化学反应的吉布斯自由能变化计算

化学反应的吉布斯自由能变化 谭远树 1化学反应的标准吉布斯自由能变化 化学反应的标准右布斯自由能变化?rGm0是反应产物与反应物都处于标准态下化学势之差。化学反应的吉布斯自由能变化?rGm是反应产物和反应物皆处于任意状态下化学势之差。 ?rGm?与?rGm是两个含义不同的物理量。在等温等压条件0下，任何物质的?i都有定值，所以任何反应的?rGm?都有是常数；但由化学反应的等温式可知?rGm不但与?rGm?有关，即与Qa有关，所以在等温等压条件下?rGm不是常数。换言之， ?rGm? >0的化学反应未必不能正向自发进行，可以通过Qa值的调整使反应的?rGm<0，反应即能正向自发进行。例如氨合成反应，在673K-1时，如果N2、H2和NH3的分压都是101325Pa，此时?rGm? =24.20 kJ?mol，这个数值大于零，在该条件下?rGm>0，反应不能正向自发进行。若改变N2、H2和NH3的分压，则可使?rGm<0，反应便能正向自发进行。式业合成氨就是这种情况下实现的。 ?rGm? 虽然不能用来指示反应的方向，但可以用来估计反应的可能性。等温式告诉我们，如果?rGm? 的绝对值很大，则?rGm的正负号在一般情况下可能与?rGm? 一致。譬如， ?rGm? 有很大的负值，若要使改变符号，Qa必很大，这在实际上有时是难以实现的。例如反应: Zn(s)+1/2O2(g)===ZnO(s) 在298K时，该反应的?rGm? =

化学反应的吉布斯自由能变化 谭远树 1化学反应的标准吉布斯自由能变化 化学反应的标准右布斯自由能变化?rGm0是反应产物与反应物都处于标准态下化学势之差。化学反应的吉布斯自由能变化?rGm是反应产物和反应物皆处于任意状态下化学势之差。 ?rGm?与?rGm是两个含义不同的物理量。在等温等压条件0下，任何物质的?i都有定值，所以任何反应的?rGm?都有是常数；但由化学反应的等温式可知?rGm不但与?rGm?有关，即与Qa有关，所以在等温等压条件下?rGm不是常数。换言之， ?rGm? >0的化学反应未必不能正向自发进行，可以通过Qa值的调整使反应的?rGm<0，反应即能正向自发进行。例如氨合成反应，在673K-1时，如果N2、H2和NH3的分压都是101325Pa，此时?rGm? =24.20 kJ?mol，这个数值大于零，在该条件下?rGm>0，反应不能正向自发进行。若改变N2、H2和NH3的分压，则可使?rGm<0，反应便能正向自发进行。式业合成氨就是这种情况下实现的。 ?rGm? 虽然不能用来指示反应的方向，但可以用来估计反应的可能性。等温式告诉我们，如果?rGm? 的绝对值很大，则?rGm的正负号在一般情况下可能与?rGm? 一致。譬如， ?rGm? 有很大的负值，若要使改变符号，Qa必很大，这在实际上有时是难以实现的。例如反应: Zn(s)+1/2O2(g)===ZnO(s) 在298K时，该反应的?rGm? =

物 理 化 学

第四章 化学平衡

4.1 化学平衡的条件和反应的亲和势

1.化学反应体系: 封闭的单相体系，不作非膨胀功，发生了一个化学反应，设为：dD?eE?????fF?gG????

各物质的变化量必须满足 0???BB

B根据反应进度的定义，可以得到： d??2. 热力学基本方程 dG??SdT?Vdp???BdnB

BdnB?B dnB??Bd?

等温、等压条件下，

（dG）T,p???BdnB???B?Bd? (dnB??Bd?)

