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物理化学(机材类第四版,ppt课件)2.9 热力学基本关系式
适用条件:组成不变,W′= 0 的封闭系统或 封闭系统,W′= 0,可逆过程。
4
2、热力学函数的基本关系式
由热力学基本方程
热力学恒等式
dU = TdS- pdV dH = TdS + Vdp
U T ; U p
S V
V S
H T; S p
H p
S
V
dA = -SdT- pdV dG = -SdT + Vdp
再将dU = TdS – pdV 式代入得到 dH = TdS +Vdp
(c) A=U-TS 微分,并用上式代入得到
dA = -SdT- pdV
(d) G = H – T S微分,并用上式代入得到 dG = -SdT + Vdp
3
四个热力学基本方程
dU = TdS- pdV dH = TdS + Vdp dA = -SdT- pdV dG = -SdT + Vdp
G p3 p2 p1
p3>p2>p1
T Tm
T
26
(1)求U随V的变化关系 (2)求H随p的变化关系 (3)求S与Cp的变化关系 (4)求G或Δr G与温度的关系 (5)求G随p的变化关系
27
关于U,H, S, G,A与T、p、V的关系
(一定量、一定组成的单相系统)
➢理想气体 U、H 只是T 的函数,与p、V 无关;S与T、p、V 均有关。
-p -S
G T p
麦克斯韦关系式中不含熵与温度的偏微商。
问题
S T p
S T V
Cp/T CV/T
10
思考题
1、对于只作膨胀功的封闭系统 ()
A T
V
4
2、热力学函数的基本关系式
由热力学基本方程
热力学恒等式
dU = TdS- pdV dH = TdS + Vdp
U T ; U p
S V
V S
H T; S p
H p
S
V
dA = -SdT- pdV dG = -SdT + Vdp
再将dU = TdS – pdV 式代入得到 dH = TdS +Vdp
(c) A=U-TS 微分,并用上式代入得到
dA = -SdT- pdV
(d) G = H – T S微分,并用上式代入得到 dG = -SdT + Vdp
3
四个热力学基本方程
dU = TdS- pdV dH = TdS + Vdp dA = -SdT- pdV dG = -SdT + Vdp
G p3 p2 p1
p3>p2>p1
T Tm
T
26
(1)求U随V的变化关系 (2)求H随p的变化关系 (3)求S与Cp的变化关系 (4)求G或Δr G与温度的关系 (5)求G随p的变化关系
27
关于U,H, S, G,A与T、p、V的关系
(一定量、一定组成的单相系统)
➢理想气体 U、H 只是T 的函数,与p、V 无关;S与T、p、V 均有关。
-p -S
G T p
麦克斯韦关系式中不含熵与温度的偏微商。
问题
S T p
S T V
Cp/T CV/T
10
思考题
1、对于只作膨胀功的封闭系统 ()
A T
V
物理化学幻灯片PPT课件
出现了2个方向,一个是用反应速率来测定亲和力,一个是用反应热效应来度量亲和力。前一个方向就导致
质量作用定律的发现,后一个导致动态平衡观念的确立。
瑞典化学家贝格曼于1775年列出化学亲和力表
(认识到数量对反应结果的影响)
法国化学家贝托雷在1798年设想化学反应会逆向进行
(认识到化学反应中的质量效应)
法国化学家威廉米于1850年提出
的研究后来中断了50年。
直到19世纪下叶热力学理论基本奠定后,热质说才逐渐被 科学界摈弃。
2021
12
热化学界发现的第一个定律 ——黑斯定律
黑斯:出生于日内瓦,在俄国长 1836年,瑞士化学家
大并且接受了医学教育,他在圣
黑斯在俄国测量了很
彼得堡发表了他的研究成果,并
多反应的热效应,总
将其称为‘总热量守恒定律’,
dM dt
kM
挪威数学家古德贝格和化学家瓦格A +B C+D
(第一个表示物质浓度与反应速度关系的公式) (全面阐释质量作用定律)
2021
10
第二部分
热化学和 热力学基本定律
2021
11
从热质说到热化说
什么是热质说 把热视为一种运动着的微粒性的实在物质
1780年,拉普拉斯和拉瓦锡,在他们的论文中报道了他们 关于化学热反应的研究,由于受到 热质说的影响,这方面
1853年,英国物理学家开尔文给出了热力学第一定律的表 达式,‘能’这一术语被广泛接受。
2021
15
热力学第二定律的确立
1824年,法国工程师卡诺,通过对热机的分析得出:热机 必须在两个热源之间工作,热机的效率只取决于两个热源 的温差。可逆热机的工作效率最高。这就是卡诺原理。
质量作用定律的发现,后一个导致动态平衡观念的确立。
瑞典化学家贝格曼于1775年列出化学亲和力表
(认识到数量对反应结果的影响)
法国化学家贝托雷在1798年设想化学反应会逆向进行
(认识到化学反应中的质量效应)
法国化学家威廉米于1850年提出
的研究后来中断了50年。
直到19世纪下叶热力学理论基本奠定后,热质说才逐渐被 科学界摈弃。
2021
12
热化学界发现的第一个定律 ——黑斯定律
黑斯:出生于日内瓦,在俄国长 1836年,瑞士化学家
