补充讲义.ppt
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答：在1273K:
Ca > Mg > Al > Ti > Si > Mn > Cr > C > Zn > Fe > Cu
(4) 2 C + O2 = 2 CO 这条直线与众不同 (△S > 0,斜率为负）表明Ｔ↑→Ｃ的还原性↑ 两条直线的交点温度是Ｃ将另一氧化物还原的 最低温度。 (5) 直线转折点温度代表金属的沸点Ｔb
然而，什么叫做沸点呢？为此，应弄懂以下概念： ①水的饱和蒸气压（参见《书》P.3.表1.1） ②水的三相图（参见《书》P.5，图1.2） ③液体的正常沸点及沸点（《书》P.5.倒数两行） ④溶液的蒸气压下降和沸点升高及凝固点下降。 （《书》P.5.图1.3）
7.△Go-T图的应用
● 炼铁化学
（1）假设高炉炉缸温度为1800K，则根据△Go-T 图可得以下结论：
关于此图，应着重 掌握以下几点：
(1) △Go 与Ｔ呈直线关系 ( y = a + bx ) (2) 直线的斜率是－△So (3) △rGo 越负，亦即直线越低，则表示反应自发进行
的程度越大，该金属单质与氧结合力越强，金属的 还原性越强。位置在下部的单质可以将其上方的氧 化物还原，作为脱氧剂。
请讨论：在1273K(1000℃)时，脱氧能力次序如何？在 873K时又如何？
（焓）、U（内能）一样。熵的符号是S。 （2）熵的物理意义：混乱度的量度
①混乱度越大，则熵值（S）也越大 ②同一物质，由固态→液态→气态，其熵值依
次增大，即S↑ ③同一物质状态，温度增高，则S↑ ④单质与化合物比较，前者的S小，后者的S大
(3)熵的绝对值 在绝对温度为零度（即T=0K）时，理想晶体的 熵值为零，即S=0 J/K
限度 △h=0 △T=0 △p=0
…… …… …… ……
化学反应 反应物转变为废物 △G<0 △G=0
（2）自发过程的特点：单方向性、不可逆性 （3）一切自发过程都具有的两种倾向
①一切自发过程都趋于使系统的能量最低 ——“宇宙惰性”
②一切自发过程都趋于使系统的混乱度最大 ——“宇宙无序化”
2.熵与混乱度 （1）熵是系统的一个客观性质，如同T、V、p、H
故 △rHo = 2(- 635)= -1270 (kJ·mol-1) △rSo = 2(40) - (2×41.6+205.14) = -208.6(J·mol-1·k-1)
所以，
rG
o T
Ho
T So
△Go
1270 0.208T
作图得
T
6.一些氧化物的△Go-T图 （《书》Ｐ.144 图６-５）
①单质形式：Al、碱土金属、稀土金属 ②铁合金形式：Fe-Mn、Fe-Si、Ca-Si；Si-Mn-Fe，
Si-Al-Mn，Si-Ti-Fe，Ca-Si-Mn；Si-Mn-Al-Fe等 实际操作用复合脱氧剂为多。过去，Si-Ca有“特殊钢之 父”之称。现在，Si-Ba，Si-Al-Ba有取而代之的趋势。
间接还原约占70%~80% 直接还原约占20%~30%
● 铸钢锭强制脱氧（化学脱氧） （1）脱氧剂的选择应满足的条件是：
①对氧亲和力大,反应速度快 ②脱氧产物的熔点和密度低于钢液(铁水) ③残留脱氧剂对钢性能无害 ④价廉
(2)最常用脱氧剂:Mn、Si、Al，其脱氧能力Al>>Si >Mn (3)特殊脱氧剂：Ca、Mg以及稀土RE、Ce、La等 (4)脱氧剂形式：
开放系统：系统与环境之间，既有物质交 换，也有能量交换
封闭系统：系统与环境之间，没有物质交 换，但有能量交换
4.化学反应方向的判据
（1）在恒温恒压封闭系统中，化学反应向着G减小 的方向进行。此即自由能（吉布斯函数）减少原理： △G<0 化学反应可自发进行 △G=0 化学反应达到平衡 △G>0 逆方向的反应可自发进行
(4)熵的单位：J /（mol K） 各物质的SOm值可由课本末附表6查得
(5) S的计算
①平衡相变的熵变: S
H(相变) T(相变)
书P.87（4 12）
②化学反应的熵变: rS S(产物） S(反应物）书P.88（4 16）
3.熵增加原理 在孤立系统中熵总是增加的，即△S≥0
