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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

ΔGo=2100-6.95T,求Cs的熔点。

m,Cs

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ΔGo=2100-6.95T＝0，可得T

m,Cs

＝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。

oo

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

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，ΔGo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。

4.3.（a）对任何反应，请说明ΔG和ΔGo为0的意义；（b）对于“如果反应的ΔGo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（273.15K）和压力（101.325KPa））的生成自由能。

oo

（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

22

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CO的反应，反应前后气体的分子数不变，因此熵变ΔS为0，因为－

2

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、AlO、LiO、CaO、MgO的生成线均位于SiO生成线的下方，所以

22322

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℃、2