BB (?G)T,p???B?B (a) ??B 当??1 mol时：

（?rGm）T,p???B?B (b)

B这两个公式适用条件：

（1） 等温、等压、不作非膨胀功的一个化学反应；

（2） 反应过程中，各物质的化学势保持不变。公式（a）表示有限体系中发生微小的变化；

公式(b)表示在大量的体系中发生了反应进度等于1 mol的变化。这时各物质的浓度基本不变，化学势

Review NAMD计算自由能

bay__gulf618 (bay__gulf618@sina.com)

College of Chemistry, Chemical Engineering and Materirls Science, Soochow University 前言: 自由能的求算是分子模拟中最重要,也是最困难的工作之一. 重要是因为 . 本文介绍了4种常用的计算自由能的方法, 并详细讲述了各种方法的具体实现. 计算生化体系的自由能主要有如下4种方法，这些在namd 中都已得到实现 1 probability densities, 2 nonequilibrium work,

3 free energy perturbation (FEP), 4 thermodynamic integration (TI)

在namd2.7 版中对自由能的module进行了大幅度改进，可以使用复杂的collective variables 进行probability densities,计算, 从而实现在键角,二面角,RMSD等各种构象指标变化下的PMF。而在2.6版本中仅能实现距离变化时候的PMF, 本文只介绍2

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bay__gulf618 (bay__gulf618@sina.com)

College of Chemistry, Chemical Engineering and Materirls Science, Soochow University 前言: 自由能的求算是分子模拟中最重要,也是最困难的工作之一. 重要是因为 . 本文介绍了4种常用的计算自由能的方法, 并详细讲述了各种方法的具体实现. 计算生化体系的自由能主要有如下4种方法，这些在namd 中都已得到实现 1 probability densities, 2 nonequilibrium work,

3 free energy perturbation (FEP), 4 thermodynamic integration (TI)

在namd2.7 版中对自由能的module进行了大幅度改进，可以使用复杂的collective variables 进行probability densities,计算, 从而实现在键角,二面角,RMSD等各种构象指标变化下的PMF。而在2.6版本中仅能实现距离变化时候的PMF, 本文只介绍2

第一部分 化学反应中的能量变化 高考要求：

1．了解化学反应中能量变化的原因，能说出常见能量的转化形式。

2．了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。 3．了解热化学方程式含义。

4．了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。 5．了解焓变与反应热的含义。了解⊿H == H（产物）- H（反应物）表达式的含义。 6．理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。 知识网络: 化

具体内容： 一、有关概念：

1、（1）物质发生化学反应伴随 的同时还伴随着 的变化，而这些能量变化通常又表现为 变化— 或 。

（2）化学变化是以_________变化为基础的，物质变化伴随着___________变化，没有物质变化就不能称之为化学反应就更谈不上能量变化。

（3）化学变化必然伴随_________变化，但伴随能量变化的过程____________是化学变化。 （4）化学变化必然满足____________守恒定律和____________守恒定律。

第三节 化学反应热的计算

教学目标： 知识与技能：

1、 从能量守恒角度理解并掌握盖斯定律； 2、 能正确运用盖斯定律解决具体问题； 3、 学会化学反应热的有关计算。

过程与方法：

培养学生的自学能力、灵活运用知识分析问题解决问题的能力

教学重点：

盖斯定律的应用，化学反应热的有关计算

教学难点：

盖斯定律的应用

课时安排：1课时

教学方法：读、讲、议、练，启发式，多媒体辅助教学 教学过程：

【引入】在化学科学的研究中，常常需要知道物质在发生化学反应时的反应热，但有些反应的反应热很难直接测得，那么如何获得它们的反应热数据呢？这就是这节课要研究的内容。 【板书】第三节 化学反应热的计算

【知识回顾】已知石墨的燃烧热：△H=-393.5kJ/mol 1）写出石墨的完全燃烧的热化学方程式 2）二氧化碳转化为石墨和氧气的热化学方程式

【讲解】正逆反应的反应热效应数值相等，符号相反。“+”不能省去。

【思考】298K，101kPa时，合成氨反应的热化学方程式：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g);△H = -92.38kJ/mol在该温度下，取1 mol N2(g)和3 mol H2(g)放在一密闭容器中，在催化剂存在进行

