冶金物理化学

2.△G与△Gθ的区别
（2）应用
G G RT ln J a
1. 反应的方向根据△G值判定。 2. 当△Gθ的绝对值很大时，可直接用其判断反应方向。
| △Gθ|≥40 kJ/mol (常温) 对高温反应，不适用。 3. 只能用于比较等温下同一化学反应进行的程度。
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3.2 化学反应等温方程式
2.△G与△Gθ的区别
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。
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3.2 化学反应等温方程式
1.基本概念
（2）等温方程式
G G RT ln J a
J a
a
vi i
ai
Pi Pi
气体：Pi P
，纯i：1，id：x
∴在工程上易达到的温度范围内，
不可能按方案一将TiO2转化为TiCl4。
3
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 = –194815–53.30T J·mol–1
若 T=1073K
58835 kJ / mol
G
G
RT ln(
p2 HCl
/
pH2
p
)
(0.01)2 161455 R 1073 ln 0.99 105
125.95
kJ / mol
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3.2 化学反应等温方程式
2.△G与△Gθ的区别
（2）应用
例2：碳氧反应： 2C(s) O2 2CO(g) G 232600 167 .8(T / K ) J mol 1
Physical Chemistry of Metallurgy
冶金物理化学
第三章 吉布斯自由能变化
3.1 前言
冶金热力学及动力学
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。
行、提高反应率。
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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) G =199024–51.88T J·mol–1
（反应1）
373K时： G = +179672 J·mol–1，KP = 6.76×10–26 1273K时： G = +132980 J·mol–1，KP = 3.46×10–6
（式6-3）
373K时： G = –214696 J·mol–1，KP = 1.1×1030 1273K时： G = –262666 J·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。
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3.2 化学反应等温方程式
1.基本概念
（1）过程与途径 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。
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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
G
G
RT
ln(
p2 HCl
/
pH2
p
)
161455
R 298 ln
(0.01)2 0.99 105
110.13
kJ / mol
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3.2 化学反应等温方程式
2.△G与△Gθ的区别
（2）应用
CrCl2(s)+H2=Cr(s)+2HCl(g)
例1：用H2还原CrCl2制备金属Cr的化学反应。
G [200900 132 .4(T / K )] J / mol
，
i
稀溶液：xA，B (修正)
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
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3.2 化学反应等温方程式
2.△G与△Gθ的区别
（1）含义
G viui (产物)－ viui (反应物)
G viui (产物)－ viui (反应物)
标态确定，则△Gθ确定。 G f (T , K )
影响△G的因素： G G RT ln Ja T、状态
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3.2 化学反应等温方程式
2.△G与△Gθ的区别
（2）应用
G G RT ln J a
1. 反应的方向根据△G值判定。 2. 当△Gθ的绝对值很大时，可直接用其判断反应方向。
| △Gθ|≥40 kJ/mol (常温) 对高温反应，不适用。
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3.2 化学反应等温方程式
2.△G与△Gθ的区别
（2）应用
G G RT ln J a
例3：反应：2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+2(MnO)
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3.2 化学反应等温方程式
2.△G与△Gθ的区别
（2）应用
G G RT ln J a
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: G [200900 132 .4(T / K )] J / mol
若 T=298K
161.455 kJ / mol
（2）应用
G G RT ln J a
例3：炼钢过程中，钢液中[Mn]与渣中（SiO2）可能有 如下反应：2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+2(MnO)
依有关热力学数据: G 14740 22.1(T / K ) J mol 1
G187wenku.baidu.com 56.13kJ mol 1
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。
T=1000K : T= 500K :
G 400 .4 kJ mol 1 K 8.231020
G 316 .5 kJ mol 1 K 1.161023
比较反应限度的实质：K △Gθ＝－RTlnK 与反应吸热、放热有关。
ln K H [ T ] RT 2
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3.2 化学反应等温方程式