第一讲：溶液概述、偏摩尔量和化学势

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1、物理化学讲稿多组分系统热力学及其在溶液中的应用（10学时）物理化学教研室2011年3月第一讲：溶液概述、偏摩尔量和化学势【本讲重点】1、多组分系统组成的表示及其相互关系；2、偏摩尔量和化学势的定义，二者的区别和在多相组分系统中引入两种概念的意义。【本讲难点】偏摩尔量与化学势的概念【授课方法】讲授【教学手段】多媒体教学与黑板讲述相结合【计划课时】24.1引言一、溶液的定义广义定义：广义地说，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称为溶液。二、溶液的分类1、按溶液以物态：可分为气态溶液、固态溶液和液态溶液。2、根据溶液中溶质的

2、导电性：可分为电解质溶液和非电解质溶液。本章主要讨论液态的非电解质溶液。三、溶剂和溶质液态溶液：如果都是液态，则把含量多的一种称为溶剂，含量少的称为溶质。非液态溶液：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。四、混合物混合物（理想溶液）：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。4.2溶液组成的表示法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：1.物质B的质量浓度溶质B的质量与混合物总

3、体积之比称为溶质B的物质的量分数，单位为：。2.物质的量浓度cB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/L。3.物质的量分数溶质B的物质的量与溶液中总的物质的量之比称为溶质B的物质的量分数，又称为摩尔分数，单位为1。4.质量摩尔浓度溶质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。5.质量分数溶质B的质量与溶液总质量之比称为溶质B的质量分数，单位为1。[练习]试推导在无限稀释的水溶液中：4.3-4.4偏摩尔量化学势一、单组分体系的摩尔

4、热力学函数值体系的状态函数中V，U，H，S，A，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，则各摩尔热力学函数（摩尔体积、摩尔热力学能、摩尔焓、摩尔熵、摩尔亥姆赫兹自由能、摩尔吉布斯自由能）值的定义式分别为：各摩尔热力学函数都是强度性质。二、多组分体系（内部组成可变）的摩尔热力学函数值多组分体系中，每个热力学函数的变量就不止两个，还与组成体系各物的物质的量有关。[例子]一定量的乙醇溶解于水中，形成溶液。即：1mol乙醇加入溶液中时，引起溶液体积的变化不等于乙醇的摩尔体积。同理：二、偏摩尔量的定义1、定义设Z代表V，

5、U，H，S，A，G等广度性质，则对多组分体系偏摩尔量ZB的定义为：ZB：称为物质B的某种容量性质Z的偏摩尔量。2、物理意义：等温、等压条件下，在系统中加入1molB物质，所引起的系统某一广度性质的改变量，对上例：3、注意：A.偏摩尔量的含义是：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条件下，改变所引起广度性质Z的变化值，或在等温、等压条件下，在大量的定组成体系中加入1molB物质所引起广度性质Z的变化值。B.只有广度性质才有偏摩尔量，而偏摩尔量是强度性质。C.纯物质的偏摩尔量就是它的摩尔量。D.任何偏摩尔量都是T，p和组成的函数

6、。三、偏摩尔量的集合（加和）公式设一个均相体系由1、2、、k个组分组成，则体系任一容量性质Z应是T，p及各组分物质的量的函数，即：在等温、等压条件下：按偏摩尔量定义：则在保持偏摩尔量不变的情况下，对上式积分：这就是偏摩尔量的集合公式，说明体系的总的容量性质等于各组分偏摩尔量的加和。例：二组分系统，各组分的物质量和的偏摩尔体积分别为：和，则总体积：写成一般式有：四、Gibbs-Duhem公式---偏摩尔量之间的关系如果在溶液中不按比例地添加各组分，则溶液浓度会发生改变，这时各组分的物质的量和偏摩尔量均会改变。根据加和公式对Z进行微分在等温、等压

7、下某均相体系任一容量性质的全微分为：这就称为Gibbs-Duhem公式，说明偏摩尔量之间是具有一定联系的。表明：在温度、压强一定时，若溶液发生一状态变化，必然有一些组分的偏摩尔量增加，一些组分的偏摩尔量减小，所有组分的物质的量与其偏摩尔量乘积之和为0。五、化学势的定义（一）化学势的定义：设：某系统中有1，2….k种物质,则:---称为物质Ｂ的化学势对组成不变的系统：因：H=U+pV，则A=U-TS，则G=H-TS，则－－－－－组成可变系统的热力学基本公式1、化学势的广义定义：由（１）～（４）有化学势的狭义定义：注意：若不做说明，化学势指偏摩尔

8、Gibbs自由能。保持温度、压力和除B以外的其它组分不变，体系的Gibbs自由能随的变化率称为化学势，所以化学势就是偏摩尔Gibbs自由能。（二）化学势判据化学势在