金属氧化物生成的反应是:M+nO2=MO(2n),M的化合价为4n。
△G=△H-T△S,氧化物标准生成自由能与温度的关系图中,直线的斜率就是反应熵变的负值。由于气体的标准熵远远比固体的大,因此金属氧化物生成反应的熵变为负,反应斜率就为正,且熵变与n的大小成比例关系。例如Al2O3的直线的斜率就很大,而FeO直线的斜率就较小,Ag2O更小。而对于非金属如C,发生C+O2=CO2的反应,熵变基本为0,是一条基本没有斜率的直线,若发生C+1/2 O2=CO,由于气体分子数增加,熵变为正,故直线斜率为负,也就是说温度越高标准生成自由能越小(标准生成自由能为负值)
绝大多数金属氧化物室温下稳定,因此室温下绝大多数氧化物的标准生成自由能为负,由于熵变也为负,因此△G会为0,此时T=△H/△S。△G=0时分解反应的平衡常数K=1。T越大,氧化物分解温度越高(氧化物越稳定)
有的氧化物的关系图不是一条直线而是一条折线,这说明反应的熵变发生了变化。物质的标准熵不会变化(或者变化较小),如果出现折线应该是反应物的物态发生了变化,通常是金属熔化了(因为金属的熔点通常比氧化物低),若金属熔化,由于液体的熵变大于固体,因此反应的熵变得更负,斜率更大。
对于金属还原另一金属氧化物的反应,只需要比较两条直线的高低即可,若一条直线在某一温度范围内在另一条直线下,较低的直线表示的金属就可以还原直线位置较高的金属的氧化物。
碳在足够高温下可以还原几乎所有金属的氧化物,就是因为C+1/2 O2=CO的反应熵变为正,所以直线斜率为负,也就是说这个反应表示的直线在足够高的温度下几乎可以在所有的金属氧化物代表的直线之下。