1-冶金热力学基础

Hebei United University School of Metallurgy and Energy

1冶金热力学基础

Hebei Polytechnic University

内容大纲 G 1.1 化学反应的 r m 和 K

1.2 溶液的热力学性质1.3 溶液的热力学关系式 1.4 活度的测定及计算方法 1.5 sol GB 和溶液中化学反应的标准吉布斯自由能

1.1 化学反应的 r Gm 和 K热力学研究的内容和目的

冶金热力学主要研究冶金反应在一定 条件下进行的可能性、方向及限度，研究 目的是控制或创造一定的条件，使冶金反 应达到人们所要求的方向及其进行的程度， 达到最大产率。

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

G物理化学意义- G为反应正向进行的驱动力 G <0:反应正向进行 G >0:反应逆向进行

G=0:反应达到平衡

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

如何求解 G

rGm rGm RT lnJ r Gm=f(T),是非常重要的热力学参数。 式中： r Gm全称“标准摩尔吉布斯自有能”,一般来说给出的标准吉布斯自有能都是以1mol 为单位的，因此， r Gm 又称为标准吉布斯自 有能。

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

1.1.1 理想气体B(g)的Gm,B

G——吉布斯自由能物理化学中，吉布斯自由能是状态函数， 是体系的一种性质。吉布斯自由能的变化，可 以作为恒温、恒压过程自发与平衡的判据。

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

1.1.1 理想气体B(g)的Gm,B

Gm, B

pB Gm, B RT ln p

式中： Gm, B 为标准吉布斯自有能；pB为理想气 体B的分压，量纲为Pa;Pθ=105Pa。

当 pB

量纲为Pθ时：G

m, B

Gm,B RT ln pB

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

1.1.1 理想气体B(g)的Gm,B

Gm, B

pB Gm, B RT ln p

体系真空时，当pB<Pθ时，RTlnpB/pθ为负； 体系高压时，当pB>Pθ时，RTlnpB/pθ为正； 当pB=Pθ时，RTlnpB/pθ为零， Gm,B Gm,B 。

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

1.1.1 理想气体B(g)的Gm,B

Gm, B

该式使用范围：适用于理想气体

pB Gm, B RT ln p

理想气体：符合理想气体状态方程pV=nRT 的气体(分子间无作用力) 现实的理想气体：常压(p<10×105Pa)

温度低(T→0K)

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

1.1.2 化学反应等温方程式

1.1.2.1 化学反应等温方程式对于气体B1、B2、B3· · · · · · 的化学反应： v1B1+ v2B2+ v3B3= v4B4+ v5B5+· · · +vjBj

则该化学反应的吉布斯自由能变化为： ' PB P B v BGB v BGB RT v B ln PB P 式中： v BGB r Gm 化学反应的吉布斯自由能

v B G B r Gm

化学反应的标准吉布斯自由能

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

1.1.2.1 化学反应等温方程式

v BGB v BGB

RT v B ln PB

r Gm r Gm RT lnPB

vB

rGm rGm RT lnJv 式中： J PB B 1 nB

vB 3 v Bn vB1 vB 2 PB P P P B2 B3 Bn 1n

vB J a B) J——压力商(气体)、活度商(液体 B 1

或混合商(气体和液体),取决于体系中的 参加反应的物质。

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

1.1.2.1 化学反应等温方程式 J——压力商、活度商、混合商 水煤气反应： CO2 H 2 H 2O( g) CO 压 力 商 压力商：J ( PH 2O / P )( PCO / P ) ( PCO2 / P ) ( PH 2 / P )

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

1.1.2.1 化学反应等温方程式 J——压力商、活度商、混合商 渣向铁液供氧反应： ( FeO) O Fe

活 度 aO a Fe 商 活度商： J a FeO

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

1.1.2.1 化学反应等温方程式 J——压力商、活度商、混合商 CO2脱碳反应： [C] CO2 2CO 2 ( P / P ) CO 混合商： J aC ( PCO2 / P )

混 合 商

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

1.1.2.1 化学反应等温方程式

rGm rGm RT lnJ如果知道反应物和产物的活度或压力， 即可计算J 值，如果在知道 ，就可以 G r m 求出该反应的 ，从而判断反应进行的 r Gm 方向。

1.1 化学反应的 r Gm 和 K

1.1.2.1 化学反应等温方程式 rGm rGm RT lnJ

rGm <0时反应正向进行；

rGm >0时反应逆向进行； rGm=0时反应达到平衡，此时J=Kθ r Gm RT ln K

已知 rGmθ可求Kθ;已知Kθ,可求 rGmθ。