多组分系统(第一部分
第四章 多组分系统1
B B B B B
B
（2）
此式与前式相减得：
n dX 0 除以 n= n → x dX 0
等ＴＰ，
B
B
B
B
B
B
B
——吉布斯－杜亥姆方程
B
例：
二组分系统， nAdX A nB dX B ＝０
或
xAdX A xB dX B ＝０
5.偏摩尔量间函数关系
H B = U B p VB
Ｇ＝Ｇ（Ｔ,Ｐ,ｎA,ｎB,……ｎｋ）
G G ) P ,n dT ＋ ( )T , n dP ｄＧ＝ ( T P
＋
B A
k
G ( )T , P,nC dnB nB
G G 组成不变：有 ( ) P,n S， ( )T ,n V T p
dG＝－ＳｄＴ＋ＶｄＰ＋
B
G 定义式：μ Ｂ＝ ( )T , P ,nC nB
X 引起系统容量性质 dX 的改变值 ( )T , p ,nC nB
注意：
1）必须在等 TP 下的偏微商
其它条件下不是偏摩尔量
X XB =( )T , p ,nC nB
GB
X ( )T ,V ,nC ≠ X B nB
G ( )T ,V ,nC nB
=
G ( )T , p ,nC nB
k
Z Z dp dZ= ( ) p ,nA ,nB ,n C nk dT + ( ) p T Z Z )T , p ,nA ,nC nK dnB +( ) p ,nB ,n C nk dnA + ( nB nA Z + ……+ ( )T , p ,nA ,nB , nk 1 dnk nk
物理化学：第4章_多组分系统热力学_
真实混合物：实曲线
Vm xBVB xCVC VB (VC VB)xC
当混合物组成改变时，两组 分偏摩尔体积随之改变，且二者 变化相互关联。
组成接近某纯组分，其偏摩 尔体积也接近该纯组分摩尔体积。
5. 吉布斯 − 杜亥姆方程
对广度量 X (T , p, nB, nC , nD ,) 求全微分：
dX
X T
p,nB
dT
X p
T ,nB
dp
B
X nB
dnB T , p,nC
恒温、恒压
另一方面，由加和公式
，恒温恒压下求导：
比较两式，得
或
或
吉布斯-杜亥姆方程－－在一定温度压力下，当混合物
组成变化时，各组分偏摩尔量变化的相互依赖关系。
➢ 系统中各组分的偏摩尔量并非完全独立，而是相 互依存的。
➢ 例：固体溶解、过饱和溶液析出、…
组分B在α、β两相中迁移达平衡的条件：该组分
在两相中的化学势相等。
➢ 物质总是从其化学势高的相向化学势低的相迁移， 直至物质迁移达平衡时为止，此时系统中每个组分在 其所处的相中的化学势相等。
化学势 判据
② 化学平衡
<0：自发不可逆； =0：平衡、可逆
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
B
B
整个系统中B组分物质的量的变化量： dnBα dnB
α
BdnB
B
化学平衡时
平衡条件：与化学反应达到平衡的方式无关。
§4.3 气体组分的化学势
1、纯理想气体的化学势 2、理想气体混合物中任一组分的化学势 3、纯真实气体的化学势 4、真实气体混合物中任一组分的化学势
第四章 多组分系统1
3.物质的量浓度cB（molarity， Substance amount concentration ）
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 m3，但常用单位是 mol dm3
4.质量分数wB（mass fraction）
偏摩尔焓
T ,p ,n C
偏摩尔熵
T ,p ,n C
偏摩尔亥姆霍兹函数
T ,p ,n C
偏摩尔吉布斯函数
T ,p ,n C
设X代表多组分系统中任一广度性质 X = f ( T, p, n1, n2,…)
X X X X dX dn1 dn2 dT p dp n n T p,ni T ,ni 1 T , p , n j 1 2 T , p , n j 2
B
另一方面，由于恒温、恒压下 X =
å
B
n BX B ，则
B
dX =
邋n BdX B +
B
X B dn B
