第三章多组分的体系热力学-PPT课件
大学物理化学 第三章 多组分系统热力学习指导及习题解答
RT Vm p A Bp
积分区间为 0 到 p,
RT
p
d ln
f=
(p RT
A Bp)dp
0
0p
RT p d ln( f )= (p A Bp)dp Ap 1 Bp2
0
p0
2
因为
lim ln( f ) 0 p0 p
则有
RT ln( f )=Ap 1 Bp2
为两相中物质的量浓度,K 为分配系数。
萃取量
W萃取
=W
1
KV1 KV2 V2
n
二、 疑难解析
1. 证明在很稀的稀溶液中,物质的量分数 xB 、质量摩尔浓度 mB 、物质的量浓度 cB 、质量分数 wB
之间的关系: xB
mBM A
MA
cB
MA MB
wB 。
证明:
xB
nA
nB nB
nB nA
)pdT
-S
l A,m
dT
RT xA
dxA
-S(mg A)dT
-
RT xA
dxA =
S(mg A)-S
l A,m
dT
Δvap Hm (A) T
dT
-
xA 1
dxA = xA
Tb Tb*
Δvap Hm (A) R
dT T2
若温度变化不大, ΔvapHm 可视为常数
- ln
xA =
Δvap Hm (A) R
真实溶液中溶剂的化学势 μA μ*A(T, p) RT ln γx xA =μ*A(T, p) RT ln aA,x
真实溶液中溶质 B μB μB* (T, p) RT ln γx xB =μ*A(T, p) RT ln aB,x
多组分体系热力学解析
体系中的组分对某热力学性质的贡献.
三.
化学势
• 定义: 偏摩尔吉布斯自由能为化学势 (chemical potential)
•
i=(G/ni)T,p,n(j≠i) (5)
• i : i物质的化学势. • 化学势也是一种偏摩尔量, 因为G的偏摩 尔量在化学中特别重要, 在计算中常常出 现, 故人们特意定义它为化学势.
(1)
•求Z的全微分: • dZ=(Z/T)dT+(Z/p)dp+∑(Z/ni)T,p,n(j≠i)dni •对于恒温, 恒压过程, 上式变为: •
Z dZ dni i ni T , p ,n ji
dT=0 dp=0
• 定义: •
Zi,m= (Z/ni)T,p,n(j≠i)
=TdS-pdV+∑idni
• 比较(7)式和上式, 可得:
•
i=(U/ni)S,V,n(j≠i)
• 上式也是化学势的定义式, 与(5)是等价的.
• 多组分体系的Gibbs关系式 :
• (适用于达力平衡, 热平衡,只作体积
功的均相体系) • dU=TdS-pdV+∑idni (8)
•
• •
dH=TdS+Vdp+∑idni
dF=-SdT-pdV+∑idni dG=-SdT+Vdp+∑idni (11)
(9)
(10)
• 化学势的四个等价的定义式: •
• • •
i=(U/ni)S,V,n(j≠i) (12)
i=(H/ni)S,p,n(j≠i) (13) i=(F/ni)T,V,n(j≠i) (14) i=(G/ni)T,p,n(j≠i) (15)
物理化学(3)
X 即:X B n B T , p ,nCB
系统中B物质的偏摩尔量
偏摩尔量是:在恒T、p条件下,保持除B组元外 的其他组元量不变,向溶液中加入dnB的B 组元 引起溶液容量性质X(如 S,U,H,A,G,V等)的变化
等温等压下: dX X B dnB
* A
pB p xB
* B
二、 Henry定律 对挥发性溶质(气体):
pB k x ,B xB
k x ,B —— Henry常数,与pB有相同的量纲。
浓度的表示形式有多种, 但Henry定律形式一定。
即,溶液中B组元在与溶液平衡的蒸气中的分压 pB与其在溶液中的浓度成正比:
pB k x ,B xB km,BmB kc ,BcB kw,B wB
fB 则: B (T ) RT ln p
B
fB ——逸度,相对于理想气体的校正压强; 集中了各种压强因素(理想、非理想),