大并且接受了医学教育,他在圣
黑斯在俄国测量了很
彼得堡发表了他的研究成果,并
多反应的热效应,总
将其称为‘总热量守恒定律’,
dM dt
kM
挪威数学家古德贝格和化学家瓦格A +B C+D
(第一个表示物质浓度与反应速度关系的公式) (全面阐释质量作用定律)
2021
10
第二部分
热化学和 热力学基本定律
2021
11
从热质说到热化说
什么是热质说 把热视为一种运动着的微粒性的实在物质
1780年,拉普拉斯和拉瓦锡,在他们的论文中报道了他们 关于化学热反应的研究,由于受到 热质说的影响,这方面
1853年,英国物理学家开尔文给出了热力学第一定律的表 达式,‘能’这一术语被广泛接受。
2021
15
热力学第二定律的确立
1824年,法国工程师卡诺,通过对热机的分析得出:热机 必须在两个热源之间工作,热机的效率只取决于两个热源 的温差。可逆热机的工作效率最高。这就是卡诺原理。
《物理化学1气体》课件
04 气体反应动力学 与速率方程
气体反应速率的概念
反应速率
单位时间内反应物浓度减 少或产物浓度增加的量。
反应速率常数
反应速率与反应物浓度的 乘积,表示反应速率与浓 度的关系。
活化能
反应速率与温度的关系, 表示反应所需的最低能量 。
速率方程的建立与求解
质量作用定律
反应速率与反应物浓度的幂次方 成正比。
《物理化学1气体》ppt课 件
目 录
• 气体的基本性质 • 气体定律与热力学基础 • 气体混合物与分压定律 • 气体反应动力学与速率方程 • 气体化学反应平衡常数与计算
01 气体的基本性质
气体的定义与分类
总结词
气体的定义、分类及特性
详细描述
气体是物质的一种聚集状态,具有无固定形状和体积、流动性强等特性。根据气 体分子间相互作用力的不同,气体可分为理想气体和实际气体。理想气体忽略了 气体分子间的相互作用力,而实际气体则考虑了这种相互作用力。
理想气体定律
理想气体假设
理想气体状态方程,即PV=nRT,其 中P表示压强,V表示体积,n表示摩 尔数,R表示气体常数,T表示温度。
理想气体是一种假设的气体模型,其 分子之间没有相互作用力,分子本身 的体积可以忽略不计。
理想气体状态方程的应用
用于计算气体的压力、体积、温度等 物理量之间的关系,以及气体的热力 学性质。
热力学第一定律
热力学第一定律
01不
能消失,只能从一种形式转化为另一种形式。
内能和热量
02
内能是系统内部能量的总和,热量是系统与外界交换能量的量
度。
热力学第一定律的应用
03
用于计算系统的内能、热量、功等物理量之间的关系,以及系
物理化学课件
意义
热力学第一定律在物理学和化学 领域中具有重要地位,它为解释 许多自然现象提供了基础。
热力学第二定律
内容
热力学第二定律指出,热量总是从高 温物体传导到低温物体,而不能反过 来。也就是说,热量传递的方向总是 从高到低,不能反过来。
意义
热力学第二定律表明了自然界的某种 方向性,它限制了某些自然过程的进 行方式。
VS
详细描述
光化学第一定律指出,在一定温度和压力 下,光化学反应的速率与辐射能量成正比 。这个定律对于研究光化学过程和设计光 化学设备具有重要意义。
光化学第二定律
总结词
光化学第二定律是描述光化学过程中辐射能 量与化学反应途径关系的物理化学定律。
详细描述
光化学第二定律指出,在一定温度和压力下 ,一个光化学反应的速率与反应途径中各个 步骤的辐射能量差成正比。这个定律对于研 究光化学反应机理和设计光化学合成路线具 有重要意义。
化学平衡
内容
化学平衡是指化学反应中反应物和生成物之间的平衡状态。在一定条件下,反 应物和生成物之间的浓度不再发生变化,达到动态平衡。
意义
化学平衡是化学反应中一个重要的概念,它帮助我们了解反应进行的程度和方 向。
化学反应速率
内容
化学反应速率是指单位时间内反应物消耗或生成物产生的速率。通常用单位浓度 的变化量表示。
复杂系统与跨尺度研究
总结词
跨学科、多尺度研究
详细描述
物理化学在复杂系统和跨尺度研究方面具有独特的优势 。复杂系统研究涉及多个相互作用因素,需要综合运用 物理、化学和生物等学科的知识来理解和预测系统的行 为。跨尺度研究则要求科学家从原子、分子到纳米、宏 观等不同尺度上理解和控制化学过程,物理化学为解决 这些问题提供了有效的方法和工具。
热力学第一定律在物理学和化学 领域中具有重要地位,它为解释 许多自然现象提供了基础。
热力学第二定律
内容
热力学第二定律指出,热量总是从高 温物体传导到低温物体,而不能反过 来。也就是说,热量传递的方向总是 从高到低,不能反过来。
意义
热力学第二定律表明了自然界的某种 方向性,它限制了某些自然过程的进 行方式。
VS
详细描述
光化学第一定律指出,在一定温度和压力 下,光化学反应的速率与辐射能量成正比 。这个定律对于研究光化学过程和设计光 化学设备具有重要意义。
光化学第二定律
总结词
光化学第二定律是描述光化学过程中辐射能 量与化学反应途径关系的物理化学定律。
详细描述
光化学第二定律指出,在一定温度和压力下 ,一个光化学反应的速率与反应途径中各个 步骤的辐射能量差成正比。这个定律对于研 究光化学反应机理和设计光化学合成路线具 有重要意义。
