韓福芹,王麗麗

摘要：在常用的無機(jī)化學(xué)教材中，化學(xué)熱力學(xué)部分講到吉布斯自由能變（ΔG）的物理意義時(shí)，給出的ΔG和功（W）的關(guān)系式有多種寫法，但可以歸納總結(jié)為三種寫法。為避免發(fā)生這種問題，應(yīng)強(qiáng)化對W的符號規(guī)定的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：吉布斯自由能變；功；關(guān)系式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）18-0157-02

化學(xué)熱力學(xué)是無機(jī)化學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，在講授化學(xué)熱力學(xué)中系統(tǒng)的吉布斯自由能變（ΔG）的物理意義時(shí)，發(fā)現(xiàn)ΔG和系統(tǒng)（體系）對外做的有用功（W非）的關(guān)系式有多種寫法，該關(guān)系式不僅在化學(xué)熱力學(xué)部分重要，還與后面的氧化還原反應(yīng)和氧化還原平衡內(nèi)容密切相關(guān)。若不講清楚，會(huì)給學(xué)生看書時(shí)造成困擾。因此，我們將多本教材中出現(xiàn)的此關(guān)系式的不同寫法進(jìn)行了歸納總結(jié)，分析了出現(xiàn)不同寫法的原因，對如何講授可以避免學(xué)生的困擾，提出了看法。

一、教材中出現(xiàn)的ΔG和W關(guān)系式的不同寫法

在常用的授課教材中，當(dāng)講到ΔG的物理意義時(shí)，給出的ΔG和W關(guān)系式有多種寫法。如（1）-ΔG=-W非[1]；（2）-ΔG=W非[2]；（3）ΔrG=-Wmax[3]；（4）ΔrGm=Wmax[4]；（5）ΔrGm=Wmax′[5]；（6）ΔG=Wmax′[6]。把ΔG和摩爾反應(yīng)吉布斯自由能變（ΔrGm）看成是同樣的量，把W非與系統(tǒng)對外做的最大有用功（Wmax和W有′）看成是同樣的量，ΔG和W關(guān)系式仍有三種寫法：（1）-ΔG=-W；（2）ΔG=W；（3）ΔG=-W。對于ΔG和W關(guān)系式表示的物理意義，各種教材表述相似：封閉系統(tǒng)（體系）在恒溫恒壓下吉布斯函數(shù)G的變化等于系統(tǒng)能夠做的最大非體積功Wmax。即恒溫恒壓下過程或反應(yīng)總是自發(fā)地向著吉布斯函數(shù)減少的方向進(jìn)行，直至吉布斯函數(shù)減至最小值，達(dá)到平衡為止。在（1）-ΔG=-W的公式中，ΔG減小為負(fù)值，加上前面的負(fù)號，等式左面為正值；系統(tǒng)對環(huán)境做功，W<0，為負(fù)值，加上前面的負(fù)號，等式右面也為正值，該關(guān)系式成立。在（2）ΔG=W的公式中，ΔG減小為負(fù)值，等式左面為負(fù)值；系統(tǒng)對環(huán)境做功，W<0，為負(fù)值，等式右面也為負(fù)值，該關(guān)系式成立。在（3）ΔG=-W的公式中，ΔG減小為負(fù)值，等式左面為負(fù)值；系統(tǒng)對環(huán)境做功，W>0，加上前面的負(fù)號，等式右面也為負(fù)值，該關(guān)系式也成立。

二、出現(xiàn)不同寫法的原因

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是對W的符號的認(rèn)識的差別引起的，雖然早有規(guī)定，也早有探討[7]，但對W的符號的認(rèn)識還不十分明確。如果對該符號的規(guī)定明確，在教材的至始至終都貫徹該符號，就可以避免這種情況的出現(xiàn)。由于W的符號規(guī)定不同，由熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)得到的關(guān)系式寫法就不同。若規(guī)定系統(tǒng)向環(huán)境做功，W<0；環(huán)境向系統(tǒng)做功，W>0，由熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)得到的關(guān)系式為：-ΔG=-W非。有的教材則直接給出：-ΔG=-W非。若規(guī)定系統(tǒng)向環(huán)境做功，W>0；環(huán)境向系統(tǒng)做功，W<0，由熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)得到的關(guān)系式為：-ΔG=W非。因?yàn)橛行┙滩牟粚竭M(jìn)行推導(dǎo)，雖然教材編者清楚公式的來龍去脈，但易造成讀者看書時(shí)的困惑。

