0的
那显然这样的过程
一定对应的
是非自发过程
而当标准摩尔吉布斯自由能
它的变化是等于0的
这时候是一种特殊的状态
也就是
系统处在一种平衡的状态
正向和逆向的反应
达到了平衡
这样的状态呢
也为我们判断
化学反应的过程
提供了重要的
实验和理论的依据
同样
我们还通过
封闭体系当中的
热力学内能的变化
推导了第二种方式的
吉布斯自由能的
数学表达方式
那么在第二种情况下
我们同样
通过我们的推演
发现在等温、等压条件下
如果一个过程
无论是在理论上或实际上
可被利用来做功
那么
这样的过程呢所表示的
就是自发的过程
所代表的反应呢
也就是自发反应
同样在这一条件下
如果我们的系统
必须要从环境当中
吸收功
才能使某一过程
或者是反应发生
那么显然
这样的过程呢
就是非自发过程
或者是反应
在这样的前提下
我们讨论了
等温、等压条件下
封闭系统所对外做的
有用功
来作为吉布斯自由能
变化的量度
同样我们不难发现
如果我们的封闭系统
在等温、等压条件下
能够对外做功
或者具有对外做功的
潜在的可能
这时候有用功的数值呢
就会是小于0的
那么这样一个过程
显然就是自发过程
对应的化学反应呢
就是自发反应
与此相反
当我们体系当中
不具有对外做有用功的
这样的潜在的可能
那么这时候呢
体系的变化
就需要借助
环境给予的做功的条件
那么显然
对应的过程和反应呢
就是非自发的过程
或非自发反应
那么当我们体系的
等温、等压条件下的
标准的吉布斯自由能的变化
等于0的时候
这时候表明
体系进入了平衡状态
也就是正向反应的速率
和逆向反应的速率
达到了一致
了解了这三种不同的
判断自发和非自发过程
以及平衡状态的
自由能判据
为我们后续研究
反应体系的
自发与非自发过程
之间的相互关系
奠定了坚实的物理基础
同时通过前边的数学计算呢
同学们也掌握了
怎么样通过
标准摩尔的
生成吉布斯自由能
来计算反应的
标准摩尔的
反应吉布斯自由能
而这样的计算结果呢
就为我们提供这样的判据呢
奠定了数学基础
把两个基础
很好地结合起来呢
同学们就能牢固地掌握
我们的吉布斯函数
作为自发反应过程的
判据的
这样一个学习的要点
但是这里
要提醒大家注意的是
我们无论是
第一种情况下
推导的吉布斯自由能的判据
还是第二种情况下
推导的吉布斯自由能的判据
到目前为止
都是针对标准状态下的
吉布斯自由能的判据而言的
而同学们所知道的
在大多数的反应过程当中
我们针对的
反应环境和反应条件呢
并非是我们热力学上的
标准状态
那么在那样的状态下
我们在标准状态下推出来的
吉布斯自由能的判据
是否还能实用呢
有关这个问题的答案
我们在下一节
再跟大家
进行详细的讨论
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
--Video
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
--Video
-4.1 离子键理论—离子键价键构型
--Video
-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
--Video
-4.2 共价键理论—现代价键理论
--Video
-4.2 共价键理论—共价键的性质
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
--Video
-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
--Video
-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
--Video
-4.6 分子间作用力-分子的极性
--Video
-4.6 分子间作用力-分子间作用力
--Video
-4.7 氢键
--Video
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
--Video
-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
--Video
-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