化学平衡
内容
化学平衡是指化学反应中反应物和生成物之间的平衡状态。在一定条件下,反 应物和生成物之间的浓度不再发生变化,达到动态平衡。
意义
化学平衡是化学反应中一个重要的概念,它帮助我们了解反应进行的程度和方 向。
化学反应速率
内容
化学反应速率是指单位时间内反应物消耗或生成物产生的速率。通常用单位浓度 的变化量表示。
复杂系统与跨尺度研究
总结词
跨学科、多尺度研究
详细描述
物理化学在复杂系统和跨尺度研究方面具有独特的优势 。复杂系统研究涉及多个相互作用因素,需要综合运用 物理、化学和生物等学科的知识来理解和预测系统的行 为。跨尺度研究则要求科学家从原子、分子到纳米、宏 观等不同尺度上理解和控制化学过程,物理化学为解决 这些问题提供了有效的方法和工具。
物理化学上册-天津大学编写-第五版完整ppt课件
近代化学的发展趋势和特点:
(1)从宏观到微观 (2)从体相到表相 (3)从定性到定量
(4)从单一学科到交叉学科
(5)从研究平衡态到研究非平衡态
精选ppt课件2021
10
当今科学研究的四大方向:
能源、材料 、环境、生命
学科间相互渗透、 相互结合,形成了许
化学与材料
多极具生命力的边缘 学科,
化学与能源
物理化学
Physical Chemistry
物理化学多媒体课件 孙雯
精选ppt课件2021
1
绪论
Preface
精选ppt课件2021
2
一、什么是物理化学?
无机化学
分析化学
有机化学 化学 物理化学
生物化学
高分子化学
物理化学是化精学选ppt课学件202科1 的一个分支 3
温度变化 压力变化 体积变化 状态变化
❖ 南京大学物理化学教研室 傅献彩
❖ 《物理化学》上、下册 (第四版)胡英
❖ 《物理化学练习500例》 (第二版)李大珍
❖ 《物理化学解题指精南选p》pt课件2021 李文斌(天大)
12
第一章 气体的 pVT 性质
Chapter1 the pVT relationships of gases
物质的聚集状态
ppt课件2021
16
R=8.314 J·K-1·mol-1 =0.08206 atm·l ·K-1·mol-1 =1.987 cal ·K-1·mol-1
理想气体状态方程也可表示为: pVm=RT pV = (m/M)RT
以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V)
精选ppt课件2021
(1)从宏观到微观 (2)从体相到表相 (3)从定性到定量
(4)从单一学科到交叉学科
(5)从研究平衡态到研究非平衡态
精选ppt课件2021
10
当今科学研究的四大方向:
能源、材料 、环境、生命
学科间相互渗透、 相互结合,形成了许
化学与材料
多极具生命力的边缘 学科,
化学与能源
物理化学
Physical Chemistry
物理化学多媒体课件 孙雯
精选ppt课件2021
1
绪论
Preface
精选ppt课件2021
2
一、什么是物理化学?
无机化学
分析化学
有机化学 化学 物理化学
生物化学
高分子化学
物理化学是化精学选ppt课学件202科1 的一个分支 3
温度变化 压力变化 体积变化 状态变化
❖ 南京大学物理化学教研室 傅献彩
❖ 《物理化学》上、下册 (第四版)胡英
❖ 《物理化学练习500例》 (第二版)李大珍
❖ 《物理化学解题指精南选p》pt课件2021 李文斌(天大)
12
第一章 气体的 pVT 性质
Chapter1 the pVT relationships of gases
物质的聚集状态
ppt课件2021
16
R=8.314 J·K-1·mol-1 =0.08206 atm·l ·K-1·mol-1 =1.987 cal ·K-1·mol-1
理想气体状态方程也可表示为: pVm=RT pV = (m/M)RT
以此可相互计算 p, V, T, n, m, M, (= m/ V)
精选ppt课件2021
《物理化学》PPT课件
2
完整版课件ppt
3
OA 是气-液两相平衡线 即水的蒸气压曲线。它 不能任意延长,终止于临界点。临界点 T=647K, p=2.2×107Pa,这时气-液界面消失。高于临界温度, 不能用加压的方法使气体液化。
OB 是气-固两相平衡线 即冰的升华曲线,理论上可 延长至0 K附近。
OC 是液-固两相平衡线 当C点延长至压力大于
属于此类的体系有:H 2O-HN 3,H 2 O O-H等C。l在标 准压力下,H2O-HC的l 最高恒沸点温度为381.65 K, 含HCl 20.24,分析上完整常版课用件pp来t 作为标准溶液。 20
杠杆规则 Lever Rule
在p-x图的两相区,物系点O代表了体系总的 组成和温度。
通过O点作平行于横坐标 的等压线,与液相和气相线分 别交于M点和N点。MN线称 为等压连结线(tie line)。
如图所示,是对拉乌尔 定律发生正偏差的情况,虚 线为理论值,实线为实验值。 真实的蒸气压大于理论计算 值。
完整版课件ppt
15
如图所示,是 对拉乌尔定律发生 负偏差的情况,虚 线为理论值,实线 为实验值。真实的 蒸气压小于理论计 算值。