三、如何避免這種情況的產(chǎn)生

為避免發(fā)生這種情況，首先，應(yīng)強(qiáng)化對W的符號規(guī)定的認(rèn)識；其次，應(yīng)將該關(guān)系式統(tǒng)一寫成-ΔG=-W非的形式。

（一）強(qiáng)化對W的符號規(guī)定的認(rèn)識

熱力學(xué)規(guī)定：系統(tǒng)向環(huán)境做功，W<0；環(huán)境向系統(tǒng)做功，W>0。所有的寫法與講法都與該規(guī)定一致，會(huì)使相關(guān)的內(nèi)容更清晰、明確和自然，沒有強(qiáng)加符號的感覺。

從求體積功公式的推導(dǎo)，就應(yīng)該貫徹W的符號規(guī)定?；瘜W(xué)反應(yīng)過程中，經(jīng)常發(fā)生體積變化。系統(tǒng)反抗外壓改變體積，產(chǎn)生體積功。設(shè)：在一截面積為A的圓柱形筒內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，系統(tǒng)反抗外壓P膨脹，活塞從I位移動(dòng)到II位。

高中物理中，功的定義式W=F·s·cosθ，公式中的F為恒力，s為物體的位移，θ是指F與位移s間的夾角。力與位移方向相反，即θ=180°，cos180°=-1，W=-F·s。在本文中，如圖1所示，F(xiàn)=P·A（P為壓強(qiáng)），s=Δl，W=-P·A·Δl=-P·ΔV。這種W=-P·ΔV稱為體積功。當(dāng)體積膨脹時(shí)，ΔV>0，計(jì)算得W<0，此時(shí)是系統(tǒng)反抗外力對環(huán)境做功，W<0；當(dāng)體積壓縮時(shí)，ΔV<0，計(jì)算得W>0，此時(shí)是環(huán)境對系統(tǒng)做功，W>0。與對W的符號規(guī)定完全一致。

（二）統(tǒng)一該關(guān)系式的寫法

應(yīng)將該關(guān)系式統(tǒng)一寫成-ΔG=-W非的形式，因?yàn)檫@種寫法是由熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)得到的，并且在應(yīng)用時(shí)再根據(jù)具體情況加以解釋。

如講到氧化還原反應(yīng)和氧化還原平衡中的ΔG與電動(dòng)勢（E）的關(guān)系式時(shí)，各種教材給出的都相同，即ΔrG=-nFE（式中n為電池反應(yīng)中所轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，E為電勢差，在原電池中為原電池的電動(dòng)勢）?？墒窃谝龃岁P(guān)系式時(shí)卻有所不同。

若在化學(xué)熱力學(xué)中采用（3）ΔG=-W的關(guān)系式，則因?yàn)閃=W電=qE=nFE，自然得到ΔrG=-W電=-qE=-nFE。

若在化學(xué)熱力學(xué)中采用（2）ΔG=W的關(guān)系式，則，因?yàn)閃=W電=qE=nFE，W電得到的是正值，等式左面ΔG減小為負(fù)值，必須加上負(fù)號，使等式左面為正值，等式兩邊相等，即-ΔG=W，可以得到ΔG=-W=-nFE（ΔG=-nFE）。因此，必須加以說明，才能得到ΔG=-nFE。

若在化學(xué)熱力學(xué)中采用（1）-ΔG=-W關(guān)系式，兩邊同時(shí)去掉負(fù)號，得到ΔG=W，與（2）ΔG=W的關(guān)系式情況相同，也必須加以說明，才能得到ΔG=-nFE。

四、與此類似的問題

除-ΔG=-W關(guān)系式存在正負(fù)號爭議外，無機(jī)化學(xué)中還至少有兩處有正負(fù)號爭議。一是晶格能，二是元素的電子親和（合）能。目前，大多數(shù)教材關(guān)于晶格能已改成與熱力學(xué)規(guī)定的符號一致，但對于元素的電子親和（合）能，大多數(shù)教材還沿用放出能量，但用正值表示。