个性化教案 化学反应热的计算 适用学科 适用区域 知识点 教学目标 高中化学 人教版适用地区 化学反应热的计算 适用年级 高中二年级 课时时长（分钟） 60 知识与技能：1．学会有关反应热的简单计算。 2．认识并简单应用盖斯定律。 过程与方法：通过讨论、分析、对比的方法，培养学生的分析能力和主动探究能力。 情感态度与价值观：激发学生的学习兴趣，培养学生从微观的角度理解化学反应，培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度，树立透过现象看本质的唯物主义观点。 教学重点 教学难点 应用盖斯定律 应用盖斯定律

个性化教案

教学过程

一、复习预习

1．某人要从山下的A点到达山顶B点，他从A点出发，可以历经不同的途径和不同的方式。

你认为他有哪些可能的途径或方式？当他到达B点后所发生的势能变化是否相同？ 翻山越岭攀登而上或拾级蜿蜒而上或乘坐索道缆车直奔山顶 势能变化

相同

个性化教案

二、知识讲解

考点１：盖斯定律

化学反应的反应热只与反应的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与具体反应进行的途径无关，如果一个反应可以分几步进行，则各分步及反应的反应热之和与该反应一步完成的反应热是相同的，这就是盖斯定律。

第三节 化学反应热的计算

教学目标： 知识与技能：

1、 从能量守恒角度理解并掌握盖斯定律； 2、 能正确运用盖斯定律解决具体问题； 3、 学会化学反应热的有关计算。

过程与方法：

培养学生的自学能力、灵活运用知识分析问题解决问题的能力

教学重点：

盖斯定律的应用，化学反应热的有关计算

教学难点：

盖斯定律的应用

课时安排：1课时

教学方法：读、讲、议、练，启发式，多媒体辅助教学 教学过程：

【引入】在化学科学的研究中，常常需要知道物质在发生化学反应时的反应热，但有些反应的反应热很难直接测得，那么如何获得它们的反应热数据呢？这就是这节课要研究的内容。 【板书】第三节 化学反应热的计算

【知识回顾】已知石墨的燃烧热：△H=-393.5kJ/mol 1）写出石墨的完全燃烧的热化学方程式 2）二氧化碳转化为石墨和氧气的热化学方程式

【讲解】正逆反应的反应热效应数值相等，符号相反。“+”不能省去。

【思考】298K，101kPa时，合成氨反应的热化学方程式：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g);△H = -92.38kJ/mol在该温度下，取1 mol N2(g)和3 mol H2(g)放在一密闭容器中，在催化剂存在进行

1

1.5 化学反应热效应的计算

1.5.1 状态函数法计算恒压与恒容反应热——赫斯（Hess）定律

不管恒压或恒容化学反应是一步完成还是分几步完成，它们的热效应相同。这就是赫斯定律，其本质为状态函数法。如：

1Na(s)?Cl2(g)?NaCl(s)

2

是下面三个反应之和：

（1）

??H298??411.00kJ?mol-1

Na(s)?H2O(l)?NaOH(s)?

1 H2(g) 2 （2）

??H298??140.89kJ?mol-1

1 1

H2(g)?Cl2(g)?HCl(g) 22

（3）

??H298??92.31kJ?mol-1

2O(l) HCl(g)?NaOH(s)?NaCl(s)?H

（4）

??H298??177.80kJ?mol-1

第一个反应的热效应也是后三个反应的热效应之和：

－411.00=(－140.89)+(－92.31)+(－177.80)

赫斯定律是赫斯在1840年从实验中总结出来的，当时热力学第一定律还未发现。热力

学第一定律发现之后，这个定律就成了热力学第一定律的必然结果了，因恒压热效应?H和恒容热效应?U都是状态函数，它们只与体系的始末态有关，而与具体途径无关。