铝热反应原理.doc
【高中化学】高中化学知识点：铝热反应
【高中化学】高中化学知识点：铝热反应
铝热反应：
铝热法是利用铝的还原性获得高熔点金属的方法。
它可以简单地认为是铝与某些金属
氧化物（如Fe？O？、Fe？O？、Cr？O？、v？O？）在高温条件下的反应。
铝热反应通常
用于冶炼高熔点金属，它是一种放热反应，其中镁条是引燃剂，氯酸钾是助燃剂。
镁条可
以在空气中燃烧，而氧气是一种氧化剂。
然而，当一些镁条插入混合物中燃烧时，氯酸钾
是氧化剂，以确保镁条的持续燃烧，并释放足够的热量来触发氧化铁和铝粉之间的反应。
实验原理：
镁条可以在空气中燃烧，而氧气是一种氧化剂。
然而，当一些镁条插入混合物中燃烧时，氯酸钾是氧化剂，以确保镁条的持续燃烧，并释放足够的热量来触发氧化铁和铝粉之
间的反应。
由于反应会释放大量热量，因此只要反应已经开始，就可以进行剧烈的反应。
释放的热量将生成的铁熔化成液态。
然而，高锰酸钾不能代替氯酸钾，因为高锰酸钾太过
氧化，在高温下会与强还原剂镁发生反应而爆炸。
铝热剂：铝和金属氧化物的混合物（比
例约为1:2.95）
铝热剂着火点较高，需要引燃。
常见的是用镁条引燃（若氧气不足镁燃烧不充分的话，亦可再混入适量氯酸钾或过氧化钡，但易自燃），亦可用高温喷枪点燃。
实验反应的化学方程式：
氧化铁:
Fe3O4：
二氧化锰:
五氧化二钒：
氧化铬：
（铝热反应平衡技术：取反应物和产物中氧化物两侧氧的最小公倍数快速平衡，如
中，可取fe?o?和al?o?中氧的最小公倍数12，则fe?o?前应为3al?o?前应为4，底
下便可得到al为8，fe为9）。
铝热反应_实验报告
一、实验目的1. 了解铝热反应的基本原理和过程。
2. 掌握铝热反应实验的操作步骤。
3. 观察铝热反应的实验现象，分析实验结果。
二、实验原理铝热反应是一种在高温下进行的放热化学反应，利用铝作为还原剂，将某些金属氧化物还原成金属单质。
铝热反应方程式如下：\[ \text{金属氧化物} + \text{铝} \rightarrow \text{金属} + \text{氧化铝} \]本实验以氧化铁（Fe2O3）和铝粉为原料，进行铝热反应，生成铁单质和氧化铝。
三、实验材料1. 试剂：氧化铁（Fe2O3）、铝粉、焦炭、酒精灯、坩埚、泥三角、坩埚钳、石棉网、试管、镊子、剪刀、滤纸等。
2. 仪器：天平、量筒、试管夹、烧杯、漏斗、滤纸等。
四、实验步骤1. 称取一定量的氧化铁（Fe2O3）和铝粉，按照一定比例混合均匀。
2. 将混合好的粉末装入坩埚中，加入少量焦炭，以便提高反应温度。
3. 用酒精灯加热坩埚，待粉末开始熔化时，继续加热至反应发生。
4. 观察反应现象，记录实验数据。
5. 反应结束后，用坩埚钳取出坩埚，放置在石棉网上冷却。
6. 将反应后的产物进行过滤、洗涤、干燥，得到铁单质和氧化铝。
五、实验现象1. 加热过程中，粉末逐渐熔化，产生大量气体。
2. 反应开始时，坩埚底部出现红色熔融物，随后熔融物颜色逐渐变深。
3. 反应结束后，坩埚底部有大量红色固体析出，为铁单质。
4. 铁单质在空气中迅速氧化，表面生成黑色氧化层。
六、实验结果与分析1. 反应生成的铁单质质量与理论计算值基本相符，说明铝热反应可以进行。
2. 反应过程中，铝粉与氧化铁发生置换反应，生成铁单质和氧化铝。
3. 反应放出的热量足以熔化铁单质，说明铝热反应为放热反应。
4. 反应生成的铁单质在空气中氧化，表面生成氧化层，影响铁的纯度。
七、实验总结通过本次实验，我们了解了铝热反应的基本原理和过程，掌握了铝热反应实验的操作步骤。
实验结果表明，铝热反应可以进行，且反应放热，生成铁单质。
铝热反应
铝热剂着火点较高， 需要引燃 生成的铁温度很高
镁和氯酸钾提 供高温
细沙用来保护蒸 发皿
请看动画 演示实验
重点把握：
氧化铁：铝粉=5:2
氯化钾要少量