完整版课件ppt
16
2. p-x图 和 T-x图 对于二组分体系,K=2,f =4-Φ。φ至少为1,
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25
精馏
精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热 区,温度最高;塔顶温 度最低。
精馏结果,塔顶 冷凝收集的是纯低沸 点组分,纯高沸点组 分则留在塔底。
精馏塔有多种类型,如图所示是泡罩式精馏
塔的示意图。
完整版课件ppt
26完整版课件ppt来自27体系自身确定。
H2O的三相点温度为 273.16 K,压力为
物理化学核心教程电子课件
胶体分散系
胶体分散系是指物质以微小的粒子分散在介质中所形成的体系。这些微小的粒子通常具有很大的表面 积和表面能,因此具有较高的稳定性。
稳定性
胶体分散系的稳定性取决于粒子间的相互作用和粒子的大小。如果粒子间的相互作用很强,或者粒子 的大小很小,则胶体分散系更加稳定。
07 环境化学
环境污染与生态平衡
当改变影响平衡的一个条件时,平衡 会向着减弱这种改变的方向移动。
勒夏特列原理
如果改变影响平衡的条件,平衡总是 向着减弱这种改变的方向移动。
酸碱平衡与沉淀溶解平衡
酸碱平衡
酸碱反应达到平衡时,溶液中的 氢离子和氢氧根离子浓度保持相 对稳定。
沉淀溶解平衡
难溶电解质在溶液中存在溶解和 沉淀的平衡状态,其平衡常数称 为溶度积。
反应机理与速率控制步骤
总结词
反应机理揭示了反应如何发生,而速率控制步骤决定 了整个反应的快慢。
详细描述
反应机理是化学反应的具体过程,包括各步反应的中间 产物和能量变化。通过了解反应机理,可以更好地理解 反应的本质。速率控制步骤是决定整个反应快慢的关键 步骤,控制了整个反应的速率。
温度对反应速率的影响
物理化学核心教程电 子课件
目录
CONTENTS
• 物理化学概述 • 热力学基础 • 化学动力学 • 化学平衡 • 物质结构基础 • 表面与胶体化学 • 环境化学
01 物理化学概述
物理化学的定义与重要性
定义
物理化学是研究物质在物理变化 和化学变化中表现出来的物理性 质和化学性质及其相互作用的科 学。
重要性
物理化学在科学、工程、技术、 医药等领域中具有广泛的应用, 是化学、化工、材料科学、环境 科学等学科的基础。
物理化学的发展历程
胶体分散系是指物质以微小的粒子分散在介质中所形成的体系。这些微小的粒子通常具有很大的表面 积和表面能,因此具有较高的稳定性。
稳定性
胶体分散系的稳定性取决于粒子间的相互作用和粒子的大小。如果粒子间的相互作用很强,或者粒子 的大小很小,则胶体分散系更加稳定。
07 环境化学
环境污染与生态平衡
当改变影响平衡的一个条件时,平衡 会向着减弱这种改变的方向移动。
勒夏特列原理
如果改变影响平衡的条件,平衡总是 向着减弱这种改变的方向移动。
酸碱平衡与沉淀溶解平衡
酸碱平衡
酸碱反应达到平衡时,溶液中的 氢离子和氢氧根离子浓度保持相 对稳定。
沉淀溶解平衡
难溶电解质在溶液中存在溶解和 沉淀的平衡状态,其平衡常数称 为溶度积。
反应机理与速率控制步骤
总结词
反应机理揭示了反应如何发生,而速率控制步骤决定 了整个反应的快慢。
详细描述
反应机理是化学反应的具体过程,包括各步反应的中间 产物和能量变化。通过了解反应机理,可以更好地理解 反应的本质。速率控制步骤是决定整个反应快慢的关键 步骤,控制了整个反应的速率。
温度对反应速率的影响
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目录
CONTENTS
• 物理化学概述 • 热力学基础 • 化学动力学 • 化学平衡 • 物质结构基础 • 表面与胶体化学 • 环境化学
01 物理化学概述
物理化学的定义与重要性
定义
物理化学是研究物质在物理变化 和化学变化中表现出来的物理性 质和化学性质及其相互作用的科 学。
重要性
物理化学在科学、工程、技术、 医药等领域中具有广泛的应用, 是化学、化工、材料科学、环境 科学等学科的基础。
物理化学的发展历程
物理化学ppt课件
热力学第二定律与熵增原理
总结词
热力学第二定律是指在一个封闭系统中,熵(即系统的混乱度)永远不会减少,只能增加或保持不变 。
详细描述
热力学第二定律是热力学的另一个基本定律,它表明在一个封闭系统中,熵(即系统的混乱度)永远 不会减少,只能增加或保持不变。这意味着能量转换总是伴随着熵的增加,这也是为什么我们的宇宙 正在朝着更加混乱和无序的方向发展。
03
化学平衡与相平衡
化学平衡条件与平衡常数
化学反应的平衡条件
当化学反应达到平衡状态时,正逆反 应速率相等,各组分浓度保持不变。
平衡常数
平衡常数表示在一定条件下,可逆反 应达到平衡状态时,生成物浓度系数 次幂的乘积与反应物浓度系数次幂的 乘积的比值。
相平衡条件与相图分析
相平衡条件
相平衡是指在一定温度和压力下 ,物质以不同相态(固态、液态 、气态)存在的平衡状态。
色谱分析技术
色谱法的原理
色谱法是一种基于不同物 质在固定相和移动相之间 的分配平衡,实现分离和 分析的方法。
色谱法的分类