因此：在等T，p条件下：
å
n B dX B = 0 或
B
å
x B dX B = 0
B
此即吉布斯 − 杜亥姆方程。该方程指出，系统中各组分的 偏摩尔量并非完全独立，而是相互依存的。 (1) 对二元溶液
G B = H B - T S B = U B - T S B + T S B = A B + pV B
G (抖 B
p ) = VB T
G (抖 B
T )p = - S B
A nB AB
物理化学 第四章 多组分系统热力学
Vm
T,p一定
V*m,C VC
V*m,B VB
d c· b·
0 B
a xC
C
图4.1.2 二组分液态混合物的 偏摩尔体积示意图
若B，C形成真实液态混合物： 则混合物体积为由V*m,B至V*m,C的曲线。对于任一 组成a时，两组分的偏摩尔体积可用下法表示： 过组成点a所对应的系统体积点d作Vm-xC曲线的 切线，此切线在左右两纵坐标上的截距即分别 为该组成下两组分的偏摩尔体积VB，VC。
B
系统中各广度量的偏摩尔量： 对于多组分系统中的组分B，有： 偏摩尔体积： VB=(ƽV/ƽnB)T,p,n C 偏摩尔热力学能： UB=(ƽU/ƽnB)T,p,n C 偏摩尔焓： HB=(ƽH/ƽnB)T,p,n C 偏摩尔熵： SB=(ƽS/ƽnB)T,p,n C 偏摩尔亥姆霍兹函数：AB=(ƽA/ƽnB)T,p,n C 偏摩尔吉布斯函数： GB=(ƽG/ƽnB)T,p,n
C
几点说明： (1)偏摩尔量为两个广度性质之比，所以为强度 性质； (2)偏摩尔量的定义中明确是在恒温、恒压及系 统组成不变的条件下，偏导数式的下标为T，p 时才是偏摩尔量； (3)同一物质在相同温度、压力但组成不同的多 组分均相系统中，偏摩尔量不同； (4)若系统为单组分系统，则该组分的偏摩尔量 与该组分的摩尔量相等，即： XB=X*B，m
C
=VB (数学知识：二阶偏导与求导的顺序无关) 得证。
4.2化学势 4.2化学势
1.化学势的定义 混合物(或溶液中)组分B的偏摩尔吉布斯函数GB 定义为B的化学势，用符号μB表示：
μB = GB=(ƽG/ƽnB)T,p,n
def
C
对于纯物质，其化学势等于它的摩尔吉布斯函 数。
(石油工程概论)多组分烃类系统相图
③输送洗井液 通过钻柱的中心孔腔将洗井液输送到钻头，由水眼喷射
出，冲击到井底，携带岩屑后由环空返回地面。
④延伸井眼 在钻进中通过不断地增加钻柱长度(接单根)以达到延伸井眼
的目的。通常井眼的深度用下入井内的钻柱长度测量。
⑤起下钻头 ⑥特殊作业
钻头在井下工作是靠钻柱连接并传递扭矩和压力的。 起出已磨损的钻头和下入新钻头都必须由钻柱完成。 另外，针对不同的目的，还可以起下其它井下工具。
2、溶解气驱动 主要依靠原油中分离出天然气的弹性 膨胀能量驱油的驱动方式。
油层压力低于饱和压力
溶解在原油中的天然气 将从原油中分离出来
天然气体积发生膨胀
原油被排挤流入井
溶解气驱油藏开采特征曲线
3、水压驱动 依靠边底水和（或）注入水为主要驱油 动力的驱动方式。
地层压力高于饱和压力
边底水和（或）注入水 将原油驱入油井
续流： 在压力恢复试井中，由于井筒内的气体和液体的可 压缩性，油井关井时，地层中的液体继续流入井内， 并压缩井筒流体的现象。
井筒存储： 在压降试井中，油井一开井，首先流出井筒的是 原先压缩的流体，而地层流体不流入井筒的现象
续流和井筒存储对压力曲线的影响是等 效的，均表现为压力曲线直线段滞后
井筒存储效应
井筒存储系数
一、油田产量递减规律及其应用
油气田开发的基本模式 产量上升阶段
产量稳定阶段
产量递减阶段
图5－10 油田产量变化曲线
油田经过稳产期后，产量将以某种规律递减，产量的递减速度通 常用递减率表示。
1、递减率 单位时间的产量变化率，或单位时间内 产量递减的百分数
二、水驱特征曲线分析
注水或天然水侵油田的开发，在无水采油期结束后，油 田将长期处于含水期的开采，且采水率将逐步上升，这 是影响油田稳产的重要因素。
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…)