镁条要干净 第二张滤纸要润湿，底部剪一个小洞。
注意事项：
1. 不适合室里做该实验，否则容易造成化学烫伤，化学爆炸 等事故。 2 . 在使用镁条时请注意，镁条必须打磨光亮或酸洗以除掉 氧化膜，并且要10厘米左右，太短热量不够，太长燃烧时间 太长，并造成浪费。 3.不能在承接容器中加水，否则水高温分解的氢 气会产生化学爆炸。 4.实验者必须戴墨镜或防强光的设备观察实 验现象，以防止被铝热反应的强光灼伤眼睛。
实验原理
实验步骤
注意事项
实验室将9g铝粉跟一定量的金属氧化物 粉末混合形成铝热剂。发生铝热反应之 后。所得固体中含金属单质为l8g，则该 氧化物粉末可能是 A．Fe2O3和MnO2 B．MnO2和V2O5 C．Cr2O3和V2O5 D．Fe3O4和FeO
5.反应时，会有900～1500℃的高温的金属熔融物喷出，这时 要隔离周围人员，不得靠近。 6.反应结束后，不可用水浇灭，要等其自然冷却。
用途：
1、冶炼难熔的金属 2、焊接钢轨等大截面钢材部件 3、军事上可以制作铝热弹等强杀伤性的武器 4、传统的烟火剂
8Al+3Fe3O4 = 4Al2O3+9Fe 10Al+3V2O5 = 6V+5Al2O3 2Al + Cr2O3 = Al2O3+2Cr 4Al+3MnO2 = 2Al2O3+3Mn
(1)金属活动顺序： K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Sn>Pb>H>Cu >Hg>Ag>Pt>Au
铝热反应的原理
铝热反应的原理1. 嘿，你知道铝热反应的原理吗？就好比一场神奇的魔术！把铝粉和某些金属氧化物放在一起，哇塞，就能产生超级高温！就像你点燃了一个小宇宙！比如用氧化铁和铝粉，那反应起来，可厉害啦！2. 铝热反应啊，简单来说，就是铝和其他东西一混合，就爆发出惊人的能量！这多像一场激情澎湃的化学反应大冒险啊！像用二氧化锰和铝粉做实验，那效果，绝对让你惊叹不已！3. 哎呀呀，铝热反应的原理其实不难理解啦！不就是铝和氧化物之间的奇妙互动嘛！这就好比两个小伙伴一见面就擦出火花呀！你试试用氧化铜和铝粉，那场面，绝对震撼！4. 铝热反应的原理呀，其实就是一种超级酷炫的反应机制呢！这和搭积木有点像呀，把合适的材料放一起，就建成了高温的大厦！像用三氧化二铬和铝粉，哇，那热度简直要上天啦！5. 你想知道铝热反应的原理到底是咋回事吗？哈哈，其实就是铝在特定条件下引发的一场能量爆发呀！就好像是沉睡的巨龙突然苏醒！拿氧化镍和铝粉做做实验，你就懂啦！6. 铝热反应的原理哦，说起来还挺有趣的呢！不就是铝和其他东西产生了奇妙的化学反应嘛！这跟一场刺激的赛车比赛似的！比如用四氧化三铁和铝粉，那反应，杠杠的！7. 喂喂喂，铝热反应的原理其实很好懂呀！就是铝和氧化物之间的一场热辣派对！这就像夏日里的一场狂欢呀！用氧化钨和铝粉试试，保证让你大开眼界！8. 嘿，铝热反应的原理呀，其实就是一种让人惊叹的化学现象呢！这跟变魔术一样神奇呀！像用氧化钴和铝粉，那效果，能让你惊掉下巴！9. 铝热反应的原理啊，不就是铝和别的物质一起创造出高温的奇迹嘛！这多像一场华丽的演出呀！试试用氧化钒和铝粉，你就知道有多厉害啦！10. 哎呀，铝热反应的原理其实挺简单的嘛！就是铝和氧化物的一场激情碰撞呀！这和放烟花一样精彩呢！拿氧化镁和铝粉来感受感受吧！我的观点结论：铝热反应真的是非常神奇又有趣的化学反应，通过简单的材料组合就能产生巨大的能量和奇妙的现象，值得我们好好去探索和研究呀！。
铝热反应的现象
铝热反应的现象铝热反应的现象概述铝热反应是指在高温下铝与氧化剂发生的强烈反应，产生大量的热能和光能。
这种反应常用于火箭推进剂、焊接和材料加工等领域。
反应机理铝热反应的机理可以分为两步：首先，铝与氧化剂发生还原-氧化反应，生成氧化铝和大量的热能；随后，氧化铝与未被还原的铝继续发生还原-氧化反应，释放出更多的热能和光能。