五、結(jié)語

從以上對ΔG和W關(guān)系式多種寫法的總結(jié)及產(chǎn)生的原因的分析，可以看出，應(yīng)強(qiáng)化對W的符號規(guī)定的認(rèn)識，一本教材要做到內(nèi)容的前后照應(yīng)和一致，將該關(guān)系式統(tǒng)一寫成-ΔG=-W非的形式，且在應(yīng)用時(shí)再根據(jù)具體情況加以解釋，這樣才能避免讀者的困惑。

參考文獻(xiàn)：

[1]吉林大學(xué)，武漢大學(xué)，南開大學(xué).無機(jī)化學(xué)[M]（第二版）.北京：高等教育出版社，2009.

[2]陳虹錦.無機(jī)與分析化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[3]賈之慎，等，編.無機(jī)及分析化學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.

[4]大連理工大學(xué).無機(jī)化學(xué)[M]（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.

[5]呼世斌，等.無機(jī)及分析化學(xué)[M]（第二版）.北京：高等教育出版社，2005.

[6]北京師范大學(xué)大學(xué).無機(jī)化學(xué)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[7]陳定梅.淺議毛機(jī)億學(xué)教學(xué)中功的符號規(guī)范性及吉布斯有由能的引入問題[J].六盤水師專學(xué)報(bào)，2001，13（4）：62-63.

基金項(xiàng)目：東北林業(yè)大學(xué)重點(diǎn)課程建設(shè)基金資助。

作者簡介：韓福芹（1962—），女，副教授，博士，主要研究方向：無機(jī)復(fù)合材料。endprint

摘要：在常用的無機(jī)化學(xué)教材中，化學(xué)熱力學(xué)部分講到吉布斯自由能變（ΔG）的物理意義時(shí)，給出的ΔG和功（W）的關(guān)系式有多種寫法，但可以歸納總結(jié)為三種寫法。為避免發(fā)生這種問題，應(yīng)強(qiáng)化對W的符號規(guī)定的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：吉布斯自由能變；功；關(guān)系式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）18-0157-02

化學(xué)熱力學(xué)是無機(jī)化學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，在講授化學(xué)熱力學(xué)中系統(tǒng)的吉布斯自由能變（ΔG）的物理意義時(shí)，發(fā)現(xiàn)ΔG和系統(tǒng)（體系）對外做的有用功（W非）的關(guān)系式有多種寫法，該關(guān)系式不僅在化學(xué)熱力學(xué)部分重要，還與后面的氧化還原反應(yīng)和氧化還原平衡內(nèi)容密切相關(guān)。若不講清楚，會(huì)給學(xué)生看書時(shí)造成困擾。因此，我們將多本教材中出現(xiàn)的此關(guān)系式的不同寫法進(jìn)行了歸納總結(jié)，分析了出現(xiàn)不同寫法的原因，對如何講授可以避免學(xué)生的困擾，提出了看法。

一、教材中出現(xiàn)的ΔG和W關(guān)系式的不同寫法

在常用的授課教材中，當(dāng)講到ΔG的物理意義時(shí)，給出的ΔG和W關(guān)系式有多種寫法。如（1）-ΔG=-W非[1]；（2）-ΔG=W非[2]；（3）ΔrG=-Wmax[3]；（4）ΔrGm=Wmax[4]；（5）ΔrGm=Wmax′[5]；（6）ΔG=Wmax′[6]。把ΔG和摩爾反應(yīng)吉布斯自由能變（ΔrGm）看成是同樣的量，把W非與系統(tǒng)對外做的最大有用功（Wmax和W有′）看成是同樣的量，ΔG和W關(guān)系式仍有三種寫法：（1）-ΔG=-W；（2）ΔG=W；（3）ΔG=-W。對于ΔG和W關(guān)系式表示的物理意義，各種教材表述相似：封閉系統(tǒng)（體系）在恒溫恒壓下吉布斯函數(shù)G的變化等于系統(tǒng)能夠做的最大非體積功Wmax。即恒溫恒壓下過程或反應(yīng)總是自發(fā)地向著吉布斯函數(shù)減少的方向進(jìn)行，直至吉布斯函數(shù)減至最小值，達(dá)到平衡為止。在（1）-ΔG=-W的公式中，ΔG減小為負(fù)值，加上前面的負(fù)號，等式左面為正值；系統(tǒng)對環(huán)境做功，W<0，為負(fù)值，加上前面的負(fù)號，等式右面也為正值，該關(guān)系式成立。在（2）ΔG=W的公式中，ΔG減小為負(fù)值，等式左面為負(fù)值；系統(tǒng)對環(huán)境做功，W<0，為負(fù)值，等式右面也為負(fù)值，該關(guān)系式成立。在（3）ΔG=-W的公式中，ΔG減小為負(fù)值，等式左面為負(fù)值；系統(tǒng)對環(huán)境做功，W>0，加上前面的負(fù)號，等式右面也為負(fù)值，該關(guān)系式也成立。