根据固定相的不同,色谱 法可分为液相色谱、气相 色谱、凝胶色谱等。
色谱法的应用
色谱法在物理化学实验中 广泛应用于分析混合物中 的各组分含量、分离纯物 质等。
质谱分析技术
质谱法的原理
05
物理化学在环境中的应用
大气污染与治理
1 2 3
大气污染概述
大气污染是指人类活动向大气中排放大量污染物 ,导致空气质量恶化,对人类健康和生态环境造 成危害的现象。
主要污染物
大气中的主要污染物包括颗粒物、二氧化硫、氮 氧化物等,这些污染物会对人体健康和环境产生 严重影响。
治理措施
针对大气污染,采取了多种治理措施,包括工业 污染源控制、机动车污染控制、城市绿化等。
物理化学完整ppt课件
数称为(独立)组分数。 S:物种数
CSRR'
R:独立的化学平衡数 R′独立限制条件数
说明:★独立限制条件数只有在同一相中才能起作用
CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) R′= 0 ★独立的化学平衡数:指物质间构成的化学平衡是相互独立的
C+H2O=CO+H2 C+CO2=2CO CO+H2O=CO2+H2 R=2 S=5 C=5-2=3
(1)因外压增加,使凝固点下降 0.00748K (2)因水中溶有空气,使凝固点下降 0.00241K
可编辑课件
16
例:如图为CO2的相图,试问: (1)将CO2在25℃液化,最小需加多大压力? (2)打开CO2灭火机阀门时,为什么会出现少量白色固体(俗称于冰)?
解:(1)根据相图,当温度为25℃ 液一气平衡时,压力应为67大气压, 在25℃时最小需要67大气压才能使 CO2液化。
2、水的相图
可编辑课件
13
◎组分数
S:物种数
CSRR'
R:独立的化学平衡数 R′独立限制条件数
总结1
说明:★独立限制条件数只有在同一相中才能起作用 ★独立的化学平衡数:指物质间构成的化学平衡是相互独立的
◎相律
◎单组分系统相图 F=C-P十2=3-P
单组分系统最多三相共存 单组分系统是双变量系统
可编辑课件
可编辑课件
7
杠杆规则还可以表示为:
(1)
m() 1 wB() wB 1
m( )
wB wB ()
m() m() wB() wB wB wB()
m( )
wB wB ()
m() wB wB() m wB() wB()
物化ppt课件专题培训
B 旳单位是: kg m3
§4.2 多组分系统旳构成表达法
2. B旳质量分数 wB (Mass fraction of B)
wB def
m(B) mA
A
即B旳质量 m(B) 与混合物旳质量之比
wB 旳单位为1
§4.2 多组分系统旳构成表达法
3. B旳浓度 cB (又称为 B旳物质旳量浓度)
cB def
定义化学势
B
def
U ( nB )S,V ,nc (cB)
第一种基本公式就可表达为:
dU TdS pdV BdnB B
化学势旳定义
U U (S,V , n1, n2, , nk )
同理,
H H (S, p, n1, n2, , nk )
A A(T ,V , n1, n2, , nk )
Байду номын сангаас
B
G ( nB
)T , p,nc (cB)
化学势在判断相变和化学变化旳方向和程度方面
有主要作用。
化学势在相平衡中旳应用
设系统有α和β两相,在等温、等压下, β 相 中有极微量旳B种物质 dnB 转移到α相中
系统Gibbs自由能旳变化值为
dG dG dG B dnB B dnB
α相所得等于β相所失,即: dnB dnB
称为溶质B旳摩尔分数,又称为物质旳量分数。
摩尔分数旳单位为1
气态混合物中摩尔分数常用 yB 表达
在溶液中,表达溶质浓度旳措施有:
(1)溶质B旳质量摩尔浓度mB
Molality of solute B
mB def
nB m(A)
mB bB
溶质B旳物质旳量与溶剂A旳质量之比称为 溶质B旳质量摩尔浓度。
§4.2 多组分系统旳构成表达法
2. B旳质量分数 wB (Mass fraction of B)
wB def
m(B) mA
A
即B旳质量 m(B) 与混合物旳质量之比
wB 旳单位为1
§4.2 多组分系统旳构成表达法
3. B旳浓度 cB (又称为 B旳物质旳量浓度)
cB def
定义化学势
B
def
U ( nB )S,V ,nc (cB)
第一种基本公式就可表达为:
dU TdS pdV BdnB B
化学势旳定义
U U (S,V , n1, n2, , nk )
同理,
H H (S, p, n1, n2, , nk )
A A(T ,V , n1, n2, , nk )
Байду номын сангаас
B
G ( nB
)T , p,nc (cB)
化学势在判断相变和化学变化旳方向和程度方面
有主要作用。
化学势在相平衡中旳应用
设系统有α和β两相,在等温、等压下, β 相 中有极微量旳B种物质 dnB 转移到α相中
系统Gibbs自由能旳变化值为
dG dG dG B dnB B dnB
α相所得等于β相所失,即: dnB dnB
称为溶质B旳摩尔分数,又称为物质旳量分数。
摩尔分数旳单位为1