这两步反应都是放热反应，因此会产生高温、高压和强光。
现象描述在进行铝热反应时，常常可以观察到以下几个现象：1. 高温：由于铝热反应是放热反应，因此会产生高温。
在火箭推进剂中使用的铝-氨基三硼酸盐混合物可以达到3000K以上的高温。
2. 高压：由于生成大量气体（如水蒸汽），同时又有较快的释放速度，在密闭空间中进行时会产生高压。
在焊接中，铝热反应可以产生高压气体，将金属焊接在一起。
3. 强光：由于铝热反应释放出的能量非常大，因此会产生强光。
在火箭发射时，铝-氨基三硼酸盐混合物的反应会产生明亮的火球。
4. 爆炸：如果铝热反应没有得到妥善控制，可能会引起爆炸。
这种情况在实验室或工业生产中都需要特别注意。
应用领域铝热反应具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面：1. 火箭推进剂：由于铝-氨基三硼酸盐混合物具有高温、高压和高能量密度等特点，因此被广泛用作火箭推进剂。
2. 焊接：铝热反应可以产生高压气体，将金属焊接在一起。
这种方法被称为“爆震焊接”。
3. 材料加工：利用铝热反应可以对材料进行加工和改性。
例如，在制备纳米材料时可以使用铝粉和氧化物作为原料。
4. 燃料电池：铝热反应可以作为燃料电池的一种燃料，通过反应产生电能。
结论铝热反应是一种强烈的放热反应，具有高温、高压和强光等特点。
它在火箭推进剂、焊接和材料加工等领域都有广泛的应用。
但是，在进行铝热反应时需要特别注意安全问题，以避免可能发生的爆炸事故。
铝热反应原理讲解学习
铝热反应原理第三章铝热反应原理铝热焊是基于铝热反应放出的化学热进行的焊接过程。
同时，在高温条件下，铝热焊还会伴随多种反应，化学反应的热力学决定了反应是否具备进行的基本条件，即反应是自动进行，还是需要某种条件。
冶金热力学的研究对象自然是冶金过程赖以存在的冶金化学变化，物理变化和相变化。
所谓冶金化学反应平衡指的是两项相对独立而又相互联系的内容：在一定条件下反应能否按预定方向自动进行；若能自动进行，则能进行到什么程度或限度．概括起来就是方向和限度问题在冶金中能量平衡—般表现为热平衡，其基本根据是冶金化学变化，物理变化和相变化中的能量效应，例如放热和吸热在此基础上建立了冶金反应和单元冶金过程的理沦热平衡．从而可计算放热反应(包括燃烧)的最高温度，吸热反应所必需的供热量以及为单元冶金过程的热制度提供依据．动力学的基本任务是研究各种因素（诸如温度、压力、浓度、介质、催化剂）对反应速率的影响，以揭示化学反应与物质结构之间的关系，达到控制化学反应的目的。
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除第一节铝热反应的热力学原理一热力学第一定律对宏观体系而言，热力学第一定律就是能量守恒原理。
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式。
通常表述为“能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，而在转化与传递中能量的总数量总是保持不变。
”二热力学第一定律的数学表达式与焓1.内能内能是蕴藏于体系内部的能量，是指体系内分子运动的动能，分子间相互作用的位能，以及原子、电子的运动能和核能的总和。
它不包括整个体系的动能以及体系在外力场中的位能。
用符号表示为U。
内能是状态的函数。
体系从状态A变到状态B，可能有多种路径，但从不同的路径进行变化，最终的内能增量⊿U是一致的。
2.数学表达式用数学公式表达，热力学第一定律可以表示为：⊿U=q-W其物理意义是：体系所吸收的热量q减去对环境所作功W，等于内能的增量⊿U。
铝热反应研究报告
铝热反应研究报告
铝热反应是指铝与活泼氧化物（如铁、铜、镍等）在高温下发生剧烈的反应，产生大量的热和光。