§5. 稀溶液的两个经验定律一、Leabharlann aoult定律 大量实验发现
加入溶质
导致
溶剂蒸气压↓
且蒸气压降低量只与溶质的量有关,而与溶质
的种类无关。如,同浓度的蔗糖水溶液和尿素
三、化学势与温度、压强的关系 1.化学势与温度的关系 G B GB , ( ) p S T B GB S ( )p ( ) p S B ( )T , p ,nCB T T nB 2.化学势与压强的关系 G B GB , ( )T V p
V溶液
20 40 60 80
cm3 100.4 100.4 100.4 100.4
cm3 31.68 84.47 190.05 506.80
第三章—多组分系统热力学及其在溶液中的应用-1
所组成,在等温等压下往此系统中加无
限小量 dn1的 1 和 dn2的 2 时,系统的某 个热力学量 Z 的变化就可表示为:
dZ Z1dn1 Z 2 dn2 1 ()
• 若连续不断地往此系统中加入 dn1 和 dn2,
且保持 d n1: d n2 = n1: n2 不变;
• 即保持所加入物质的组分比与原系统的
Z n1Z1 n2 Z 2 nB Z B (2)
对
(2) 式全微分: dZ (n1dZ1 Z1dn1 )
(n2 dZ 2 Z 2 dn2 ) (3)
事实,不论是按比例同时添加或分批
先后加入组分,一定温度、压力下最终
状态是一样的。
dZ Z1dn1 Z 2 dn2 1 ()
x dZ
B B
B
0 (等温, 等压)
上式表明各组分偏摩尔量之间不是完全 相互独立的,有一定的联系。
§3.4 化学势
一、化学势 1. 化学势定义
在所有容量性质的偏摩尔量中,有一种偏 摩尔量特别重要 偏摩尔自由能,即 “化 学势”,用符号 i 表示,
G i Gi ( )T , P ,n j ( ji ) ni
C ( CB )
(注意下标,必须是等温 T,等压 P)
三、吉布斯-杜亥姆(GibbsDuhem)公式
如果在上述系统中不是按原溶液的组分
比例同时添加各组分,而是分批先后加
入 n1 mol 组分1;n2 mol 组分2 …;
则过程中系统的量和浓度均在不断变化,
各组分的偏摩尔量及系统的容量性质 Z 也同时在变化。
2)只有在等温等压条件下的偏微商才称为
偏摩尔量,否则不能叫偏摩尔量。 例如:(Z/nB) T, V, n
物理化学 3第三章 多组分体系热力学
第三章 多组分体系热力学内容提要只要指定两个强度性质便可以确定单组分体系的状态。
在多组分体系中,决定体系状态的变量还需包括组成体系的各物质的量。
在多组分体系热力学中,有两个重要的概念:偏摩尔量和化学势。
1、偏摩尔量(1)定义:设X 代表多组分体系中任一容量性质,在等温、等压、组成不变的条件下,体系中B 物质的容量性质Z 对B 物质的量n B 的偏微分称偏摩尔量,表示为Z 。
Z =(∂Z∂n B )T,p,nB(B ≠B )偏摩尔量是强度性质,和体系的总量无关,和组成体系各物质的浓度有关。
(2)偏摩尔量的集合公式∑==1B B B Z n Z多组分体系的广度性质等于体系中各组分物质的量与该物质偏摩尔性质的乘积之和。
(3)吉布斯-杜亥姆公式01=∑=B BB dZn该式表述了当发生一个无限小过程时,体系中各组分偏摩尔量变化值之间的关系。
它表明在均相体系中各组分的偏摩尔量之间是相互联系的,具有此消彼长的关系。
2、化学势(1)定义:偏摩尔吉布斯能G B,称为化学势,用μB 表示,单位为J·mol -1。
μB =(∂G∂n B )T,P,nB≠B广义的化学势:μB =(∂U ∂n B )s,v,nB(B≠B ) =(∂H ∂n B )s,p,nB(B≠B ) =(∂F ∂n B )T,V ,nB(B≠B ) =(∂G ∂n B )T,P,nB(B≠B ) (2)多组分组成可变体系的四个热力学基本公式:dU=TdS-pdV+B BBdn ∑μdH=TdS-pdV+B BBdn ∑μdF=sdT-Vpd+B BB dn ∑μdG=sdT-Vpd+B BBdn ∑μ(3)化学势的一些关系式 化学势集合公式∑=BB B n G μ等温、等压条件下化学势的吉布斯-杜亥姆公式∑BB Bd nμ化学势与温度的关系(∂μB∂T )p,nB=-V m ,B ) 化学势与压力的关系(∂μB ∂p )T,nB =v m ,B3、化学势判据等温、等压、W'=0条件下0≤∑B BB dn μ(1)相平衡:在等温、等压、W'=0的条件下,组分B 在α、β、…等各相达到平衡的条件是μB (α)=μB (β)=…在上述条件下,如果μB (α)>μB (β),则组分B 自发地从α相向β相转移。