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
返回首页
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
2.组成可变的多相多组分系统 多相系统的广延性质
X X ( 1 ) X ( 2 ) X ( ) X ( )
dX dX
(1)
dX
( 2)
dX
1 ( )
dX ( )
1
热力学基本方程
dU TdS pdV
返回章首
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
51.823 0.2788nB / mol cm 3 mol -1
A
返回章首
V nAVA nBVB
VA V nBVB / nA M A / m A V nBVB 18.0152 / 1 10 3 1002.935 51.832nB / mol 0.1394nB / mol
多组分系统
例如：一个封闭容器中，装有一定数量的乙醇水
溶液，上方为蒸气，整个容器是一个封闭系统， 若分别选取液相或气相作为系统，由于两相之间 有物质交换，所以液相或气相都是敞开系统。
（2）多组分系统的广度性质，一般说来不 多组分系统的广度性质， 再具有简单的加和性， 再具有简单的加和性，即并不等于各组分 在纯态时该广度性质之和。 在纯态时该广度性质之和。
19
在等温等容且定组成的条件下
µ
B
∂A = ( )T ∂nB
,V , n ( C ' , C ' ≠ B )
三 个 偏 导 数 都 叫 化 学 势
20
在等熵等压且定组成的条件下
µB
∂H = ( ) S , P , n ( C ' ,C ' ≠ B ) ∂nB
在等熵等容且定组成的条件下
∂U µB = ( ) S ,V , n ( C ' ,C ' ≠ B ) ∂n B
＞自发 ＝平衡
相平衡判据
22
它表明，在等温等压且没有非体积功的条件下， 它表明，在等温等压且没有非体积功的条件下， 则组分B将自动由α 若 α β ，则组分B将自动由α相转移
µB > µB µB = µB
α
到 β相 。 则组分B 则组分B在α和β两相中达 平衡。 平衡。
若
β
纯物质B*达成两相平衡的条件是： 纯物质 达成两相平衡的条件是： 达成两相平衡的条件是
Z = f (T , P, nB , nC ......)
12
若系统的状态发生任意一个微小变化，即T,P,nB,nC,诸 变量任意独立改变无限小量时，则Z也会有相应的微 小变化，其全微分为：
∂Z ∂Z dZ = ( ) P ,n ( B ) dT + ( )T ,n ( B ) dP ∂P ∂T ∂Z +( )T , P ,n ( C ,C ≠ B ) + ...... ∂nB
4-1多组分系统热力学-多组分系统概念拉乌尔定律亨利定律
§4-!本章基本要求
理解拉乌尔定律、享利定律，掌握其有关计算 理解偏摩尔量及化学势的概念,了解化学势判别式的使用 理解理想液态混合物的定义及混合性质 了解稀溶液的依数性，并理解其应用 了解理想气体、真实气体、理想液态混合物、理想稀溶液中各组分化学 势的表达式 理解逸度的定义，了解逸度的计算 理解活度及活度系数的概念,了解真实理想液态混合物、真实溶液中各组 分化学势的表达式
一、拉乌尔定律 二、拉乌尔定律的微观解释 三、亨利定律 四、亨利定律的微观解释 五、几点说明
§4-2拉乌尔定律与亨利定律
一、拉乌尔定律
对溶液为了方便学习：溶剂—A，溶质—B 拉乌尔定律：稀溶液中溶剂(A)的蒸气压等于同温度下纯 溶剂的饱和蒸气压与溶液中溶剂的摩尔分数的乘积，称为
拉乌尔定律。 pA p*AxA ( xA 1)
§4-1多组分系统热力学概念
一、多组分系统 １．多组分系统定义：由两个或两个以上物质以分子大小相互均匀 分散而成的混合系统。可以称为混合物或者是溶液。 2．混合物：对均匀混合系统研究中，各组分选用同样的标准，用 同样的方法研究时称为混合物。 3．溶液：对均匀混合系统研究中，各组分选用不同的标准，区分 溶质和溶剂，用不同的方法研究时称为溶液。
