標準摩爾生成自由能

標準摩爾生成自由能

標準摩爾生成自由能,一般是指標準摩爾生成吉布斯自由能,意為在規定溫度(T)和標準壓力p下,由穩定態單質生成1mol化合物或不穩定單質和其他形式的物質的自由能。

多數化學反應時在常溫、定壓條件下發生的,因此用吉布斯自由能的變化來判斷反應的自發性是很方便的。有了吉布斯一亥姆霍茲方程△G=△H-T△S,並可以用△G值的正、負來判斷過程的自發性。

那么與標準摩爾生成焓一樣,可規定一套相對數值以計算體系的自由能改變數。

基本介紹

  • 中文名:標準摩爾生成自由能
  • 外文名:standard molar free energy of formation
  • 套用學科化學
定義,性質,套用,查表,判斷反應進行,公式推導,

定義

標準摩爾生成自由能
標準摩爾生成自由能
在規定溫度,標準壓力p下,穩定單質生成1mol物質時自由能的變化就是該物質的標準摩爾生成自由能,用符號ΔfGm(T)表示,298K的標準生成自由能的符號可以省去(T)表示,其單位是kJ·mol。

性質

1.單質的標準摩爾生成焓為零。根據定義,由穩定單質生成穩定單質,也就是由自己生成自己,沒有發生變化,所以焓變為0,因此穩定單質的標準摩爾生成自由能為零。穩定單質大體包括(標態):全部金屬單質、惰性氣體單質、第二周期元素常見單質(除臭氧)、鹵族元素單質、某些元素同分異構體:C石墨、P白磷、S斜方。
標準摩爾生成自由能
標準摩爾生成自由能
2.對於有離子參加的反應,溶質的濃度主要用質量摩爾濃度,此時規定的標準態為

套用

查表

通過查表可以找出物質在298.15K的標準生成自由能。
無機化合物的標準摩爾生成自由能
物質
ΔfGm
物質
ΔfGm
物質
ΔfGm
物質
ΔfGm
AgCl(s)
-109.80
AgBr(s)
-96.9
AgI(s)
-66.19
Ag2O(s)
-11.2
Ag2CrO4(s)
-641.83
AgNO3(s)
-33.47
AlCl3(s)
-628.9
Al2O3(s)
-124.4
BaSO4(s)
-1138
BaCl2(s)
-810.4
BaO(s)
-520.41
BaCO3(s)
-1138
CaF2(s)
-1167
CaCl2(s)
-748.1
CaO
-604.04
Ca(OH)2
-898.56
CaCO3(s)
-1128.8
CaSO4(s)
-1321.9
CO(g)
-137.5
CO2(g)
-386.0
Co(OH)2
-454.4
Cr2O3(s)
-1058
CuS(s)
-53.6
Cu2S(s)
-86.2
CuSO4(s)
-661.9
CuSO4·5H2O(s)
-1880.06
Fe2O3(s)
-742.2
Fe3O4(s)
-1015.46
HCl(g)
-95.30
HBr(g)
-53.43
HI(g)
1.30
HgO(s)
-58.56
HgCl2(s)
-179
Hg2Cl2(s)
-210.78
KCl(s)
-409.2
KI(s)
-324.89
從上表可以看出,絕大多數準標準摩爾生成自由能都是負值,只有少數物質是正的。

判斷反應進行

可以利用各物質的標準摩爾生成自由能ΔfGm,來計算出化學反應的標準摩爾吉布斯自由能ΔrGm,並由吉布斯自由能判斷反應是否能自發進行。
計算公式為:ΔrGm=∑ΔfGm(產物)-∑ΔfGm(反應物)或寫成ΔrGm=∑v(B)ΔfGm(B)
例如,室溫下NH4Cl(s)在標態下是穩定的,分解不能自發進行,以下通過計算來驗證:
標準摩爾生成自由能
標準摩爾生成自由能

公式推導

從穩定單質帶生成物(產物)的途徑有兩種,一種是直接到終態即生成物,以穩定的單質為相對標誌,此時的生成物的標準摩爾生成自由能就是ΔfGm(產物);還有一種途徑是先由單質變為所求反應的反應物,此時的反應物的標準生成標誌摩爾自由能是ΔfGm(反應物),然後再由反應物變為生成物即反生所求反應,此時反應的標準吉布斯自由能是ΔrGm。
由於吉布斯自由能是狀態函式其改變值與途徑無關,所以ΔrGm+∑ΔfGm(反應物)=∑ΔfGm(產物),移項即得利用標準摩爾生成自由能的變化值ΔfGm求解出標準摩爾吉布斯自由能變化值ΔrGm的公式。

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