多组分系统热力学
第三章 多组分系统热力学§ 引言基本概念 1、多组分系统两种或两种以上的物质(或称为组分)所形成的系统称为多组分系统。
多组分系统可以是均相的,也可以是多相的。
它(如:多组分单相系统)的热力学性质,则不仅由系统的温度、压力所决定,还与系统的相的组成有关。
2、混合物(mixture )多组分均匀系统中,各组分均可选用相同的方法处理,有相同的标准态,遵守相同的经验定律,这种系统称为混合物。
混合物有气相、液相和固相之分。
3、溶液(solution )含有一种以上组分的液体相或固体相称之为溶液。
溶液有液态溶液和固态溶液之分,但没有气态溶液。
4、溶剂(solvent )和溶质(solute )如果组成溶液的物质有不同的状态,通常将液态物质称为溶剂,气态或固态物质称为溶质。
如果都具有相同状态,则把含量多的一种称为溶剂,含量少的称为溶质。
溶剂和溶质要用不同方法处理,他们的标准态、化学势的表示式不同,服从不同的经验定律。
溶质有电解质和非电解质之分,本章主要讨论非电介质所形成的溶液。
如果在溶液中含溶质很少,这种溶液称为稀溶液,常用符号“∞”表示。
多种气体混合在一起,因混合非常均匀,称为气态混合物,而不作为气态溶液处理。
多组分系统的组成表示法 1、B 的质量浓度B def(B)m Vρ 即用B 的质量m B 除以混合物的体积V 。
B ρ的单位是: kg ·m —3。
2、B 的质量分数BAAdef(B)m w m ∑ 即B 的质量m B 与混合物的质量之比。
w B 的单位为1。
3、B 的浓度B Bdefn c V即B 的物质的量与混合物体积V 的比值。
c B 常用单位是mol ·L —1。
4、B 的摩尔分数B BAAdefn x n ∑ B 的物质的量与混合物总的物质的量之比称为溶质B 的摩尔分数,又称为物质的量分数。
摩尔分数的单位为1。
气态混合物中摩尔分数常用y B 表示。
第三章 多组分系统
1000 n1 55.5087 mol 18.0152
V2,m=b+2cn2=51.832+20.1394×1.000=52.111 cm3· mol-1 V1,m=(a-cn22)/n1=(1002.935-0.139412)/55.5087=18.0656 cm3· mol-1
其物质的量和偏摩尔 体积分别为 n1 ,V1 和 n2 ,V2 ,则体系的总体积为:
V n1V1 n2V2
X nB X B,m
B 1
i
如二组分溶液的体积
U nBU B
B
U UB ( )T , p ,nc ( c B) nB H HB ( )T , p ,nc ( c B) nB F A AB ( )T , p ,nc ( c B) F nB S SB ( )T , p , nc ( c B) nB G GB ( )T , p ,nc ( c B) nB
第三章 多组分系统热力学
Thermodynamics of the solution
第一节 多组分系统和组成表示法
一、多组分均相系统分类
1. 混合物:在热力学中,任何组分可按同样的方法来处理的均 相系统; 2. 溶液:在热力学中,各组分不能用同样的方法来处理 含量较多的组分称为溶剂 其他组分称为溶质 3. 稀溶液:溶质摩尔分数的总和远小于1 稀溶液有依数性质 有溶质和溶剂之分为溶液,否则为混合物
化学势是状态函数,是强度量,由于其绝对值不可知, 因此不同物质的化学势大小不能比较。 同偏摩尔量一样,没有体系的化学势可言。 化学势在判断相变和化学变化的方向和限度方面有重 要作用。
