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第四章 材料化学热力学 1. Cs 熔体的标准吉布斯自由能（单位为J ）与温度T （单位为K ）的关系为 ΔGom, Cs=2100-6.95T, 求Cs 的熔点。 解：根据热力学定律，当ΔG0 时，反应可以自发进行，因此ΔG ＝0 时对应的平衡反应（即 Cs 由固相转变为液相的反应）的温度即为Cs 的熔点。由ΔGom, Cs=2100-6.95T ＝0，可得T ＝302K，所以Cs 的熔点为302K。 2. 通过埃灵罕姆图解释为何碳在高温下可以用作金属氧化物的还原剂。 o o 3. 答：根据埃灵罕姆图，ΔG -T 曲线越在下方，氧化物的ΔG 负值越大，其稳定性就越高。 o 所以在给定的温度下，位于下方的 ΔG -T 曲线所对应的元素可使位于上方曲线的金属氧化 物还原。由埃灵罕姆图还可知，CO 生成线的斜率为负，随着温度升高，ΔGo 越负，CO 稳 o 定性越高。而金属氧化物的生成线的斜率都为正，随着温度升高，ΔG 越正，氧化物稳定性 越低。所以，碳在高温下可以用作金属氧化物的还原剂。 o o 4. 3. （a）对任何反应，请说明ΔG 和ΔG 为0 的意义；（b ）对于“如果反应的ΔG 是正 值，则反应不会如反应式所写的那样向右进行”的说法，谈谈你的观点 5. 答：（a ）对于任何反应，ΔG （吉布斯自由能变化）是描述一个化学反应的驱动力，即 可据此判断反应发生的可能性。根据热力学第二定律可知，“在任何自发变化过程中，自由 能总是减少的”。所以，ΔG 为0 说明反应过程处于平衡状态。而ΔGo 为标准吉布斯自由能 变，即物质处于标准状态时 （（指定温度（273.15 K ）和压力（101.325KPa））的生成自由能。 o o （b ）已知ΔG = －RTLnK ，若ΔG 为正值，则LnK 必需为负值，则K1，表明反应进行的 程度很小。 4. 在埃灵罕姆图上大多数斜线的斜率为正，但是反应 C(s) +O (g)=CO (g) 的斜率 2 2 为0，反应 2C(s) +O (g)=2CO(g) 的斜率为负，请解释原因。 2 答：对于C 氧化生成CO2 的反应，反应前后气体的分子数不变，因此熵变ΔS 为0，因为－ ΔS 代表氧化物生成线的斜率，所以此时，－ΔS 为0，斜率为0 。 对于C 氧化生成CO 的反应，反应以后气体分子数增加，即ΔS0，－ΔS 为负，所以CO 生 成线的斜率也为负。 5. 在埃灵罕姆图中，哪些元素可以从二氧化硅中还原出硅？ o 6. 答：根据埃灵罕姆图，位于下方的ΔG -T 曲线所对应的元素可使位于上方曲线的金属氧 化物还原。TiO 、Al O 、Li O、CaO、MgO 的生成线均位于SiO 生成线的下方，所以 2 2 3 2 2 Ti、Al 、Li 、Ca、Mg 这几种元素可以从二氧化硅中还原出硅 7. 吉布斯相律通常为f =c-p +2，为什么在固体材料的研究中，相律一般可表达成f =c-p +1 ？ 答：在固体材料的研究中，压力对固相反应的影响很小，通常可以忽略，所以非成分的变量 只有温度这一项，所以相律一般可表达成f =c-p +1 。 8. 一合金之成分为 90Pb－10Sn。（a）请问此合金在 100℃、200℃、300℃时含有哪几种 相？（b ）在哪个温度范围