第4章多组分系统的热力学第4节化学势及其应用第5节混合气体中组元的化学势解说.ppt

* * * * * * * * * * * 热传递----温度----温度差 物质传递---某个强度性质---推动了物质的传递 所谓物质传递，比方说相变过程：水变成水蒸气，可以看成水的分子由水相传递到了蒸气相。化学反应氢气加氧气生成水，也可看成是氢原子和氧原子由一种结合形式变到另一种结合形式的传递过程。 我们把推动物质传递的强度性质称为“化学势”。 4.4 化学势及其应用 Gibbs 1876、1877 《关于多相的物质平衡》 首次引入化学势的概念。 * 狭义定义： 保持温度、压力和除B以外的其它组分不变，体系的Gibbs自由能随nB的变化率称为化学势，所以化学势就是偏摩尔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。 混合物或溶液中, 组分B的偏摩尔吉布斯函数GB在化学热力学中有特殊的重要性, 又把它叫做化学势, 用符号μB表示。 * 多组分组成可变的均相体系的热力学基本方程 适用均相封闭系统和均相敞开系统只做体积功的任意过程 * 多组分组成可变的多相系统的热力学基本方程 适用多相封闭系统和多相敞开系统只做体积功的任意过程 phase component * 广义定义： 保持特征变量和除B以外其它组分不变，某热力学函数随其物质的量 nB 的变化率称为化学势。 * 化学势与压力的关系 对于纯组分体系，根据基本公式，有： 对多组分体系，把 换为 ，则摩尔体积变为偏摩尔体积 。 * 化学势与温度的关系 根据纯组分的基本公式， 将 代替 ，则得到的摩尔体积 换为偏摩尔体积 * 化学势与温度的关系 上式即等于 根据Gibbs自由能的定义式 在等温、等压条件下，各项对 微分，得 同理可证 * 有关化学势的几点说明 1.μB是状态函数，强度性质，其绝对值不能确定； 2.化学势与体系中某一组分相对应，绝没有所谓体系的化学势； 3.注意化学势与偏摩尔量的区别； 只有偏摩尔吉布斯函数才等于化学势 4.纯物质的化学势 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。 * 化学势的应用：平衡判据 物质平衡包括：相平衡及化学反应平衡。 * 1. 相平衡条件　　　　　 即 ： 假设某两相系统中发生无限小的相变化： 各物质的总量守恒 * 相平衡条件 多相平衡条件： 全部组分在全部相中的化学势一一对应相等。 * 2. 化学反应平衡条件 假设某已达平衡的封闭系统发生无限小的化学反应： 定义 1922年比利时热力学专家德唐德（De donder）首先引进偏微商，即ΔrGm)的概念 * * 用图形表示 * 化学反应的方向与限度 在恒温、恒压、W’=0条件下，化学反应自发地朝着化学势减小的方向进行，直至达到化学势相等的平衡态为止。 用 判断都是等效的。 * Question 试比较和论证下列四种状态纯水的化学势大小顺序： （1）373.15K，101325Pa液态水； （2）373.15K，101325Pa水蒸气； （3）373.15K，202650Pa液态水； （4）373.15K，202650Pa水蒸气。 H C O A B p T g l s pθ 373.15K * 4.5 混合气体中组元的化学势 纯理想气体的化学势 理想气相混合物中各组分的化学势 实际气体中组分的化学势 * 纯理想气体的化学势 只有一种理想气体， * 纯理想气体的化学势 这是理想气体化学势的表达式。 μi?(g)是温度为T，压力为标准压力时理想气体 i 的化学势，这个状态就是气体的标准态。 * 理想气体混合物中各组分的化学势 理想气体混合物中某一种气体B的化学势 混合理想气体分子之间除弹性碰撞之外没有其他作用力 混合理想气体中某一组分B的行为应该等同于B组分独立存在并占有相同体积的行为 混合理想气体中B组分的化学势就应与纯态时B组分的化学势相等。 * * 实际气体中组分的化学势 f : 逸度(fugacity)，可看作有效压力，单位与 p 相同。 Φ: 逸度因子，量纲为一 1901年，路易斯（Lewis）提出：保留理想气体化学势的表示式，把实际气体和理想气体的偏差都放在压力项上，引入“逸度”的概念，逸度用“f ”表示： * 实际气体中组分的化学势 标准态化学势μBθ(T)） 对理想气体：P = Pθ= 100kPa时的化学势 ； 对实际气体：f = Pθ= 100kPa时的化学势 （实际气体P≠Pθ），为假想状态。 * 气体中组分的化学势小结 纯理想气体 混合理想气体 混合实际气体 作业2-3 简要论述多组分系统中的相平衡条件和化学反应平衡条件 作业2-4 理想气体混合物和实际气体混合气的化学势的区别和联系是什么 * *