关于吉布斯(Gibbs)函数在无机化学教学中串联作用探析摘要：本文讨论了吉布斯(Gibbs)函数与热化学、化学平衡及电化学的关系，利用(T)的十字关系图将各知识点串联起来，连点成线、构线成面，形成系统的学习体系，提高教学效率。关键词：无机化学；吉布斯函数；十字关系图；串联中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324(2013)45-0190-021引言无机化学是四大基础化学之一，是化学及相关专业入门必修基础课程。内容包含气体、热化学、化学动力学基础、化学平衡(含溶液四大平衡)、电化学、物质结构和元素化学，相比中学化学知识，大学无机化学最大的不同是引入了热化学知识，如何将热化学知识与其他知识点联系起来成为教学中的一个难点，本文以热力学中吉布斯(Gibbs)函数为桥梁，将热力学与化学平衡及电化学知识点串联起来，形成一个系统的学习体系，促进无机化学知识点的融合。2吉布斯(Gibbs)函数的基本概念吉布斯函数G又被称为Gibbs自由能，由著名美国理论物理学家J.W.Gibbs(1839〜1903)最先提出，其定义式如下［1］：G=H—TSH,T,S都是状态函数，G也是状态函数，并且与H有相同的量纲。定义式中H在热力学里面称为焙，AH为焙变。在热化学中AH二QP,表明：在定压和不做非体积功的过程中,封闭体系从环境所吸收的热等于体系焙的增加。AHO)是自发趋向。体系的自由能变△G=AH-TAS综合△］〕和AS这两个自发动力，热力学第二定律认为等温、定压且体系不做非体积功条件下：AGO,正向过程不可能自发，逆向过程自发进行；AG=O,体系处于平衡状态。在定温定压下的可逆过程中，自由能变AG等于体系所做最大非体积功：△G=Wmax热化学重点研究化学反应过程的热力学函数的变化，下面我们利用化学反应过程中的标准摩尔吉布斯函数变ArGII(T)串联化学平衡和电化学的各知识点。3ArGHH(T)的十字关系图［2-6］3.1吉布斯一亥姆霍兹(Gibbs—Helmhotz)公式%式为吉布斯一亥姆霍兹(Gibbs—Helmhotz)公式，是热化学计算(T)最经典的方法。由公式可知ArGBB(T)受温度T影响很明显，相对来说，不少化学反应的(T)和(T)随温度变化的改变值却很小。在无机化学中一般不考虑温度对(T)和△rS・・(T)的影响。因此利用公式吉布斯一亥姆霍兹(Gibbs一Helmhotz)公式可以计算不同温度下的ArGI■(T),进一步判断标准状态下不同温度时反应自发进行的方3.2化学等温方程式%式为化学等温方程式，(T)是非标准状态下的吉布斯自由能变，Q为化学反应的反应商。利用此公式可以计算非标准状态下化学反应的吉布斯自由能变，从而可判断非标准状态下反应自发进行的方向。3.3ArGBB(T)与化学平衡的关系%式是通过②式化学等温方程式推导而来:ArGII(T)=ArGBB(T)+RTInQ当反应达到平衡时：ArGHH(T)二0,Q二K・,ArGBB(T)二-RTInK・(T)③式将热化学与化学平衡很好的串联了起来，将这两个知识点连成了线。3.4ArGBB(T)与电化学的关系在电化学中，可逆电池在定温定压所做的最大电功为：Wmax=-nF£若反应进度为lmol,ArGB■=Wmax=-nF£在标准状态下时：ArGII(T)=-nFe0此式将热化学与电化学串联起来，进而将热化学、平衡常数和电动势知识点连成了线。3.5ArGBB(T)的串联作用通过(T)的十字关系图，以ArGHH(T)为桥梁，可以进一步推导出其他重要的公式。3.5.1范霍夫(van,tHoff)方程式。将十字关系图中的①式和③式结合起来，可得到：-RTlnKB(T)二(T)-TArSHB(T)InKH(T)二-■+■此式是热化学中十分重要的关系式之一，称为范霍夫(van,tHoff)方程式。此式表示了温度对化学平衡的影响，严格地说，(T)和(T)与温度有关,但是在温度变化范围不大，物质本身又无相变发生的情况下，可以近视地将ArHII(T)和(T)看作与温度无关，认为：ArHBB(T)^ArHBB(298K),ArS・・(T)SrS"(298K)O则当温度分别为Tl、T2时如下。T1时，lnK・(T1)二-■+■T2时，lnKI(T2)二-■+■两式相减，得In■二■■如果反应是液体气化的过程：H20(1)-H20(g)反应的标准平衡常数KB=p(H20)/P・，即等于平衡时气体的相对蒸气压力。将范霍夫(van，tHoff)方程式应用于液体的气化过程，得：In■二■■此式称为克拉贝龙一克劳修斯(Clapeyron-Clausii)方程式，式中AvapH・■为液体的标准摩尔汽化焙。此式表示2个不同热力...