铝热反应具有很强的还原性和放热性，广泛应用于炼铁、炼钢、焊接等工业领域。
本文主要对铝热反应的研究进行了总结和分析。
首先，铝热反应的基本原理是铝粉与氧化物之间的剧烈化学反应。
铝粉在高温下与氧化物发生快速氧化反应，产生大量的氧化热。
这一反应是放热反应，可以充分发挥铝的还原性和放热性。
其次，铝热反应的条件对反应效果有很大影响。
温度是铝热反应的关键参数之一。
适当的温度可以提高反应速度和效果。
同时，反应物的质量比也对反应效果有较大影响。
过多的铝粉可能导致过高的温度和过快的反应速度，影响反应效果。
铝热反应的应用非常广泛。
在冶金领域，铝热反应被广泛应用于炼铁、炼钢等工艺中。
铝粉可以减少铁矿石的还原温度，提高冶炼反应速度和效果。
在焊接领域，铝热反应可以提供高温和高能量，使焊接过程更加稳定和高效。
此外，铝热反应还可以用于爆破、焚烧和热发电等领域。
最后，铝热反应的研究对于优化反应效果和工艺参数具有重要意义。
通过研究反应机理、控制温度和质量比等技术，可以提高反应效果和反应速度，降低能源消耗和环境污染。
因此，对于铝热反应的研究具有深远的实际意义。
综上所述，铝热反应是一种具有潜力和广泛应用的化学反应。
通过对其基本原理和影响因素的研究，可以更好地利用铝热反应的特性，提高工艺效果和能源利用效率。
希望本文能对铝热反应的研究提供一些参考。
铝热反应
铝热反应原理方程式
铝热反应原理方程式
铝热反应方程式：氧化铁：2Al+Fe2O3→2Fe+Al₂O₃；四氧化三铁：
8Al+3Fe3O4→9Fe+4Al₂O₃；二氧化锰：4Al+3MnO2→3Mn+2Al₂O₃；五氧化二钒：10Al+3V2O5→6V+5Al₂O₃；氧化铬：2Al+Cr2O3→2Cr+Al₂O₃。
铝热反应的原理，是铝单质在高温的条件下进行的一种氧化还原反应，体现出了铝的强还原性。
由于氧化铝的生成焓(-1645kJ/mol)极低，故反应会放出巨大的热，甚至可以使生成的金属以熔融态出现。
另一方面，反应放出大量热使铝熔化，反应在液相中进行使反应速率极快，短时间放出极大量的热。
铝热反应的剧烈程度，由金属离子氧化性所决定。
据估计，500克铝热剂（成分是氧化铁和铝）会在30秒内燃烧殆尽。
铝热反应配平技巧：取反应物和生成物中氧化物中两边氧的最小公倍数，即可快速配平，如铝热法中，可取Fe₃O₄和Al₂O₃中氧的最小公倍数12，则Fe₃O₄前应为3，Al₂O₃前应为4，底下便可得到Al为8，Fe为9。
铝热反应
该实验有一定的危险性，请同学们注意安全！ 该实验有一定的危险性，请同学们注意安全！
1.氧化铁和铝粉要混合均匀。 1.氧化铁和铝粉要混合均匀。 氧化铁和铝粉要混合均匀 2.纸滤斗要保证四周都有四层，（第二个滤纸 2.纸滤斗要保证四周都有四层，（第二个滤纸 纸滤斗要保证四周都有四层，（ 下口用水湿透，再将两个合并） 下口用水湿透，再将两个合并） 3.注意安全，装置离远点再点火。 3.注意安全，装置离远点再点火。 注意安全 离远点再点火
——铝热反应 铝热反应
指导老师： 指导老师：江志勇
实验原理： 实验ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理：
2Al+Fe2O3
实验仪器： 实验仪器：
高温
Al2O3+2Fe
圆形滤纸、酒精灯、坩埚钳、 圆形滤纸、酒精灯、坩埚钳、 铁架台、铁圈、 铁架台、铁圈、蒸发皿 实验药品： 实验药品： 氯酸钾(KClO3)、氧化铁（Fe2O3 ） 氯酸钾 、氧化铁（ 镁条、铝粉、 镁条、铝粉、细沙