注：孤立系统：系统与环境之间，既无物质交 换，也无能量交换
(6) T对rGo的影响
G
o T
HoT
TSoT
或G
o T
H
o 298
TSo298
有四种情况（见《书》P.97，表4.7）（, 例4 21，4 22）
5.氧化钙的△Go-T图 已知反应： 查表△fHo/kJ·mol-1
Som / J mol 1 K 1
2Ca + O2 = 2CaO
0 0 -635 41.6 205.14 40
化学反应的一般规律 —— 化学热力学基础 ——
1.引子：自发过程的方向性 2.熵与混乱度 3.化学反应的判据 △G≤0 4.氧化物的△G—T图及其应用
1.自发过程的方向性 （1）自发过程举例
自发过程 过程的方向 水流 从高处往低处 热流 从高温向低温 气流 从高压向低压
判据 △h<0 △T<0 △p<0
和 2Fe + O2 = 2FeO 直线之间 ③它们均在 2C + O2 = 2CO 直线的下方，几乎
不被还原，只能进入渣中
(2) CO (g) 对矿石的还原称间接还原， C (S) 对矿石的还原称直接还原。
间接还原大多是放热反应，还原剂利用率高， 而直接还原都是吸热反应，对热补偿不利。 故高炉中更希望发生间接还原。一般讲，
（2）自由能（又称吉布斯函数）G的意义： G = H－T S
（3）
G
O T
HO
T
SO
（4）标准生成自由能△fGo 的定义： 由稳定单质生成1mol某物质时的△rGo ，称为
该物质的△fGo 。 各物质的△fGo 数值可由大学课本书末附表6
查得。
（5）化学反应的 r G o的计算 rGo f G（ o 产物） f G（ o 反应物）
①被还原为金属全进入铁水（Hale Waihona Puke Baidu属相）者有：
Cu2O、PbO、NiO、CoO、P2O5、SnO2、FeO ②被分配于渣~金属相者有：
Cr2O3、MnO、V2O3、SiO2、CaS ③全部进入渣相者有：Al2O3、MgO、CaO
应如何理解，这是为什么？
其解释是：
①它们均在 2Fe + O2 = 2FeO 直线之上 ②它们均在 2C + O2 = 2CO 直线
Ca > Mg > Al > Ti > Si > Mn > Cr > C > Zn > Fe > Cu
(4) 2 C + O2 = 2 CO 这条直线与众不同 (△S > 0,斜率为负）表明Ｔ↑→Ｃ的还原性↑ 两条直线的交点温度是Ｃ将另一氧化物还原的 最低温度。 (5) 直线转折点温度代表金属的沸点Ｔb
然而，什么叫做沸点呢？为此，应弄懂以下概念： ①水的饱和蒸气压（参见《书》P.3.表1.1） ②水的三相图（参见《书》P.5，图1.2） ③液体的正常沸点及沸点（《书》P.5.倒数两行） ④溶液的蒸气压下降和沸点升高及凝固点下降。 （《书》P.5.图1.3）
7.△Go-T图的应用
● 炼铁化学
（1）假设高炉炉缸温度为1800K，则根据△Go-T 图可得以下结论：
关于此图，应着重 掌握以下几点：
(1) △Go 与Ｔ呈直线关系 ( y = a + bx ) (2) 直线的斜率是－△So (3) △rGo 越负，亦即直线越低，则表示反应自发进行
的程度越大，该金属单质与氧结合力越强，金属的 还原性越强。位置在下部的单质可以将其上方的氧 化物还原，作为脱氧剂。
请讨论：在1273K(1000℃)时，脱氧能力次序如何？在 873K时又如何？
（焓）、U（内能）一样。熵的符号是S。 （2）熵的物理意义：混乱度的量度
①混乱度越大，则熵值（S）也越大 ②同一物质，由固态→液态→气态，其熵值依
次增大，即S↑ ③同一物质状态，温度增高，则S↑ ④单质与化合物比较，前者的S小，后者的S大
(3)熵的绝对值 在绝对温度为零度（即T=0K）时，理想晶体的 熵值为零，即S=0 J/K
限度 △h=0 △T=0 △p=0
…… …… …… ……
化学反应 反应物转变为废物 △G<0 △G=0
（2）自发过程的特点：单方向性、不可逆性 （3）一切自发过程都具有的两种倾向
①一切自发过程都趋于使系统的能量最低 ——“宇宙惰性”
②一切自发过程都趋于使系统的混乱度最大 ——“宇宙无序化”