二、出現(xiàn)不同寫法的原因

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是對W的符號的認(rèn)識的差別引起的，雖然早有規(guī)定，也早有探討[7]，但對W的符號的認(rèn)識還不十分明確。如果對該符號的規(guī)定明確，在教材的至始至終都貫徹該符號，就可以避免這種情況的出現(xiàn)。由于W的符號規(guī)定不同，由熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)得到的關(guān)系式寫法就不同。若規(guī)定系統(tǒng)向環(huán)境做功，W<0；環(huán)境向系統(tǒng)做功，W>0，由熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)得到的關(guān)系式為：-ΔG=-W非。有的教材則直接給出：-ΔG=-W非。若規(guī)定系統(tǒng)向環(huán)境做功，W>0；環(huán)境向系統(tǒng)做功，W<0，由熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)得到的關(guān)系式為：-ΔG=W非。因?yàn)橛行┙滩牟粚竭M(jìn)行推導(dǎo)，雖然教材編者清楚公式的來龍去脈，但易造成讀者看書時(shí)的困惑。

三、如何避免這種情況的產(chǎn)生

為避免發(fā)生這種情況，首先，應(yīng)強(qiáng)化對W的符號規(guī)定的認(rèn)識；其次，應(yīng)將該關(guān)系式統(tǒng)一寫成-ΔG=-W非的形式。

（一）強(qiáng)化對W的符號規(guī)定的認(rèn)識

熱力學(xué)規(guī)定：系統(tǒng)向環(huán)境做功，W<0；環(huán)境向系統(tǒng)做功，W>0。所有的寫法與講法都與該規(guī)定一致，會(huì)使相關(guān)的內(nèi)容更清晰、明確和自然，沒有強(qiáng)加符號的感覺。

從求體積功公式的推導(dǎo)，就應(yīng)該貫徹W的符號規(guī)定?；瘜W(xué)反應(yīng)過程中，經(jīng)常發(fā)生體積變化。系統(tǒng)反抗外壓改變體積，產(chǎn)生體積功。設(shè)：在一截面積為A的圓柱形筒內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，系統(tǒng)反抗外壓P膨脹，活塞從I位移動(dòng)到II位。

高中物理中，功的定義式W=F·s·cosθ，公式中的F為恒力，s為物體的位移，θ是指F與位移s間的夾角。力與位移方向相反，即θ=180°，cos180°=-1，W=-F·s。在本文中，如圖1所示，F(xiàn)=P·A（P為壓強(qiáng)），s=Δl，W=-P·A·Δl=-P·ΔV。這種W=-P·ΔV稱為體積功。當(dāng)體積膨脹時(shí)，ΔV>0，計(jì)算得W<0，此時(shí)是系統(tǒng)反抗外力對環(huán)境做功，W<0；當(dāng)體積壓縮時(shí)，ΔV<0，計(jì)算得W>0，此時(shí)是環(huán)境對系統(tǒng)做功，W>0。與對W的符號規(guī)定完全一致。

（二）統(tǒng)一該關(guān)系式的寫法

應(yīng)將該關(guān)系式統(tǒng)一寫成-ΔG=-W非的形式，因?yàn)檫@種寫法是由熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)得到的，并且在應(yīng)用時(shí)再根據(jù)具體情況加以解釋。