1. 取一张圆形滤纸，倒入 克炒干的氧化铁 取一张圆形滤纸，倒入5克炒干的氧化铁 2O3)粉末， 克炒干的氧化铁(Fe 粉末， 粉末 再倒入2克铝粉、将两者混合均匀。 再倒入 克铝粉、将两者混合均匀。 克铝粉 混合均匀 2. 用两张圆形滤纸，分别折叠成漏斗状，将其中一个取出， 用两张圆形滤纸，分别折叠成漏斗状 将其中一个取出， 漏斗状， 在底部撕一个孔，用水润湿下面一点，再跟另一个漏斗套 底部撕一个孔，用水润湿下面一点， 在一起，使四周都有3层 在一起，使四周都有 层。 3. 将折好的滤纸架在铁圈上，下面放置盛 将折好的滤纸架在铁圈上，下面放置盛 沙的蒸发皿， 沙的蒸发皿，把混合均匀的氧化铁粉末 和铝粉倒入纸漏斗中。 和铝粉倒入纸漏斗中。 少量氯酸钾 4. 再在上面加少量氯酸钾，并在混合物中间 再在上面加少量氯酸钾，并在混合物中间 插一根镁条， 插一根镁条， 5. 点燃镁条，观察发生的现象。 点燃镁条，观察发生的现象。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章铝热反应原理铝热焊是基于铝热反应放出的化学热进行的焊接过程。
同时，在高温条件下，铝热焊还会伴随多种反应，化学反应的热力学决定了反应是否具备进行的基本条件，即反应是自动进行，还是需要某种条件。
冶金热力学的研究对象自然是冶金过程赖以存在的冶金化学变化，物理变化和相变化。
所谓冶金化学反应平衡指的是两项相对独立而又相互联系的内容：在一定条件下反应能否按预定方向自动进行；若能自动进行，则能进行到什么程度或限度．概括起来就是方向和限度问题在冶金中能量平衡—般表现为热平衡，其基本根据是冶金化学变化，物理变化和相变化中的能量效应，例如放热和吸热在此基础上建立了冶金反应和单元冶金过程的理沦热平衡．从而可计算放热反应( 包括燃烧) 的最高温度，吸热反应所必需的供热量以及为单元冶金过程的热制度提供依据．动力学的基本任务是研究各种因素（诸如温度、压力、浓度、介质、催化剂）对反应速率的影响，以揭示化学反应与物质结构之间的关系，达到控制化学反应的目的。
第一节铝热反应的热力学原理一热力学第一定律对宏观体系而言，热力学第一定律就是能量守恒原理。
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式。
通常表述为“能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个1物体，而在转化与传递中能量的总数量总是保持不变。
”二热力学第一定律的数学表达式与焓1.内能内能是蕴藏于体系内部的能量，是指体系内分子运动的动能，分子间相互作用的位能，以及原子、电子的运动能和核能的总和。
它不包括整个体系的动能以及体系在外力场中的位能。
用符号表示为U。
内能是状态的函数。
体系从状态 A 变到状态B，可能有多种路径，但从不同的路径进行变化，最终的内能增量⊿U 是一致的。
2.数学表达式用数学公式表达，热力学第一定律可以表示为：⊿U=q-W其物理意义是：体系所吸收的热量q 减去对环境所作功W，等于内能的增量⊿U。
3.焓当化学反应、相变过程和变温过程是在等压下进行的（通常是一大气压），如果体系除体积功外不作其它功，则有：⊿U=q p-P 外（V2-V 1）由于等压过程中P外= P2-P1所以有U2-U1= q p-(P2V2-P1V1)整理后变为：（U2+P2V2）-（U1+P1V1）= q p （2-1）由于U 和PV 都是由状态决定的，显然它的变化值[（U2+P2V2）-（U1+P1V1）]也由体系的始、终态决定而与途径无关。
这就是说，U+PV 体系的一个状态函数。
把这个复合量用H 表示，这就是焓。
引入焓的概念，2-1 式变为⊿H=q p2此式说明体系在不做非体积功的情况下，等压过程中所吸收的热等于体系焓的增量。
三铝热反应的化学热效应铝热反应进行时有剧烈的放热现象。
由于应用于铝热焊的铝热反应是在常压下进行，所以可用⊿H 来表示等压热效应。
注明了反应热的化学方程式为热化学方程式。