xB
CB M BCB
pB k x,B xB k x,B ( M A / )CB M A
CB
MA
CB
pB kC,BCB
kC,B单位：Pamol-1dm3 或 Pa（moldm-3）-1
§4-2拉乌尔定律与亨利定律
三、亨利定律
3.组成用bB时:
xB bB
(1 MA
bB )
M
AbB
pB k x,B xB k x,B M AbB
第4章 多组分系统热力学1
§4.2 化学势
1.化学势的定义 混合物（或溶液）中组分B的偏摩尔吉布斯函 数GB 定义为B的化学势，用μB表示。
定义为 G B GB nB T .P.nC
对于纯物质，其化学势就是它的摩尔吉布斯函数。
化学势是最重要的热力学函数，系统中的其它偏摩 尔量均可以通过化学势、它的偏导数或组合表示。
B
得到
dA B ( )dnB ( ) 0
B
自发 平衡
化学势判据
封闭系统恒温恒压，W’=0 ，由dGT,p≤0，
dG SdT Vdp B ( )dnB ( )
B
得到
dG B ( )dnB ( ) 0
B
<自发 =平衡
化学势判据
化学势在多相平衡中的应用
设系统有α和β两相，两相中均不仅一种物 质。在恒温恒压下若α 相中有dnB的 B物质 转移到β相，则 若上述转移是自发进行的，则有
相dnB ( )
相
相转移
dGT . p 0
即
B( ) B( )
dG 0
即
当系统达平衡时
B( ) B( )
μ
B（α ）=μ B（β ）
= …=μ
B（ρ ）
如果有某物质在各相中的化学势不等，则根据 dGT，p<0为自发过程的原理，该物质必然要从化学 势较大的相向化学势较小的相转移。
化学势在化学平衡中的应用
参加反应的物质都有化学势，平衡条件为
dG vi i (产物) vi i (反应物) 0
B
dA SdT pdV B ( ) dnB ( )
多组分系统热力学
多组分系统热力学
多组分系统热力学是研究多个组分构成的系统的热力学行为的科学。
在多组分系统中，各个组分之间可能会相互作用，从而影响整个系统的热力学性质。
多组分系统热力学的研究内容包括：
1.热力学第一定律：能量守恒定律，即在一个封闭系统中，能量不
能被创造或消除，只能从一种形式转化为另一种形式。
2.热力学第二定律：熵增定律，即在一个封闭系统中，熵（即系统
的混乱程度）只能增加，不能减少。
这意味着，系统总是朝着熵增的方向演化，而不是熵减的方向。
3.相平衡：研究在给定的温度和压力下，不同物质之间是如何平衡
的。
4.化学平衡：研究在给定的温度和压力下，化学反应是如何平衡的。
5.热力学第三定律：绝对零度不能达到原理，即任何物质在绝对零
度下的熵均为零。
这些定律和原理对于理解多组分系统的热力学行为非常重要。
在化学工程、材料科学、生物工程等领域中，多组分系统热力学被广泛应用于研究复杂系统的热力学性质和行为。
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 )
多组分系统热力学
第四章 多组分系统热力学 主要内容1.混合物和溶液（1）多组分系统的分类含一个以上组分的系统称为多组分系统。
多组分系统可以是均相（单相）的，也可以是非均相（多相）的。
将多组分均相系统区分为混合物和溶液,并以不同的方法加以研究：（Ⅰ）混合物：各组分均选用同样的标准态和方法处理；（Ⅱ）溶液：组分要区分为溶剂及溶质，对溶剂及溶质则选用不同的标准态和方法加以研究。
（2）混合物及溶液的分类混合物有气态混合物液态混合物和固态混合物；溶液亦有气态溶液液态溶液和固态溶液。
按溶液中溶质的导电性能来区分，溶液又分为电解质溶液和非电解质溶液（分子溶液）。
2.拉乌尔定律与亨利定律拉乌尔定律与亨利定律是稀溶液中两个重要的经验规律。
（1）拉乌尔定律平衡时，稀溶液中溶剂A 在气相中的蒸气分压A p 等于纯溶剂在同一温度下的饱和蒸气压与该溶液中溶剂的摩尔分数A x 的乘积。
这就是拉乌尔定律。
用数学式表达拉乌尔定律为 A *A Ax p p = （2）亨利定律一定温度下，微溶气体B 在溶剂A 中的溶解度B x 与该气体在气相中的分压B p 成正比。