二、广义化学势和热力学基本公式
G=f(T, p, n1, n2…)
物理化学-多组分系统热力学
①μa = μb ②μc < μd ③μe > μf ④μa < μd ⑤ μb < μd ⑥ μd > μf
4. 化学势判据及应用举例 恒温、恒容
封闭系统,W′=0
恒温、恒压
分别代入
dG SdT Vdp B α dnB α αB
封闭系统,W′=0
恒温恒容或恒温恒压
化学势判据
化学势 判据
系统某广度量 X表现为温度 T、压力 p 及系统各组 分物质的量 nB、nC、nD、…等的函数:
X (T , p, nB, nC , nD ,)
恒温恒压下,系统中每一组分物质的量增加相同的倍数λ , 则其广度量也增加同样的倍数:
X T , p, nB , nC , nD , X T , p, nB, nC, nD,
解: 由题意得:水和甲醇的偏摩尔体积分别为:17.35ml/mol和
39.01ml/mol. 由集合公式可得,混合后溶液体积为:
nBVB V
V=0.4mol× 39.01ml/mol+0.6mol×17.35ml/mol=26.01ml
未混合前,甲醇和水各自体积的加和为:
V
n甲醇M甲醇
甲醇
n水M 水
S ,V ,nC
H nB
S , p,nC
A nB
T ,V ,nC
保持上述四个基本热力学函数U/H/A/G的特征变量和除B 以外其它组分物质的量不变,某热力学函数随组分B的物质 的量的变化率称为化学势。
注意不同的下标变量:不能把任意的热力学函数对nB的 偏微商都称为化学势,一定的限制条件。
任一化学反应,假定系统已处于相平衡,
任一组分B在每个相中的化学势都相等:
Bα B
热力学完整ppt课件
01
02
空调制冷技术原理:利 用制冷剂在蒸发器内蒸 发吸收室内热量,再通 过压缩机将制冷剂压缩 成高温高压气体,经冷 凝器散热后变成低温低 压液体,如此循环实现 制冷。
节能措施探讨
03
04
05
采用高效压缩机和换热 器,提高制冷效率。
优化控制系统,实现精 准控温和智能节能。
采用环保制冷剂,减少 对环境的影响。
THANKS
感谢观看
05
化学热力学基础
化学反应热效应计算
反应热的概念及分类
反应热的计算方法及 实例
热化学方程式的书写 及意义
盖斯定律在化学热力学中应用
盖斯定律的内容及意义 盖斯定律在反应热计算中的应用
盖斯定律在相变热计算中的应用
化学反应方向判断依据
化学反应自发进行的方向判据
焓变与熵变对反应方向的影响
自由能变化与反应方向的关系
热力学完整ppt课件
目 录
• 热力学基本概念与定律 • 热量传递与热平衡 • 气体性质与过程分析 • 相变与相平衡原理 • 化学热力学基础 • 热力学在能源工程领域应用
01
热力学基本概念与定律
热力学系统及其分类
孤立系统
与外界既没有物质交换也没有能量交 换的系统。
开系
与外界既有能量交换又有物质交换的 系统。
04
相变与相平衡原理
相变现象及分类
相变现象
物质从一种相转变为另一种相的过程 ,如固、液、气三相之间的转变。
分类
一级相变和二级相变。一级相变涉及 热量的吸收或释放,体积发生变化; 二级相变无热量交换,体积不变。
相平衡条件与克拉珀龙方程
相平衡条件
在一定温度和压力下,各相之间达到动 态平衡,各相的性质和组成不再发生变 化。
无机化学教学3章化学热力学基础PPT课件
反应自发性的判断
1 2
自发反应的定义
自发反应是指不需要外界作用就能自动进行的反 应。
自发性的判断依据
根据热力学第二定律,自发反应总是向着能量降 低、熵增加的方向进行。
3
自发性与焓变和熵变的关系
自发反应总是向着ΔH - TΔS < 0的方向进行,其 中ΔH为焓变,ΔS为熵变,T为绝对温度。
反应热的计算
表述
$Delta U = Q + W$,其中$Delta U$表示系统内能的变化,$Q$表示系统吸 收或放出的热量,$W$表示外界对系统做的功。
热和功的转化
热转化为功