铝热焊的主要化学反应式：3FeO+2Al ＝3Fe+ Al 2O3+833.9kJ （2-2）Fe203 十2Al ＝2Fe 十Al 2O3 十828.9kJ （2-3）3Fe3 O4 十8Al ＝9Fe 十 4 Al 2O3 十3232.4kJ （2-4）式中：FeO——氧化亚铁；Fe2O3——三氧化二铁；Fe3 O4——四氧化三铁；Fe——金属铁；KJ——千焦耳。
钢轨铝热焊就是利用上述反应获得液压金属铁，同时利用上述反应的反应热熔化钢轨母材而进行的焊接过程。
四.热力学第二定律熵所有自发进行的过程都是符合热力学第一定律的，但并不是所有符合热力学第一定律的过程都可以自动实现。
热力学第二定律揭示的是过程发生的可能性及限度。
即回答在一定条件下，那些过程能自发进行（即不需要外界做功）以及自发进行的限度。
自然界中一切自发过程都是有方向的。
例如热可以由高温物体传给低温物体。
水从高处流向低处。
这种方向性的根3本原因就是物体与环境所组成的体系内部存在着某些物理量的差别，这种差别就是过程自发进行的推动力。
进行到差值消失时，体系就达到了平衡。
（一）熵的引出当体系的压力大于环境时，体系膨胀作功，当体系的温度高于环境时，体系传热给环境。
对可逆膨胀功δW 可=PdV一个是体系的强度性质P，一个是体系的容量性质的变化dV 。
与可逆膨胀功比较，对于可逆传热过程，与压力P 对应的强度性质为温度T，假定有一个容量性质S，那么容量性质的变化为dS，那么对应于δW可=PdV 就有：（2-5）q可TdS或：ds q 可T这个容量性质就是熵。
（二）由熵变判断过程（终态）B 进行的方向热力学第二定不可逆律上面所讨论的是熵在可逆过程中的变化。
在不可逆可逆过程中，熵的变化与T、 q的关系也可以导出：（始态）A假设理想气体的始态为A ，终态为B。
dU 可=δq 可-δ W 可图2-1dU 不=δq 不-δ W不由于内能是状态函数，体系的始、终态相同，内能变化也应相同4即：dU 可= dU不δq 可-δW 可=δq 不-δW不由于可逆过程所作功比相应的可逆过程小，即δW 可＞δW不δq 可＞δq不q可q不dST T 或者写成：dSqT（不可逆过程）（可逆过程）(2-6)这就是热力学第二定律的数学表达式。
对于绝热过程δq= 0，则（2-6）式为：dS≥0（不可逆过程）（可逆过程）(2-7)对于绝热熵永不减少，这个结论称为熵增原理。
在孤立体系中进行的任何不可逆过程都是自发过程，都是由非平衡态趋向平衡态向着熵增大的方向进行。
当熵增至最大时，体系达到了平衡，熵值不变。
五自由能及自由焓熵的概念实际上在应用上带来很多不便，因为只有在孤立体系的条件下才能应用⊿S≥0来决定自发过程进行的方向和限度。
对于非孤立体系还要考虑到环境的熵变，很不方化及化学反接、冶金等过程中的相变造、焊便。
热处理、铸5应都是在等温等压下进行的，自由能及自由焓可以作为体系新的函数，用以判断自发变化的方向，不必再考虑环境。
自发过程都有一种潜在的推动力，可以利用这种推动力来作功。
例如从高山上往下流水，是一个自发过程，水电站就是利用水的自发流动来推动机器作功而发电的。
还有一些自发进行的化学反应，如：Zn+Cu ++→Zn+++Cu 在电池内进行，使化学能转变成电能而作功。
这就是说，自发过程与作功能力密切相关，要解决自发过程的可能性、方向与限度，可以从功的角度着手。
（一）自由能根据热力学第一定律δW= -dU+ δqδW 即功的增量，对于等温等压过程，功分为体积功与非体积功，体积功即P 外dV，非体积功以δW’表示，则上式可写为：P 外dV ＋δW ’= －dU＋δq（2-8）’= －dU＋δq （2-8）热力学第二定律的数学表达式为dSq T将上式代入（2-8）式，整理得’≤－dU ＋TdS －PδW外dV（2-9）即’δW ≤－d（U－TS）（2-10）定义F＝U－TS，并称F为自由能，（2-10）式即变为：’≤－(dF)T,V δW（不可逆过程）（可逆过程）(2-11)上式表明：在等温等容，对于可逆过程，体系所作的最大非体积功等于体系自由能的减少。