也可表述为：一定温度下，稀溶液中挥发性溶质B 在平衡气相中的分压力B p 与该溶质B 在平衡液相中的摩尔分数B x 成正比。
这就是亨利定律。
用数学式表达亨利定律为： B B ,B x k p x =B ,x k 、B ,b k 为以不同组成标度表示的亨利系数，其单位分别为Pa ，Pa·kg·mol -1。
应用亨利定律时，要注意其不同表达式所对应的亨利系数及其单位。
还要注意亨利定律适用于稀溶液中的溶质分子同气相同种分子相平衡，即亨利定律适用于稀溶液中的溶质在液相及气相中具有相同分子形态的场合。
3.偏摩尔量（1）偏摩尔量的定义设X 代表V ,U ,H,S ,A ,G 这些广度性质，则对多组份系统（混合物或溶液）即 X =f (T ,p ,n A ,n B ,…)定义 ()B C C,,,B B def ≠⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂n p T n X X式中，X Ｂ称为广度性质X （X=V ,U ,H ,S ,A ,G 等）的偏摩尔量，它们分别为只有系统的广延量才具有偏摩尔量，偏摩尔量是强度量。
5第五章多组分系统
5第五章多组分系统多组分系统：两种或两种以上的组分组成的系统，组成（组元）：组成系统的化学物质——构成系统的化学物质总数组分，独立组成数（独立组元数）例，O2，CO，CO2气体混合，CO+O2->CO2三者平衡有一定数量关系，三者中仅有两组元为独立组分为二，组成为三多组分系统：包括溶液，混合气体，合金（溶体：多组元均匀系）溶液：液态溶体混合气体：气态溶体合金：金属固态溶体和金：非金属固态溶体广义溶液：多组分的均匀系（不仅是指液体，气体也可以）从纯物质热力学到多组分系统热力学的过渡是以偏摩尔量和化学势为基础的。
5-1内能与化学成分的关系1．内能的试验测定法假设，一均匀系，包含r种不同的化学组分，其中质量分别为：M1，M2，……Mr摩尔数分别为：n1,n2,……nr分子量分别为：μ1，μ2……μr有（以上参量关系式为）MI=μInI(I=1,2,……r)记Ni为可独立变动的摩尔数.以θ,P,n1,n2,…,nr为描写均匀系的平衡态的独立变量.其中，θ为任一温标所定的温度.容积V=V(θ,P,n1,n2,…,nr)任意地变动θ,P,n1,n2,…,nr,都可直接测得V由于内能U---不可直接测得.故应用等压过程P不变,有:Q=△H其中,H=H(θ,P,n1,n2,…,nr)其值可由实验测定∴由U=H-PV可求解内能U.上述焓的确定-----由实验法测得.∵H=H(ni)增加某一组元数量,即将一定数量的化学能物质加入到均匀系,以增加某组元的数量,然后用绝热法或等温法测量物质的吸热量.其中，绝热法指:物系与外界绝热,测量过程中的温度改变.等温法指:对物系供给热量,或取出热量,维持温度不变.以下分别详细介绍绝热法和等文法：1)绝热法:假定:第i组元,数量为n’摩尔加入均匀系,过程中为等压,无化学反应.∴H=cont.初温为θ,终温为θ’第I种化学纯物质的焓为H’.H’与n’成正比即H’=n’h’h’=h’(θ,p)初始的总焓,H(θ,p,n1,n2,…,nr)+H’终态的总焓,H(θ’,p,n1,n2,…,ni+n’,…,nr)∵总焓不变∴两者相等（其中两者指初始的总焓和终态的总焓）.若,Cp以（已）在各种情况下求得,则H(θ’,p,n1,n2,..,ni+n’,…,nr)-H(θ,p,n1,…,ni+n’,…,nr)=Cp(,p,n1,n2,...,nin',...,nr)d.'H(θ,p,n1,…,ni+n’,…,nr)=H(θ’,p,n1,n2,…,ni+n’,…,nr)－'Cp(,p,n1,n2,...,nin',...,nr)d即H(θ,p,n1,n2,…,ni+n’,…,nr)=H(θ,p,n1,n2,…,nr)+H’－Cp(,p,n1,n2,...,nin',...,nr)d.'方程确定了H～ni的关系对全部r种组元作一连串实验,可确定H与化学成分的关系.2)等温法:θ保持不变,测量物质放出的热量Q.