如講到氧化還原反應(yīng)和氧化還原平衡中的ΔG與電動(dòng)勢（E）的關(guān)系式時(shí)，各種教材給出的都相同，即ΔrG=-nFE（式中n為電池反應(yīng)中所轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，E為電勢差，在原電池中為原電池的電動(dòng)勢）?？墒窃谝龃岁P(guān)系式時(shí)卻有所不同。

若在化學(xué)熱力學(xué)中采用（3）ΔG=-W的關(guān)系式，則因?yàn)閃=W電=qE=nFE，自然得到ΔrG=-W電=-qE=-nFE。

若在化學(xué)熱力學(xué)中采用（2）ΔG=W的關(guān)系式，則，因?yàn)閃=W電=qE=nFE，W電得到的是正值，等式左面ΔG減小為負(fù)值，必須加上負(fù)號，使等式左面為正值，等式兩邊相等，即-ΔG=W，可以得到ΔG=-W=-nFE（ΔG=-nFE）。因此，必須加以說明，才能得到ΔG=-nFE。

若在化學(xué)熱力學(xué)中采用（1）-ΔG=-W關(guān)系式，兩邊同時(shí)去掉負(fù)號，得到ΔG=W，與（2）ΔG=W的關(guān)系式情況相同，也必須加以說明，才能得到ΔG=-nFE。

四、與此類似的問題

除-ΔG=-W關(guān)系式存在正負(fù)號爭議外，無機(jī)化學(xué)中還至少有兩處有正負(fù)號爭議。一是晶格能，二是元素的電子親和（合）能。目前，大多數(shù)教材關(guān)于晶格能已改成與熱力學(xué)規(guī)定的符號一致，但對于元素的電子親和（合）能，大多數(shù)教材還沿用放出能量，但用正值表示。

五、結(jié)語

從以上對ΔG和W關(guān)系式多種寫法的總結(jié)及產(chǎn)生的原因的分析，可以看出，應(yīng)強(qiáng)化對W的符號規(guī)定的認(rèn)識，一本教材要做到內(nèi)容的前后照應(yīng)和一致，將該關(guān)系式統(tǒng)一寫成-ΔG=-W非的形式，且在應(yīng)用時(shí)再根據(jù)具體情況加以解釋，這樣才能避免讀者的困惑。

參考文獻(xiàn)：

[1]吉林大學(xué)，武漢大學(xué)，南開大學(xué).無機(jī)化學(xué)[M]（第二版）.北京：高等教育出版社，2009.

[2]陳虹錦.無機(jī)與分析化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[3]賈之慎，等，編.無機(jī)及分析化學(xué)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.

[4]大連理工大學(xué).無機(jī)化學(xué)[M]（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.

[5]呼世斌，等.無機(jī)及分析化學(xué)[M]（第二版）.北京：高等教育出版社，2005.

[6]北京師范大學(xué)大學(xué).無機(jī)化學(xué)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[7]陳定梅.淺議毛機(jī)億學(xué)教學(xué)中功的符號規(guī)范性及吉布斯有由能的引入問題[J].六盤水師專學(xué)報(bào)，2001，13（4）：62-63.

基金項(xiàng)目：東北林業(yè)大學(xué)重點(diǎn)課程建設(shè)基金資助。

作者簡介：韓福芹（1962—），女，副教授，博士，主要研究方向：無機(jī)復(fù)合材料。endprint

摘要：在常用的無機(jī)化學(xué)教材中，化學(xué)熱力學(xué)部分講到吉布斯自由能變（ΔG）的物理意義時(shí)，給出的ΔG和功（W）的關(guān)系式有多種寫法，但可以歸納總結(jié)為三種寫法。為避免發(fā)生這種問題，應(yīng)強(qiáng)化對W的符號規(guī)定的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：吉布斯自由能變；功；關(guān)系式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）18-0157-02