而对于不可逆过程，体系作的非体积功小于自由能的减少。
根据自由能的定义可6知，自由能 F 是体系状态的函数， 自由能的变化值只由始态 与终态决定，而与变化的途径无关。
如果体系不作非体积功，即’＝ －(dF) δW T,V ＝0’对于不作非体积功的等温等容的不可逆过程， 由于 δ W ＝0，根据（ 2-10）式，’＜ －(dF) δW T,V ，即0－( dF)T,V 或 (dF)T,V ≤ 0即体系在等温等容， 不作非体积功时， 自发变化总是向 自由能减少的方向进行， 直到自由能减少到最低值， 达到平 衡为止。
（二）自由焓 对于等温等压可逆过程， P 外 dV= P dV ，(2-9)式可写为：δW δW’=－dU ＋TdS －PdV可’=－ dU ＋ d （ TS ）－ d （PV ）=-d(U+PV-TS)= －可d(H-TS)设G =H-TS ，并称 G 为自由焓，将此式代入上式可得’=－（ dG ）T,PδW可’W=－ ⊿G T,P可’<δW ’=－等温等压条件下，对于不可逆过程，δW不可’dG ，当体系只做体积功时， δW =0 dG T,P <0 ⊿G T,P <0因此，在等温等压条件下，体系中只有使 G 减小的过程才能自动进行。
用数学式表示则为⊿G T,P≤0 （自发过程））（平衡状态(2-12)判据表达上式就是自由焓式。
，许多单质无素都可以从另外与氧化铁的反应类似于铝7元素的氧化物中置换出该元素的单质。
铝热反应中伴随着许多类似的反应。
如锰或其它合金添加剂与氧化铁的反应、合金添加剂与坩埚材料二氧化硅的反应。
一部分反应是自发进行的，如铝、锰与氧化铁的反应。
而有些反应则需要一定条件，如铝与氧化铬间的反应，需要高温。
铝与氧化铁的反应结果正好提供了这样的条件。
铝热焊过程中，从焊剂点燃到钢液凝固的整个过程中，化学反应的种类是复杂多样的。
判断这些反应能不能进行，可以使用自由焓判据。
许多手册都提供了化合物的标准生成自由焓，可以由此计算反应的自由焓，根据自由焓判据判断反应能否进行。
（三）化学反应的⊿G在标准状态下生成物与反应物的自由焓之差称为反应的标准自由焓变化，用符号⊿G表示。
1 大气压下由最稳定的单质生成 1 摩尔化合物时自由焓变化称为该化合物的标准生成自由焓。
在298K 时的标准生成自由焓用符号⊿G f,298,稳定单质的标准生成自由焓为0，生成物的标准生成自由焓减去反应物的标准生成自由焓即为该化学反应的自由焓。
化合物的标准生成自由焓为负时，表示标准状态下该化合物的生成反应是自发的。
即该化合物在标准状态下是稳定的。
⊿G f,298数值越小，化合物越稳定。
值得说明的是，热力学只解答过程的可能性，自由焓为负值的化学反应能否进行，以及进行的条件、速度等必须由动力学来解决。
第二节铝热反应动力学基础及进展要了解铝热焊中的反应，除了首先要知道该化学反应的反应物和生成物的成分及分子结构外，还有两个方面的重要内容需要了解：其一是反应的方向和限度．化学热力学是研8究一个反应的方向和限度的有力工具，它可定量地计算出，在达到化学平衡时，反应能够进行的最大程度，亦即反应能够达到的最大理论转化率．此外是反应的速率，即该反应究竟有多快?需要多长时间才能得到一定数量的产物？这和热力学考察问题的方法不同，动力学是从动态的观点考察反应，主要考察反应过程的细节，即这个系统是怎样从一种状态转变到另一种状态以及这种转变所需要的时间．化学动力学就是研究化学反应的速率、影响反应速率的各种因素(浓度、温度、催化剂及光、电、辐射等)以及反应机理与反应速率的关系的科学．平衡态原则上也可以用动力学观点加以处理，即把平衡态看成正向速率和反向速率相等的情况．可是反过来却不然，知道反应达到平衡状态不等于对反应速率问题也有了了解，也就是说不能根据热力学来理解反应速率问题。