当系统体积膨胀对外做功时,吸收的 热量会部分转化为对外做功。
功转化为热
当外界对系统做功使得系统体积压缩 时,外界所做的功会全部转化为系统 内的热量。
表述
熵增加原理指出,在封闭系统中,总熵(即系统熵与环境熵 的和)总是增加的。
卡诺循环与熵的概念
卡诺循环
卡诺循环是理想化的热机工作过程, 由四个可逆过程组成(等温吸热、等 温放热、绝热膨胀、绝热压缩)。
熵的概念
熵是描述系统混乱度或无序度的物理 量,其值越大,系统的无序度越高。
熵增加原理
表述
解释
应用
04 热力学第三定律
定义与表述
热力学第三定律通常表述为
在绝对零度时,任何完美晶体的熵值为零。
另一种表述为
不可能通过有限步骤将绝对温度降到绝对零度。
绝对熵的求算
根据热力学第三定律,绝对熵可以通 过计算完美晶体在绝对零度时的熵值 来获得。
在计算过程中,需要考虑晶体的原子 排列、分子振动等因素对熵值的影响。
热力学的主要概念
状态函数
第三章 多组分系统热力学《物理化学》要点
B
μB dnB
B
μB dnB
不但适用于变组成的封闭系统,还适用于变组成的敞开系统。
二、化学势在相平衡中的应用
•在等温等压且W′=
0条件下,封闭体系中过程
自发性判据为:
dGT , P 0
{
自发 (W ' 0) 平 衡态
对于多组分均相系统:等温等压且W′= 0条 件下判据为:
dGT , P B dnB 0
B
{
自发 (W ' 0) 平衡态
对于一个单组分多相封闭系统有
相
相
假设 B 由 相 转移至 相 的物质的量 dn 无限小,且:
dn 0 而: dn -dn
dG dG( ) dG( )
B dn B dn
B (dn ) B dn
G 其中只有 n B
T,p, n C
是偏摩尔量,其余三个均不是
偏摩尔量。
对组成可变的系统四个热力学方程为:
dU T dS p dV
dH T dS V dp
B
μB dnB
μB dnB
B
dA -S dT V dP
dG S dT V dp
(3) 多相系统平衡时有: μ в(α)= μв(β) =……B物质在各相 中的化学势相等.
三、化学势与温度压力的关系
( B ) p , nC S B T
SB>0,所以当温度升高时,化学势降低。
( B / T ) 1 B B B TS B HB [ ] p , nC ( ) p ,nC 2 2 2 T T T T T T
偏摩尔量与化学势ppt课件
S B,m
S nB
T ,P,nC (C B)
注意
• 对偏摩尔量的定义都是指等温等压条件下, 若非此条件,如
H nB
T ,V ,nC (C B)
H B,m
• 这个偏微商就不是偏摩尔量,当然也就不
能用
H nB
T ,V ,nC (C B)
来求算H。
二、化学势
• 1.定义
• 当某均相体系含有不止一种物质时,它的 任何热力学性质都应是P、V、T等热力学函 数中任取两个独立变量再加上各物质物质 的量的函数,如吉布斯自由能:
Z Z (T , P, n1, n2 , n3...... nk )
• 等温等压下,有
•令
dZ
B
Z nB
dnB
T ,P,nC (C B)
Z nB
T ,P,nC (C B)
Z B,m
•则
k
dZ Z B,m dnB B 1
• ZB,m即为物质B的某种容量性质Z的偏摩尔 量(Partial molar quantity)。
• 正如温度T决定相间是否存在热平衡、压力P决定
相间是否存在力学平衡一样,状态函数化学势 B
决定相间是否存在物质平衡。
b.化学势在反应平衡中的应用
• 化学反应中的平衡条件:
B B 0
B
• 应用于达到反应平衡,只做P-V功的封闭体 系。
• 式中 B 是反应中各物种B的化学势, B 是各物质的化学计量系数,对生成物取正 值,对反应物取负值。
二、亨利定律
• 针对挥发性溶质在溶液中的溶解度,亨利定律规 定:
在一定温度和平衡状态下,气体在溶液中的
溶解度(物质的量分数)与该气体的平衡分压成
物理化学第3章 多组分系统的热力学,逸度和活度
3.1 引言
I.