气态混合物中摩尔分数常用 yB 表达
在溶液中,表达溶质浓度旳措施有:
(1)溶质B旳质量摩尔浓度mB
Molality of solute B
mB def
nB m(A)
mB bB
溶质B旳物质旳量与溶剂A旳质量之比称为 溶质B旳质量摩尔浓度。
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与温度的关系为:lg p* / Pa 14.696 5650/T / K ,
液体的蒸气压与温度的关系为:
lg p* / Pa 10.296 3265/T / K
试求三相点的温度和压力,并求三相点时的摩尔升 华焓、摩尔蒸发焓及摩尔熔化焓。 解:
fus Hm sub Hm vap Hm (108.17 62.51)kJ mol1 45.66kJ mol1
dp*
sub Hm RT 2
dT
dln
p* / Pa dT
sub H m RT 2
ln10 5650K
T2
sub Hm 8.314 ln10 5650J mol 1 108.17103 J mol 1 108.17kJ mol 1
例:在熔点附近的温度范围内,TaBr5固体的蒸气压
纯组分的V-L、V-S平 衡,Vm (g) 相变Vm ,g ~ i.g.,
Hm C
例1 酚的精制采取减压蒸馏方法。已知酚的正常沸点为 181.9℃,如真空度为86.7kPa,酚的沸点应为多少?已
知酚的蒸发热为 48.1103 J mol,1 外压为100.0Pa。
解:
T1,p1 △H
3265 542.0
4.272
p* 18.7 103 Pa 18.7kPa
例:在熔点附近的温度范围内,TaBr5固体的蒸气压
与温度的关系为:lg p* / Pa 14.696 5650/T / K ,
液体的蒸气压与温度的关系为:
lg p* / Pa 10.296 3265/T / K
解:
dp trsHm dT TtrsVm
dT V trs m dp T trsHm
ln T2 T1
V trs m H trs m
(
p2
p1 )
5.4 106 1250
10 101325106
106
0.0428
T2 0.958 T1
T2 273.06K
T T2 T1 (273.06 273.2)K 0.14K
例:70oC时四氯化碳的蒸气压为82.81kPa,80oC时 为112.43kPa,试计算四氯化碳的摩尔蒸发焓及正 常沸点。设四氯化碳的摩尔蒸发焓不随温度而变化。
解:
ln
p*(T2 ) p*(T1 )
ln(13.3 /101 .3) (48.1103 / 8.3145 )[1/(T2 / K) 1/ 455 .1]
T2 = 392.4K →119.2℃
例2:水在90.0oC与100.0oC时的饱和蒸气压分别为 70.1kPa与101.3kPa,试求水的蒸发热。
解:
ln
p2* p1*
vap Hm R
1 T2
1 T1
ln
101.3
vap Hm
/
J
mol1
1
1
70.1 8.3145 373.2 363.2
vapHm 41.4103 J mol1
例 3 : 冰 和 水 的 密 度 分 别 为 0.917kg.dm-3 和 1.000kg.dm-3 ,冰的熔化热为6.008kJ.mol-1,求压 力由0.1MPa增加到2MPa时的熔点变化。
气液关系:
dp dT
0, vap Hm
0
V vap m 0 Vm (g) Vm (l)
液固关系:
dp dT
0, fus Hm
0
V fus m 0 Vm (l) Vm (s)
对于蒸发或升华过程:Vm (l) Vm(g)或Vm(s) Vm(g)
Sm (α)dT Vm (α)dp Sm (β)dT Vm (β)dp
dp dT
Sm (β) Sm (α) Vm (β) Vm (α)
相变Sm 相 变Vm
相变Hm T 相 变Vm
适用于任何纯物质的两相平衡系统
克拉佩 龙–克 劳修斯 方程
dp 相变Hm dT T相变Vm
设蒸气服从理想气体状态方程,
则Vm (g)
RT p*
蒸发过程:
dp* vap Hm vap Hm vap Hm p*
dT TvapVm TVm (g)
RT 2
1 p*
dp*
vap H m RT 2
dT
(2)若H=A+BT+CT2
ln{ p* } 1 A B lnT CT D
试求三相点的温度和压力,并求三相点时的摩尔升
华焓、摩尔蒸发焓及摩尔熔化焓。
解:
dp* dT
vap Hm T vapVm
vap Hm TVm (g)
vap Hm p* RT 2
1 p*
dp*
vap Hm RT 2
dT
dln p* / Pa
dT
vap H m RT 2
试求三相点的温度和压力,并求三相点时的摩尔升
华焓、摩尔蒸发焓及摩尔熔化焓。
解:14.696 5650 10.296 3265 4.400 2385
T /K
T /K
T /K
T 2385 K 542.0K
4.400
lg
p* Pa
10.296
T2,p2
p1* 101 .3kPa T1 (181 .9 273 .2)K 455 .1K
p2* (100 .0 86.7)kPa 13.3kPa
T2 = ?