该热量相当于公式的Cp(,p,n1,n2,...,nin',...,nr)d'∴H(θ,p,n1,n2,…,ni+n’,…,nr)=H(θ,p,n1,n2,…,nr’)+H’－Q2.广延量与偏摩尔物质.广延量与总质量成正比设:有一均匀系,其θ,p不变,ni→ni(i=1,2,…,r)总质量M’=M.(ni’=ni,i=1,2,3,…,r)有:V’=VU’=U∴V’=V(θ,p,n1,n2,…,nr)=V(θ,p,n1,…,nr)U’=U(θ,p,n1,n2,…,nr)=U(θ,p,n1,…,nr)即V’,U’作为θ,p,ni’的函数,与V,U作为θ,p,ni的函数相同,此为广延量的数学性质.------一阶齐次函数.以下给出一阶齐次函数的数学定义：已知:f(某1,某2,…,某r)=m(某1,某2,…,某r)称f为某1,某2,…,某r的m阶齐次函数,举例来说，强度量为零阶齐次函数.若函数中包含广延量与强度量,应将强度量看作参数项.以下给出Euler定理的数学定义：假设:函数f对各变量某1,某2,…,某r有连续的偏微商,则,m阶齐次函数有:136i某if某imf.-----------------Euler定理.Euler定理应用：将此定理用到V,U,ni相当于某i,m=1(一次齐次函数).Vnivni1rU.p.niUni1r.p.Vni.p.vi------------组元i的偏摩尔容积Uni.p.ui------------组元i的偏摩尔内能其它偏摩尔变量:hi=riHni.p.,CPi=Cpnir.p.,CVi=Cvni.p.偏摩尔变量符合ripivHnhCi1pnCC1nCivi1化学成分,用各组元的某i表示.某i=rninn=ni某1i1---------r种摩尔百分比中,仅(r-1)种为独立(组分r-1,.组成r个)平均摩尔内能umUnVn其他平均摩尔能:vm5-2基本方程,hmHn1多组分的热力系函数确定简单可压缩封闭系的热力状态,需要独立热力参数2个,相应于一种做功形式和热量交换.例U=U(,v)定成分,定质量系统,U取决于,v,若有物质加入系统(开口系)U↗∴dU与加入物质dn有关,又与加入物质的种类有关.∴uu(,v,n1,n2,,nr)∴确定变成分,多组分系统的热力状态,需独立热力参数及组分变量(组分多少，浓度多少，——也是独立变量)137组元数量的表示：摩尔数u1,u2——nr，在含r个组分的均相系中，状态由r＋2个参数确定。
多组分体系热力学.ppt
常用的偏摩尔量：
XB
def
X nB
T , p,nC
U nBUB B
H nB HB B
A nB AB B
S nB SB B
G nBGB B
U
UB
( nB
)T , p,nC (CB )
偏摩尔热力学能
H
HB
( nB
)T ,
p,nC (CB)
A
AB
( nB
)T , p,nC (CB )
dp
B
nB
T , p,nC
dnB
偏摩尔量
X B def
X nB
T , p,nC
X
X
dX
T
p,nB
dT
p
T ,nB
dp
B
X BdnB
2、偏摩尔量的物理含义：
X B def
X nB
T , p,nC
偏摩尔量XB是在恒温、恒压及除组分B以外其余各 组分的物质的量均保持不变的条件下，系统广度量X随 组分B的物质的量的变化率
四、同一组分的各种偏摩尔量之间的关系 对单组分系统有:
H=U＋pV A=U－TS G=H－TS
G S T p
对多组分系统有:
G p
T
V
HB=UB＋pVB AB=UB－TSB GB=HB－TSB
GB T
p
SB
GB p
T
VB
§4.2 化学势
定义：
B
GB
( G nB
)T , p,nC (CB)
3、偏摩尔量的加和公式
X nB X B
B
多组分系统的广度量X为系统各组分的物质的量与其偏摩尔量 XB乘积的加和。
练 习(多组分系统)厦大
练习1.以下说法对吗？为什么？(1)溶液的化学势等于溶液中各组分化学势之和。
(2)对于纯组分，化学势等于其吉布斯自由能。
(3)等温、等压下，纯物质的量越多，其化学势越大。