多组分系统的热力学
3.2 偏摩尔量 3.3 化学势与热力学基本方程 3.4 平衡判据与平衡条件 3.5 相律
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II. 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13
逸度、活度和混合性质 化学势与逸度 逸度和逸度因子的求取 拉乌尔定律和亨利定律 理想混合物和理想稀溶液 化学势与活度(1) 活度和活度因子的求取 化学势与活度(2) 混合性质与超额函数
26.42
25.47
H2O(A) —C2H5OH(B)
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偏摩尔量的物理意义 偏摩尔量Xi 是1mol物质i在一定T,p下 对一定 浓度的均相多组分系统某广延性质X的贡献。 2.集合公式 X ni ni K K X 0 dX i 1 0 X i dni i 1 X i 0 dni
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本章框架 ◆ 多组分系统的热力学 偏摩尔量(化学势,…)
组成可变的多相多组分系统的热力学基本方程
主要应用:导出用化学势表示的平衡判据;
相平衡和化学平衡条件;相律
◆ 逸度、活度和混合热力学性质 选用一定的参考状态,用逸度和活度表达化学 势,由各组分纯物质的热性质与混合热性质表 达多组分系统的热性质。
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I. 多组分系统的热力学
3.2 偏摩尔量
1.偏摩尔量的定义与物理意义
根据关于状态函数的基本假定,对于均相 多组分系统的广延性质X,可写出
X X (T , p, n1 , n2 , , nK )
K
X X dX dT dp T p p ,n j T ,n j
3.1 引言
物理化学第七版第三章 多组分系统热力学
B1
常见偏摩尔量如下:
VB ,m
V ( nB
)T , p,n jB
U B ,m
U ( nB
)T , p,n jB
H
H B,m
( nB
)T , p,n jB
S SB,m ( nB )T , p,njB
F FB,m ( nB )T , p,njB
G
GB,m
( nB
)T , p,n jB
注意:1、只有广度性质才有偏摩尔量,偏摩尔量是 强度性质的状态函数。
广义化学势:保持特征变量和除B以外其它组分不变 时,某热力学函数随物质的量 nB的变化率称为广义化 学势。
注意:任意热力学函数的偏摩尔量并不都是化学势, 只有偏摩尔吉布斯能才是化学势。
二、化学势与温度及压力的关系(自学)
G f (T , p, n1, n2 , ...) 组成恒定时 dG -SdT Vdp
dG SdT Vdp BdnB
恒温恒压下: dG BdnB
化学势判据:恒温恒压且不做非体积功时:
dG BdnB 0
dG BdnB 0
k
dG BdnB 0 B1
自发进行 可逆或平衡 不能进行
1、化学势在相平衡中的应用
恒温恒压下,dnB摩尔的B物质由 相转移到 相:
dG=dG+dG 相 dnB
H* m,A
(s)
RT 2
dT
ln
xA
fus
H* m,A
R
1
Tf
1 Tf*
Tf
RTf*Tf
fus
H* m,A
ln xA
K f
ln
xA
K f
ln(1
xB )
第三章_多组分系统热力学讲义
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2017/10/30
3.0 引言
2.质量摩尔浓度mB(molality)
mB
def
nB mA
溶质B的物质的量与溶剂A的质量之比称为 溶质B的质量摩尔浓度,单位是 mol kg -1 。这个 表示方法的优点是可以用准确的称重法来配制溶 液,不受温度影响,电化学中用的很多。
135ml乙醇+65ml乙醇=200ml; 100ml乙醇+100ml乙醇=200ml; 150ml水+50ml乙醇<200ml; 135ml水+65ml乙醇<200ml; 100ml水+100ml乙醇<200ml;
20%乙醇水溶夜100ml+20%乙醇水溶夜100ml=200ml.