化學(xué)熱力學(xué)是無機(jī)化學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一，在講授化學(xué)熱力學(xué)中系統(tǒng)的吉布斯自由能變（ΔG）的物理意義時(shí)，發(fā)現(xiàn)ΔG和系統(tǒng)（體系）對外做的有用功（W非）的關(guān)系式有多種寫法，該關(guān)系式不僅在化學(xué)熱力學(xué)部分重要，還與后面的氧化還原反應(yīng)和氧化還原平衡內(nèi)容密切相關(guān)。若不講清楚，會(huì)給學(xué)生看書時(shí)造成困擾。因此，我們將多本教材中出現(xiàn)的此關(guān)系式的不同寫法進(jìn)行了歸納總結(jié)，分析了出現(xiàn)不同寫法的原因，對如何講授可以避免學(xué)生的困擾，提出了看法。

一、教材中出現(xiàn)的ΔG和W關(guān)系式的不同寫法

在常用的授課教材中，當(dāng)講到ΔG的物理意義時(shí)，給出的ΔG和W關(guān)系式有多種寫法。如（1）-ΔG=-W非[1]；（2）-ΔG=W非[2]；（3）ΔrG=-Wmax[3]；（4）ΔrGm=Wmax[4]；（5）ΔrGm=Wmax′[5]；（6）ΔG=Wmax′[6]。把ΔG和摩爾反應(yīng)吉布斯自由能變（ΔrGm）看成是同樣的量，把W非與系統(tǒng)對外做的最大有用功（Wmax和W有′）看成是同樣的量，ΔG和W關(guān)系式仍有三種寫法：（1）-ΔG=-W；（2）ΔG=W；（3）ΔG=-W。對于ΔG和W關(guān)系式表示的物理意義，各種教材表述相似：封閉系統(tǒng)（體系）在恒溫恒壓下吉布斯函數(shù)G的變化等于系統(tǒng)能夠做的最大非體積功Wmax。即恒溫恒壓下過程或反應(yīng)總是自發(fā)地向著吉布斯函數(shù)減少的方向進(jìn)行，直至吉布斯函數(shù)減至最小值，達(dá)到平衡為止。在（1）-ΔG=-W的公式中，ΔG減小為負(fù)值，加上前面的負(fù)號，等式左面為正值；系統(tǒng)對環(huán)境做功，W<0，為負(fù)值，加上前面的負(fù)號，等式右面也為正值，該關(guān)系式成立。在（2）ΔG=W的公式中，ΔG減小為負(fù)值，等式左面為負(fù)值；系統(tǒng)對環(huán)境做功，W<0，為負(fù)值，等式右面也為負(fù)值，該關(guān)系式成立。在（3）ΔG=-W的公式中，ΔG減小為負(fù)值，等式左面為負(fù)值；系統(tǒng)對環(huán)境做功，W>0，加上前面的負(fù)號，等式右面也為負(fù)值，該關(guān)系式也成立。

二、出現(xiàn)不同寫法的原因

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是對W的符號的認(rèn)識的差別引起的，雖然早有規(guī)定，也早有探討[7]，但對W的符號的認(rèn)識還不十分明確。如果對該符號的規(guī)定明確，在教材的至始至終都貫徹該符號，就可以避免這種情況的出現(xiàn)。由于W的符號規(guī)定不同，由熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)得到的關(guān)系式寫法就不同。若規(guī)定系統(tǒng)向環(huán)境做功，W<0；環(huán)境向系統(tǒng)做功，W>0，由熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)得到的關(guān)系式為：-ΔG=-W非。有的教材則直接給出：-ΔG=-W非。若規(guī)定系統(tǒng)向環(huán)境做功，W>0；環(huán)境向系統(tǒng)做功，W<0，由熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)得到的關(guān)系式為：-ΔG=W非。因?yàn)橛行┙滩牟粚竭M(jìn)行推導(dǎo)，雖然教材編者清楚公式的來龍去脈，但易造成讀者看書時(shí)的困惑。

三、如何避免這種情況的產(chǎn)生

為避免發(fā)生這種情況，首先，應(yīng)強(qiáng)化對W的符號規(guī)定的認(rèn)識；其次，應(yīng)將該關(guān)系式統(tǒng)一寫成-ΔG=-W非的形式。

（一）強(qiáng)化對W的符號規(guī)定的認(rèn)識

熱力學(xué)規(guī)定：系統(tǒng)向環(huán)境做功，W<0；環(huán)境向系統(tǒng)做功，W>0。所有的寫法與講法都與該規(guī)定一致，會(huì)使相關(guān)的內(nèi)容更清晰、明確和自然，沒有強(qiáng)加符號的感覺。