ln
p2* p1*
Hm R
1 T2
1 T1
vapHm 48.1103J mol1
R T
(3)工程上常用安托万式 ln{ p*} A B
Ct
dp H dT T V
纯组分的两相平衡
d ln p*
dT
H m RT 2
ln p* Hm C RT
ln
p2* p1*T1
纯组分的V-L、V-S平 衡,Vm (g) 相变Vm ,g ~ i.g.
液体的蒸气压与温度的关系为:
lg p* / Pa 10.296 3265/T / K
试求三相点的温度和压力,并求三相点时的摩尔升
华焓、摩尔蒸发焓及摩尔熔化焓。
解:
dp* dT
sub Hm TsubVm
sub Hm TVm (g)
sub Hm p* RT 2
1 p*
70
1 273.15
8.3145 30.81 103
ln
10812..38215K
1
2.8597103 K 1
T2 349.69K, t2 76.54o C
例温:度1为0112372o5CP。a下已,H知g由I2的红红色、Hg黄I2两转种变晶为体黄的色晶Hg型I2转时变, 转变焓为1250J.mol-1,体积变化为-5.4cm3.mol-1,试 求压力为10MPa时的晶型转变温度。
解:
dp fus Hm dT T V fus m
dp fus Hm dT T fusVm
p2
p1
fus H m V fus m
ln T2 T1
ln T2
(2 0.1)106 1 / 1.000 1 / 0.917103 0.0182
273.2
6008
ln10 3265K
T2
vapHm 8.314ln10 3265J mol1 62.51103 J mol1 62.51kJmol1
例:在熔点附近的温度范围内,TaBr5固体的蒸气压
与温度的关系为:lg p* / Pa 14.696 5650/T / K ,
Vm (g) vapVm或Vm (g) subVm
设蒸气服从理想气体状态方程,
则Vm (g)
RT p*
蒸发过程:
dp* vap Hm vap Hm vap Hm p*
dT TvapVm TVm (g)
RT 2
1 p*
dp*
vap H m RT 2
dT
T2 0.958 127 273.15K 383K
t2 110o C
例:在熔点附近的温度范围内,TaBr5固体的蒸气压
与温度的关系为: lg p* / Pa 14.696 5650/T / K ,
液体的蒸气压与温度的关系为:
lg p* / Pa 10.296 3265/T / K
β
<0 Gm (β) Gm (α) 不可逆过程 α
=0 Gm(β) Gm(α) 可逆过程
T→T+dT
p→p+dp
+dn -dn
T,p
Gm (α) dGm (α) Gm (β) dGm (β)
dGm (α) dGm (β)
dGm (α) Sm (α)dT Vm (α)dp
dGm (β) Sm (β)dT Vm (β)dp
vap Hm R
1 T2
液体的蒸气压与温度的关系为:
lg p* / Pa 10.296 3265/T / K
试求三相点的温度和压力,并求三相点时的摩尔升 华焓、摩尔蒸发焓及摩尔熔化焓。 解:
fus Hm sub Hm vap Hm (108.17 62.51)kJ mol1 45.66kJ mol1
dp*
sub Hm RT 2
dT
dln
p* / Pa dT
sub H m RT 2
ln10 5650K
T2
sub Hm 8.314 ln10 5650J mol 1 108.17103 J mol 1 108.17kJ mol 1
例:在熔点附近的温度范围内,TaBr5固体的蒸气压
纯组分的V-L、V-S平 衡,Vm (g) 相变Vm ,g ~ i.g.,
Hm C
例1 酚的精制采取减压蒸馏方法。已知酚的正常沸点为 181.9℃,如真空度为86.7kPa,酚的沸点应为多少?已
知酚的蒸发热为 48.1103 J mol,1 外压为100.0Pa。
解:
T1,p1 △H
3265 542.0
4.272
p* 18.7 103 Pa 18.7kPa
例:在熔点附近的温度范围内,TaBr5固体的蒸气压
与温度的关系为:lg p* / Pa 14.696 5650/T / K ,
液体的蒸气压与温度的关系为:
lg p* / Pa 10.296 3265/T / K
解:
dp trsHm dT TtrsVm
dT V trs m dp T trsHm
ln T2 T1
V trs m H trs m
(
p2
p1 )
5.4 106 1250
10 101325106
106
0.0428
T2 0.958 T1
T2 273.06K
T T2 T1 (273.06 273.2)K 0.14K
例:70oC时四氯化碳的蒸气压为82.81kPa,80oC时 为112.43kPa,试计算四氯化碳的摩尔蒸发焓及正 常沸点。设四氯化碳的摩尔蒸发焓不随温度而变化。
解:
ln
p*(T2 ) p*(T1 )
ln(13.3 /101 .3) (48.1103 / 8.3145 )[1/(T2 / K) 1/ 455 .1]
T2 = 392.4K →119.2℃
例2:水在90.0oC与100.0oC时的饱和蒸气压分别为 70.1kPa与101.3kPa,试求水的蒸发热。