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2017/10/30
3.0 引言
3.物质的量浓度cB(molarity)
cB
def
nB V
溶质B的物质的量与溶液体积V的比值称为溶 质B的物质的量浓度,或称为溶质B的浓度,单位 是 mol m 3 ,但常用单位是 mol dm 3 。
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3.0 引言
混合物(mixture) 多组分均匀体系中,溶剂和溶质不加区分,各 组分均可选用相同的标准态,使用相同的经验定律, 这种体系称为混合物,也可分为气态混合物、液态 混合物和固态混合物。
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2017/10/30
3.0 引言
在液态的非电解质溶液中,溶质B的浓度表 示法主要有如下四种:
第三章多组分系统热力学及其在溶液中的应用3-9
T2
(3)
ln xA
d ln xA
ln x A 0
1 Tf R Tf*
HTm (2凝固)dT
ln xA
H
( m(凝固)
1
R
Tf
1) Tf*
(4)
xB
H
m(
很小
凝固) (Tf* RTf Tf*
ln xA
Tf
ln(1
)
Hmθ (凝固)Tf R(Tf* )2
xB ) xB nA
nB
浓度有关
原因 纯A与溶液中的A化学势不等
A
θ A (T
)
RT
ln
pA pθ
(1)
'A
A(T )
RT
ln
pA pθ
(2)
2. 渗透压定义
= p2-p1 3. 与溶液中溶质浓度有关
根据A
θ A(T )
RT
ln
pA pθ
(1)
'A
θ A(T )
RT ln
pA pθ
(2)
p2 p1
定温下,d VAdp
公式 Tb KbmB
Kb
R(Tb )2 M A
H
m ( 蒸发 )
,
沸点升高常数
说明:(1) Kb只与溶剂种类有关,与溶质性质无关 (2) Tb公式只适用于非挥发性溶质所形成的 稀溶液
三、 渗透压( )
渗透现象: 溶剂分子通过半透膜而自动进入溶液
(1) 溶液液面升高 (2) 升高的高度与溶液的
定义:
则有:
RT cB' M39;B
(1) MB (2) 在自然界的重要意义
维持动植物生命重要性
多组分系统热力学 华南理工大学物理化学课件
VB (V / nB )T , p , n' n
C
VB=加1molB 的体积增量
B
偏摩尔焓
H B (H / nB )T , p, n' n
C
高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社
恒T, p 偏摩尔量VB的意义
多组分系统
华南理工大学葛华才主编 . 《物理化学CAI》.2008年8 月20 日
引言
:含有多个组分(nB, nC,…)的系统 多组分系统: 多组分系统 单相多组分系统: 系统内部性质完全均匀 单相多组分系统:系统内部性质完全均匀 多相多组分系统:系统性质分成若干均匀部分 多相多组分系统: 系统性质分成若干均匀部分 性质:X = X (T, p, nB, nC, …)
高 等 教 育 出 版 社 高等教育电子音像出版社
多组分系统
华南理工大学葛华才主编 . 《物理化学CAI》.2008年8 月20 日
教学基本要求 (4 ~ 6学时)
(1) 掌握拉乌尔和亨利定律以及它们的应用。 (2) 理解偏摩尔量和化学势的概念。理解理想系 统(理想混合物及稀溶液 )中各组分化学势的表达式。 (3) 理解能斯特分配定律。 (4) 了解稀溶液的依数性。 (5) 了解逸度和活度的概念。 *了解逸度和活度的标准态及活度因子的简单计算 方法。
和乙醇的蒸气压。 解: w乙醇= 3%时
x乙醇=(3/46)/[(3/46)+(97/18)]=0.0120
*x ) / x kx, 乙醇= (p总-p水 水 乙醇
=[101.325-91.3×(1-0.0120)] kPa /0.0120 0.0120)]kPa kPa/0.0120 = 930kPa 930kPa×0.02 = 18.6kPa p乙醇= k乙醇x乙醇= 930kPa
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多组分均匀体系中,溶剂和溶质不加区分,这种体系 称为混合物。
混合物可分为气态混合物、液态混合物和固态混合物 (统称为流体混合物)。
3
第一节 引言
3 溶液组成常用的表示方法
物质的量分数(摩尔分数ຫໍສະໝຸດ x B溶液中物质B的物质的量分数定义为:
c B =4.4/46/(0.1/992)=948mol•m-3
6
第二节 多组分体系中物质的偏摩尔量和化学势
1. 单组分体系的摩尔热力学函数值
体系的状态函数中V,U,H,S,F,G等是广度性质,与物
质的量有关。设由物质B组成的单组分体系的物质的量为n mol, 则各摩尔热力学函数值的定义式分别为:
是指每立方米溶液中所含有溶质B的物质的量
cB
nB V
单位:mol•m-3。
浓度是溶液系统的强度性质,与溶液的量无关,这
为同一溶液中各种不同标度的浓度,之间进行换算提供
了方便,只要取合适量的溶液就可进行简捷换算。 5
第一节 引言
例. (1)试求 x B =0.0177 的乙醇水溶液的质量摩尔浓度 m B (2已知乙醇质量分数w B 为0.044的溶液的密度=992kg.m-3, 试求此水溶液的浓度 c B 。
xB
nB nB
物B 质 的质 /M 量 B n (物B 质 的质 /M 量 B)
nB
B
B
B
xB 1
B
质量分数 w B
物质B的质量分数指溶液中所含B的质量与溶液的总质量之比
物质B的质量
wB
物质B的质量
wB 1
B
B
x B 和 w B 都是无量纲的量。
4
第一节 引言
摩尔Gibbs 自由能(molar Gibbs free energy)
Gm
G n
这些摩尔热力学函数值都是强度性质。纯组分体系或者组分不
变的单相体系,在体系的T、p一定的条件下这些函数有确定值。 7
第二节 多组分体系中物质的偏摩尔量和化学势
2. 多组分体系物质的偏摩尔量与化学势
为什么引入 ?