2.熵与混乱度 （1）熵是系统的一个客观性质，如同T、V、p、H
故 △rHo = 2(- 635)= -1270 (kJ·mol-1) △rSo = 2(40) - (2×41.6+205.14) = -208.6(J·mol-1·k-1)
所以，
rG
o T
Ho
T So
△Go
1270 0.208T
作图得
T
6.一些氧化物的△Go-T图 （《书》Ｐ.144 图６-５）
①单质形式：Al、碱土金属、稀土金属 ②铁合金形式：Fe-Mn、Fe-Si、Ca-Si；Si-Mn-Fe，
Si-Al-Mn，Si-Ti-Fe，Ca-Si-Mn；Si-Mn-Al-Fe等 实际操作用复合脱氧剂为多。过去，Si-Ca有“特殊钢之 父”之称。现在，Si-Ba，Si-Al-Ba有取而代之的趋势。
间接还原约占70%~80% 直接还原约占20%~30%
● 铸钢锭强制脱氧（化学脱氧） （1）脱氧剂的选择应满足的条件是：
①对氧亲和力大,反应速度快 ②脱氧产物的熔点和密度低于钢液(铁水) ③残留脱氧剂对钢性能无害 ④价廉
(2)最常用脱氧剂:Mn、Si、Al，其脱氧能力Al>>Si >Mn (3)特殊脱氧剂：Ca、Mg以及稀土RE、Ce、La等 (4)脱氧剂形式：
开放系统：系统与环境之间，既有物质交 换，也有能量交换
封闭系统：系统与环境之间，没有物质交 换，但有能量交换
4.化学反应方向的判据
（1）在恒温恒压封闭系统中，化学反应向着G减小 的方向进行。此即自由能（吉布斯函数）减少原理： △G<0 化学反应可自发进行 △G=0 化学反应达到平衡 △G>0 逆方向的反应可自发进行
(4)熵的单位：J /（mol K） 各物质的SOm值可由课本末附表6查得
(5) S的计算
①平衡相变的熵变: S
H(相变) T(相变)
书P.87（4 12）
②化学反应的熵变: rS S(产物） S(反应物）书P.88（4 16）
3.熵增加原理 在孤立系统中熵总是增加的，即△S≥0
注：孤立系统：系统与环境之间，既无物质交 换，也无能量交换
(6) T对rGo的影响
G
o T
HoT
TSoT
或G
o T
H
o 298
TSo298
有四种情况（见《书》P.97，表4.7）（, 例4 21，4 22）
5.氧化钙的△Go-T图 已知反应： 查表△fHo/kJ·mol-1
Som / J mol 1 K 1
2Ca + O2 = 2CaO
0 0 -635 41.6 205.14 40
化学反应的一般规律 —— 化学热力学基础 ——
1.引子：自发过程的方向性 2.熵与混乱度 3.化学反应的判据 △G≤0 4.氧化物的△G—T图及其应用
1.自发过程的方向性 （1）自发过程举例
自发过程 过程的方向 水流 从高处往低处 热流 从高温向低温 气流 从高压向低压
判据 △h<0 △T<0 △p<0
和 2Fe + O2 = 2FeO 直线之间 ③它们均在 2C + O2 = 2CO 直线的下方，几乎
不被还原，只能进入渣中
(2) CO (g) 对矿石的还原称间接还原， C (S) 对矿石的还原称直接还原。
间接还原大多是放热反应，还原剂利用率高， 而直接还原都是吸热反应，对热补偿不利。 故高炉中更希望发生间接还原。一般讲，
（2）自由能（又称吉布斯函数）G的意义： G = H－T S
（3）
G
O T
HO
T
SO
（4）标准生成自由能△fGo 的定义： 由稳定单质生成1mol某物质时的△rGo ，称为
该物质的△fGo 。 各物质的△fGo 数值可由大学课本书末附表6
查得。
（5）化学反应的 r G o的计算 rGo f G（ o 产物） f G（ o 反应物）
①被还原为金属全进入铁水（Hale Waihona Puke Baidu属相）者有：
Cu2O、PbO、NiO、CoO、P2O5、SnO2、FeO ②被分配于渣~金属相者有：
Cr2O3、MnO、V2O3、SiO2、CaS ③全部进入渣相者有：Al2O3、MgO、CaO
应如何理解，这是为什么？
其解释是：
①它们均在 2Fe + O2 = 2FeO 直线之上 ②它们均在 2C + O2 = 2CO 直线