從求體積功公式的推導(dǎo)，就應(yīng)該貫徹W的符號規(guī)定?；瘜W(xué)反應(yīng)過程中，經(jīng)常發(fā)生體積變化。系統(tǒng)反抗外壓改變體積，產(chǎn)生體積功。設(shè)：在一截面積為A的圓柱形筒內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，系統(tǒng)反抗外壓P膨脹，活塞從I位移動(dòng)到II位。

高中物理中，功的定義式W=F·s·cosθ，公式中的F為恒力，s為物體的位移，θ是指F與位移s間的夾角。力與位移方向相反，即θ=180°，cos180°=-1，W=-F·s。在本文中，如圖1所示，F(xiàn)=P·A（P為壓強(qiáng)），s=Δl，W=-P·A·Δl=-P·ΔV。這種W=-P·ΔV稱為體積功。當(dāng)體積膨脹時(shí)，ΔV>0，計(jì)算得W<0，此時(shí)是系統(tǒng)反抗外力對環(huán)境做功，W<0；當(dāng)體積壓縮時(shí)，ΔV<0，計(jì)算得W>0，此時(shí)是環(huán)境對系統(tǒng)做功，W>0。與對W的符號規(guī)定完全一致。

（二）統(tǒng)一該關(guān)系式的寫法

應(yīng)將該關(guān)系式統(tǒng)一寫成-ΔG=-W非的形式，因?yàn)檫@種寫法是由熱力學(xué)第一定律推導(dǎo)得到的，并且在應(yīng)用時(shí)再根據(jù)具體情況加以解釋。

如講到氧化還原反應(yīng)和氧化還原平衡中的ΔG與電動(dòng)勢（E）的關(guān)系式時(shí)，各種教材給出的都相同，即ΔrG=-nFE（式中n為電池反應(yīng)中所轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，E為電勢差，在原電池中為原電池的電動(dòng)勢）?？墒窃谝龃岁P(guān)系式時(shí)卻有所不同。

若在化學(xué)熱力學(xué)中采用（3）ΔG=-W的關(guān)系式，則因?yàn)閃=W電=qE=nFE，自然得到ΔrG=-W電=-qE=-nFE。

若在化學(xué)熱力學(xué)中采用（2）ΔG=W的關(guān)系式，則，因?yàn)閃=W電=qE=nFE，W電得到的是正值，等式左面ΔG減小為負(fù)值，必須加上負(fù)號，使等式左面為正值，等式兩邊相等，即-ΔG=W，可以得到ΔG=-W=-nFE（ΔG=-nFE）。因此，必須加以說明，才能得到ΔG=-nFE。

若在化學(xué)熱力學(xué)中采用（1）-ΔG=-W關(guān)系式，兩邊同時(shí)去掉負(fù)號，得到ΔG=W，與（2）ΔG=W的關(guān)系式情況相同，也必須加以說明，才能得到ΔG=-nFE。

四、與此類似的問題

除-ΔG=-W關(guān)系式存在正負(fù)號爭議外，無機(jī)化學(xué)中還至少有兩處有正負(fù)號爭議。一是晶格能，二是元素的電子親和（合）能。目前，大多數(shù)教材關(guān)于晶格能已改成與熱力學(xué)規(guī)定的符號一致，但對于元素的電子親和（合）能，大多數(shù)教材還沿用放出能量，但用正值表示。

五、結(jié)語

從以上對ΔG和W關(guān)系式多種寫法的總結(jié)及產(chǎn)生的原因的分析，可以看出，應(yīng)強(qiáng)化對W的符號規(guī)定的認(rèn)識，一本教材要做到內(nèi)容的前后照應(yīng)和一致，將該關(guān)系式統(tǒng)一寫成-ΔG=-W非的形式，且在應(yīng)用時(shí)再根據(jù)具體情況加以解釋，這樣才能避免讀者的困惑。

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基金項(xiàng)目：東北林業(yè)大學(xué)重點(diǎn)課程建設(shè)基金資助。

作者簡介：韓福芹（1962—），女，副教授，博士，主要研究方向：無機(jī)復(fù)合材料。endprint