提示答案：〔(1) 不对，溶液无化学势，(2) 应等于摩尔吉布斯自由能，(3) 不对，化学势是强度量，与量无关。
)2.指出下列各量哪些是偏摩尔数量，哪些是化学势。
提示答案：〔(1)(3)(6)是偏摩尔量，(4)(5)(7)是化学势〕3.下列说法对吗？为什么？(1)温度、压力没有偏摩尔量。
(2)偏摩尔吉布斯自由能是化学势，因此，凡属化学势均有集合公式。
(3)体系无限稀释时，溶质B 的偏摩尔体积为零。
提示答案：〔(1) 对，因为温度、压力是强度性质，(2) 不对，集合公式只适合于偏摩尔量，(3) 不对，偏摩尔体积不为零。
〕4.某不法之徒想制造假酒以获取暴利。
他造假酒的过程是：往空瓶里分别注入按一定酒精含量计算出的乙醇和水，两者体积加和为500cm3，随后封口、混合均匀并贴上商标。
后来，当这些假酒被查封后，工商局的检验人员用最简单的科学方法证明这酒是假的。
请你用所学的知识说明工商人员所用的方法及其科学依据。
提示答案：（混合后，总体积不等于 500ml）5.25℃,101325Pa 时NaCl(B) 溶于1kg H2O(A) 中所成溶液的V与n B的关系如下：V＝〔1001.38＋16.6253(n B/mol)＋1.7738(n B/mol)3/2＋0.1194(n B/mol)2〕cm3(1)求H2O 和NaCl 的偏摩尔体积与n B的关系；(2)求n B=0.5mol 时H2O 和NaCl 的偏摩尔体积；(3)求无限稀释时H2O 和NaCl 的偏摩尔体积。
提示答案：6.化学势和有什么不同？若标准压力不是选择而是另一个压力值，则值是否不同？值又如何？提示答案：（与T、p有关，只与温度有关，p不同，不同，但不变。
）7.温度不同的两种理想气体在绝热恒容条件下混合，其过程熵变。
多组分体系
3. 非理想气体
用逸度代替压力，并引入逸度系数校正对理想的偏差
单组分
理想气体的结果，用到非理想气体，保持公式形式不变，
多组分
第四章 多组分系统 (第一部分)
第一节 偏摩尔量与化学势
组成不变 封闭系统 组成可变 开放系统
新增状态参量：各个组分的物质的量 nB
浓度表示法请阅读教材自学
一、偏摩尔量
1atm, 298K
1mol H2O
DV=18cm3 H2O
1atm, 298K 1mol H2O DV=14cm3
相互作用排列堆积不同
3. Gibbs-Duhem 公式
T, p一定条件下
偏摩尔量之间是相互关联的
以A-B两组分体系为例
• 一个上升，另一 个下降 –– 反号性质 • 浓度大者变化小 –– 反比性质
例题
常温常压下，1Kg 某溶剂逐渐加入某溶质B， 测得溶液体积变化，求溶质与溶剂的偏摩尔量
作业: 教材211页例题通式
二、 化学势
偏摩尔吉布斯自由能
等温等压 可逆过程非体积功
1. 组成可变开放系统热力学基本公式
可逆过程非体积功
2. 相平衡
设多组分系统存在a,b两相，等温等压下，组分B在相间有微小转移
设dn=dnB(a)= - dnB(b) 即ba, dn>0 dG=dG(a)+dG(b)=mB(a)dnB(a)+mB(b)dnB(b)=[mB(a)-mB(b)]dn mB(a)>mB(b), dG>0, 逆向自发， ab mB(a)<mB(b), dG<0, 正向自发， ba mB(a)=mB(b), dG=0, 两相平衡(可逆过程) 变化方向：物质从化学势较大的相流向化学势较小的相 平衡条件：该组分在两相中的化学势相同
第三章 多组分系统热力学
d Vm dp
• 理想气体的化学势：
d O O Vm dp O
p
p
(T , p) O (T ) RT ln
p pO
• （2）理想气体混合物中各组分化学势 • 若混合气体的温度为T、压力为p，组分B在混合理想
气体中的分压为pB，则组分B的化学势
O B (T , p, y B ) B (T ) RT ln
bB nB mA
• bB的单位为mol· -1。 kg • 对于二组分溶液，xB与bB之间的关系为
xB bB 1 bB MA
• 若溶液足够稀，则 • xB = bBMA
• §4—2 偏摩尔量与化学势 • 1、偏摩尔量 • （1）偏摩尔量的定义