纯物质体系(单组分体系)或者组成恒定的多组分体系的状态
只要两个独立的变量(一般选用T和p)就可以确定,当多组分封
闭体系内组成改变、相变或化学变化时,体系广度性质的改变
除了与T、p有关外,还与各组分物质的量的变化有关。设Z代表
体系的广度性质V,U,H,S,F,G,则对多组分体系
ZZ(T,p,n1,n2,n3, )
引出两个新的状态函数:偏摩尔量(partial molar quantity) 和化学势(chemical potential),前者对研究溶液热力学性质(特 别是非理想溶液)是一重要的基本概念,后者对于相平衡及化 学平衡的研究非常重要。
质量摩尔浓度(molaity)m B
溶质B的质量摩尔浓度是指1kg溶剂中所溶解的B的物质的 量,这个表示方法的优点是可以用准确的称重法来配制溶液, 不受温度影响,在电化学中用应用较为广泛:
mBW nB A物M B 质 B 的 W A 质 n量 A nM BA 单位:mol•kg -1。
物质的量浓度(molarity) c B
物理化学
第三章 多组分体系热力学
Thermodynamics of Multicomponent Systems
制作:赵彦春
1
本章目录
第一节 引言 第二节 多组分体系中物质的偏摩尔量和化学势 第三节 混合气体中各组分的化学势 第四节 稀溶液的两个经验定律 第五节 理想溶液(ideal solution)的定义、通
T , p,nC
以 Z B ,m 表示 即dZ ZB,mdnB
9
B
第二节 多组分体系中物质的偏摩尔量和化学势
偏摩尔量
ZB,m
Z nB
此式为偏摩尔量的定义式 T, p,nC
例如:
VB,m
V nB
称为偏摩尔体积,
T, p,nC
GB,m
G nB
摩尔体积(molar volume) Vm V n 摩尔热力学能(molar thermodynamic energy) Um U n
摩尔焓(molar enthalpy)
Hm
H n
摩尔熵(molar entropy)
Sm S n
摩尔Helmholz自由能(molar Helmholz free energy) Fm F n
解:(1)取1mol 溶液,则其中含B(即乙醇)和A(即水)分别为 0.0177mol 和0.9823mol,则
m B =0.0177mol/(0.9823·MA)=0.0177/(0.9823×18×10-3)=1mol.kg-1
(2) 取100g溶液,则其中含B为(4.4/46)mol, 溶液体积为(0.1/992)m3,
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第二节 多组分体系中物质的偏摩尔量和化学势
3. 偏摩尔量(Partial molar quantity)
(1) 偏摩尔量的定义
对于多组分体系,ZZ(T,p,n1,n2,n3, )写出全微分
dZT Zp,ndTZpT,ndpnZ1T,p,nj(j1)dn1........nZ.k.T,p,nj(jk)dnk
性及各组分的化学势 第六节 稀溶液中各组分的化学势 第七节 稀溶液的依数性(colligative properties)
2
第一节 引言
多组分体系常采用的术语 1. 溶液(solution) 定义:两种或两种以上物质彼此以分子或离子状态均匀混合所形成
的体系。 组成:溶剂(solvent)和溶质(solute) 分类:(1)气态溶液、固态溶液和液态溶液(以物态分类)。
是B物质的偏摩尔吉布斯自由能。
T, p,nC
同理还有 F B ,m H B ,m U B ,m 等偏摩尔量。
T Zp,ndTZpT,ndpB nZ1T,p,nCdnB(C表示B以 除外的其他所 质)有
在等温等压条件下:dT0 dp0
上式变为: dZ
B
nZB
T,p,nc
dnB
把偏微商
Z nB
称为多组分均相体系中B物质的偏摩尔量