解:
ln
p2* p1*
vap Hm R
1 T2
1 T1
ln
101.3
vap Hm
/
J
mol1
1
1
70.1 8.3145 373.2 363.2
vapHm 41.4103 J mol1
例 3 : 冰 和 水 的 密 度 分 别 为 0.917kg.dm-3 和 1.000kg.dm-3 ,冰的熔化热为6.008kJ.mol-1,求压 力由0.1MPa增加到2MPa时的熔点变化。
气液关系:
dp dT
0, vap Hm
0
V vap m 0 Vm (g) Vm (l)
液固关系:
dp dT
0, fus Hm
0
V fus m 0 Vm (l) Vm (s)
对于蒸发或升华过程:Vm (l) Vm(g)或Vm(s) Vm(g)
Sm (α)dT Vm (α)dp Sm (β)dT Vm (β)dp
dp dT
Sm (β) Sm (α) Vm (β) Vm (α)
相变Sm 相 变Vm
相变Hm T 相 变Vm
适用于任何纯物质的两相平衡系统
克拉佩 龙–克 劳修斯 方程
dp 相变Hm dT T相变Vm
设蒸气服从理想气体状态方程,
则Vm (g)
RT p*
蒸发过程:
dp* vap Hm vap Hm vap Hm p*
dT TvapVm TVm (g)
RT 2
1 p*
dp*
vap H m RT 2
dT
(2)若H=A+BT+CT2
ln{ p* } 1 A B lnT CT D
试求三相点的温度和压力,并求三相点时的摩尔升
华焓、摩尔蒸发焓及摩尔熔化焓。
解:
dp* dT
vap Hm T vapVm
vap Hm TVm (g)
vap Hm p* RT 2
1 p*
dp*
vap Hm RT 2
dT
dln p* / Pa
dT
vap H m RT 2
试求三相点的温度和压力,并求三相点时的摩尔升
华焓、摩尔蒸发焓及摩尔熔化焓。
解:14.696 5650 10.296 3265 4.400 2385
T /K
T /K
T /K
T 2385 K 542.0K
4.400
lg
p* Pa
10.296
T2,p2
p1* 101 .3kPa T1 (181 .9 273 .2)K 455 .1K
p2* (100 .0 86.7)kPa 13.3kPa
T2 = ?
ln
p2* p1*
Hm R
1 T2
1 T1
vapHm 48.1103J mol1
R T
(3)工程上常用安托万式 ln{ p*} A B
Ct
dp H dT T V
纯组分的两相平衡
d ln p*
dT
H m RT 2
ln p* Hm C RT
ln
p2* p1*T1
纯组分的V-L、V-S平 衡,Vm (g) 相变Vm ,g ~ i.g.
液体的蒸气压与温度的关系为:
lg p* / Pa 10.296 3265/T / K
试求三相点的温度和压力,并求三相点时的摩尔升
华焓、摩尔蒸发焓及摩尔熔化焓。
解:
dp* dT
sub Hm TsubVm
sub Hm TVm (g)
sub Hm p* RT 2
1 p*
70
1 273.15
8.3145 30.81 103
ln
10812..38215K
1
2.8597103 K 1
T2 349.69K, t2 76.54o C
例温:度1为0112372o5CP。a下已,H知g由I2的红红色、Hg黄I2两转种变晶为体黄的色晶Hg型I2转时变, 转变焓为1250J.mol-1,体积变化为-5.4cm3.mol-1,试 求压力为10MPa时的晶型转变温度。
解:
dp fus Hm dT T V fus m
dp fus Hm dT T fusVm
p2
p1
fus H m V fus m
ln T2 T1
ln T2
(2 0.1)106 1 / 1.000 1 / 0.917103 0.0182
273.2
6008
ln10 3265K
T2
vapHm 8.314ln10 3265J mol1 62.51103 J mol1 62.51kJmol1
例:在熔点附近的温度范围内,TaBr5固体的蒸气压
与温度的关系为:lg p* / Pa 14.696 5650/T / K ,
Vm (g) vapVm或Vm (g) subVm
设蒸气服从理想气体状态方程,
则Vm (g)
RT p*
蒸发过程:
dp* vap Hm vap Hm vap Hm p*
dT TvapVm TVm (g)
RT 2
1 p*
dp*
vap H m RT 2
dT
T2 0.958 127 273.15K 383K
t2 110o C
例:在熔点附近的温度范围内,TaBr5固体的蒸气压
与温度的关系为: lg p* / Pa 14.696 5650/T / K ,
液体的蒸气压与温度的关系为:
lg p* / Pa 10.296 3265/T / K
β
<0 Gm (β) Gm (α) 不可逆过程 α
=0 Gm(β) Gm(α) 可逆过程
T→T+dT
p→p+dp
+dn -dn
T,p
Gm (α) dGm (α) Gm (β) dGm (β)
dGm (α) dGm (β)
dGm (α) Sm (α)dT Vm (α)dp
dGm (β) Sm (β)dT Vm (β)dp
vap Hm R
1 T2