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物理化学课件多组份系统.ppt

发布:2018-01-17约2.41千字共27页下载文档
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第四章 多组份系统热力学 混合物或溶液的组成表示方法 偏摩尔量 化学势 分配定律 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。 混合物 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。 多组分系统可以是均相的,也可以是多相的。 溶液 各组分要用不同方法研究处理,他们的标准态、化学势的表示式不同,服从不同的经验定律。 1. B的摩尔分数 2. B的质量摩尔浓度 3. B的物质的量浓度 4. B的质量分数 混合物或溶液的组成表示方法 B的摩尔分数 B的物质的量与系统中总的物质的量之比称为B的物质的量分数,又称为摩尔分数,单位为1。 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 。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。 B的质量摩尔浓度 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 ,但常用单位是 。 B的物质的量浓度 B的质量与体系总质量之比称为B的质量分数,单位为1。 B的质量分数 * 热力学第一定律和第二定律研究的主要对象是定量定组成的均相系统,而在实际的生产与科研中,大量遇到的是多组分多相系统,即由两种或两种以上物质混合而成的多组分系统。在多组分系统中,一般而言,每种物质的性质会与纯物质有所不同。如 * 例如, 25℃,101.325kPa时, 1molC2H5OH(l)体积58.35cm3;1 mol H2O(l)体积18.09cm3 ;而混合后分别为57.4 cm3和17.0cm3. 18.09cm3 H2O*(l) 58.35cm3 C2H5OH *(l) 74.40cm3 H2O C2H5OH(l) VH20 =17.0cm3/mol VC2H5OH = 57.4 cm3/mol 76.44cm3 正是由于多组分系统具有上述这样一些与单组分均相系统不同的性质,因此需要引进一些新的概念、新的热力学关系式来描述多组分多相系统的性质。 * 单组分纯物质, 系统的广度性质V, U, H, S, A, G都有其相应的摩尔量: ?摩尔体积 ?摩尔内能 ??摩尔焓 ?摩尔熵 ?摩尔亥姆霍兹函数 ?摩尔吉布斯函数 是强度性质. 但在液态混合物或溶液中,组分B的VB,UB,HB,SB,AB,GB与同温同压下单独存在时相应的摩尔量通常并不相等. 偏摩尔量 偏摩尔量的定义 系统中任一广度性质Z(代表V,U,H,S,A,G等)除了与温度、压力有关外,还与各组分的数量有关,即 设系统中有 个组分 如果温度、压力和组成有微小的变化,则系统中任一容量性质Z的变化为: 等温、等压的条件下: 偏摩尔量ZB的定义为: 常见的偏摩尔量定义式有: 代表偏摩尔量 代表纯物的摩尔量 1.偏摩尔量的含义是:在等温、等压条件下,在大量的定组成系统中,加入单位物质的量的B物质所引起广度性质Z的变化值。 2. 只有广度性质才有偏摩尔量,而偏摩尔量是强度性质。 3. 纯物质的偏摩尔量就是它的摩尔量。 4. 任何偏摩尔量都是T,p和组成的函数。 或在等温、等压、保持B物质以外的所有组分的物质的量不变的有限系统中,改变 所引起广度性质Z的变化值, 化学势 定义:保持热力学函数的特征变量和除B以外其它组分不变,某热力学函数随物质的量 的变化率称为化学势。 相应的化学势定义式为: 通常反应都是在等温、等压下进行,所以如不特别指明,化学势就是特指偏摩尔Gibbs自由能。 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。 * 化学势判据 恒温恒压非体积功为零, 根据吉布斯函数判据 可得化学势判据 分配定律 “在定温、定压下,若一个物质溶解在两个同时存在的互不相溶的液体里,达到平衡后,该物质在两相中浓度之比有定值” ,这称为分配定律。 式中 和 分别为溶质B在两个互不相溶的溶剂 中的浓度,K 称为分配系数(distribution coefficient)。 用公式表示为: 这个经验定律可以从热力学得到证明。定温定压下,达到平衡时,溶质B在 两相中的化学势相等,即: 影响K值的因素有温度、压力、溶质及两种溶剂的性质等。在溶液浓度不太大时能很好地与实验结果相符。 当溶液浓度不大时,活度比可用浓度比代替,就得到分配定律的经验式。 如果溶质在任一溶剂中有缔合或离解现象,则分配定律只能适用于在溶剂中分子形态相同的部分 分配定律的应用:
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