乙醇浓 度 wB% 10 20 30 40 50 60 V醇/cm3 V水/cm3
B
• U = U（S, V, nB, nC, nD,……） • H = H（S, p, nB, nC, nD,……） • A = A（T, V, nB, nC, nD,……）
B (
dU TdS pdV (
B
U )S ,V ,nCB dnB nB
dH TdS Vdp (
1.19 2.42 3.45 3.09 4.12 3.96
第一，乙醇与 水混合后所得溶 液体积不等于混 合前乙醇与水的 体积之和； 第二，100g溶 液的体积与组成 有关。
70
80 90
88.69
101.36 114.03
30.12
20.08 10.04
118.81
121.44 124.07
115.25
• （2）化学势与温度压力的关系
- 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)。
➢ mB(a)>mB(b), dG>0, 逆向自发， ab ➢ mB(a)<mB(b), dG<0, 正向自发， ba ➢ mB(a)=mB(b), dG=0, 两相平衡(可逆过程)
气体的标准状态：单组分、纯物质、某一温度T、
标准压力下、 理想气体时的状态(假想状态)
2. 多组分理想气体混合物
半透膜平衡实验 混合物 纯气体
纯B在T、p下单独存在时理想气体的化学势
例题
例题1: 理想气体等温等压混合通性
T: nA p nB p
nA + nB p
例题2: 求理想气体等温混合Gibbs自由能变化 T: V 3mol O2 V 1mol N2
例题2. 常温常压下，1Kg 某溶剂逐渐加入某 溶质B，测得溶液体积变化，求溶质与溶剂的 偏摩尔量
作业: 用三种方法推导教材211页例题通式
二、 化学势
偏摩尔吉布斯自由能
等温等压
可逆过程非体积功
1. 组成可变开放系统热力学基本公式
可逆过程非体积功
2. 相平衡
设多组分系统存在a,b两相，等温等压下，组分B在相间有微小转移
相互作用排列堆积不同
CH3CH2OH huge volume
水在纯乙醇中的偏摩尔体积为 14cm3
1. 偏摩尔量的概念
假设均相体系由组分1, 2, … , k 组成，考虑某容量性质Z
等温等压:
2. 偏摩尔量的性质
物质B、容量性 质Z的偏摩尔量：
① 定义中偏导数下标 ② 强度性质，与总量无关，与浓度有关 ③ 变化率，可正可负，例如 MgSO4在无限稀水溶液
单组分
多组分
第四章 多组分系统 (第一部分)
第一节 偏摩尔量与化学势
组成不变 封闭系统
组成可变 开放系统
新增状态参量：各个组分的物质的量 nB
浓度表示法请阅读教材自学
1atm, 298K
一、偏摩尔量
1mol H2O DV=18cm3
H2O
水的摩尔体积为18cm3
1atm, 298K
1mol H2O DV=14cm3
中 VMgSO4 = -1.4cm3/mol ④ T, p一定条件下的加和公式：
3. Gibbs-Duhem 公式
T, p一定条件下
偏摩尔量之间是相互关联的
以A-B两组分体系为例
• 一个上升，另一 个下降 –– 反号性质
• 浓度大者变化小 –– 反比性质
例题
例题1. 由Gibbs-Duhem公式反推加和公式
作业: 求理想气体298K等温混合Gibbs自由能变化。初态分隔为 左2mol O2, 200kPa; 右4mol N2, 300kPa. 终态(1) 混合后总体积不 变; 终态(2)混合后压力为100kPa.
3. 非理想气体
理想气体的结果，用到非理想气体，保持公式形式不变， 用逸度代替压力，并引入逸度系数校正对理想的偏差
变化方向：物质从化学势较大的相流向化学势较小的相 平衡条件：该组分在两相中的化学势相同
3. 化学势与温度、压力的关系
3. 化学势与温度、压力的关系
总结
多组分体系的热力学公式与纯物质的公式具有 完全相同的形式，只是用偏摩尔量代替摩尔量
例如:
作业: 用两种方法推导下式
三、气体混合物
1. 单组分、纯物质、只有一种理想气体