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时间:2020-03-22
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1、多组分系统热力学研究的内容和方法混合物与溶液化学势气体的化学势及逸度教学指导拉乌尔定律与亨利定律偏摩尔量理想液态混合物理想稀薄溶液理想稀薄溶液的依数性分配定律教学要点通过本章的学习,要求学员掌握偏摩尔量和化学势的定义;熟悉多组分体系的化学势判据;了解各类体系中各组分化学势的表达式;能较熟练地应用拉乌尔定律和亨利定律;解释各种依数性产生的原因,并能进行相应的计算。教学内容多组分系统热力学研究的内容和方法混合物与溶液偏摩尔量化学势气体的化学势及逸度拉乌尔定律与亨利定律理想液态混合物理想稀薄溶液理想稀薄溶液的依数性分配定律多组分
2、系统热力学研究的内容和方法在前述章节中,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。在这样的多组分系统中,一般而言,每种物质的性质会与纯物质有所不同。因而,处理多组分多相系统的热力学方法,也与定量定组成均相系统有所不同。两类系统的主要区别在于:(动画演示)用水和乙醇配制100g不同组成的液体混合物,其体积变化情况如下表。由表中数据不难看出,当温度、压力和组成确定之后,混合物的体积才有确定的值,其他状态性质亦当如是。正是由于多组分系统
3、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。本章将介绍在讨论多组分、组成可变系统的热力学问题时所需要的两个重要概念:偏摩尔量和化学势,并且在介绍不同形态物质的化学势表达式及化学势的应用实例时,要介绍非电解质溶液的性质。水与乙醇混合前后的体积变化(293K,101.325kPa)混合物与溶液1.混合物与溶液的分类当两种或两种以上的物质彼此以分子形态相互均匀混合时,就形成一个多组分均相系统。若系统中各组分都按相同的方法来研究,则称此均相系统为混合物。如
4、果系统中各组分以不同的方法来研究,则称此均相系统为溶液。溶液又可分为气态溶液、液态溶液和固态溶液。通常所讲的溶液多是指液态溶液而言。在液态溶液中,常把液体组分当作溶剂,把溶解在液体中的气体或固体叫做溶质。当液体溶于液体时,通常把含量较多的一种组分叫做溶剂,较少的一种组分叫做溶质。但当两个液体组分的含量差不多时,溶剂和溶质就没有明显的区别。按溶液中溶质的导电性能,溶液又分为电解质溶液和非电解质溶液。2.混合物或溶液的组成标度混合物和溶液的一个基本性质是它的组成。在物理化学中,根据需要的不同,经常用到如下几种组成标度。(1)
5、B的质量分数上式中,mB为B的质量。wB是一个量纲一的量,其单位为1。按照国家标准(GB3102.8—93)的规定,wB不再允许写成B(%),也不再称为“质量百分浓度”或B的“质量百分数”。例如,以前有的出版物将w(H2SO4)=0.15=15%写成H2SO4%=15%,现在应废止这种混乱、不正确的写法。显然,(2)B的摩尔分数此式中,nB为B的物质的量。xB(或yB)是一个量纲一的量,其单位为1。显然(3)B的体积分数此式中,V*m,A是纯物质A在相同温度和压力时的摩尔体积,而代表在全部物质范围内求和。φB是一个量纲一的
6、量,其单位为1。(4)B的分子浓度此式中,NB是混合物体积V中B的分子数,CB的单位为m-3。(5)B的浓度或B的物质的量浓度此式中,nB为体积V中B的物质的量。cB的单位为mol·m-3。以上五个组成标度通常用于混合物。对液态或固态溶液,组成标度是溶质B的质量摩尔浓度或溶质B的摩尔比。热力学中,对溶液的处理方法与对混合物的处理方法不同,对溶液中溶质B的处理方法与对溶剂A的处理方法也是不同的,故对组成变量的选择也不同。国家标准中对溶质的组成特别加上了“溶质B[的]”,一般不宜省略。(6)溶质B的质量摩尔浓度此式中,nB
7、为溶质B的物质的量,mA为溶剂A的质量。bB(或mB)的单位为mol·k-1。(7)溶质B的摩尔比此式中,nA,nB分别代表溶液中溶剂A及溶质B的物质的量。rB为量纲一的量,单位为1。在某些场合有时也用“溶质B的摩尔分数xB”或“溶质B的浓度cB”表示溶质B的组成标度。例题解析偏摩尔量如上所述,在一个多组分均相系统中,加入一定数量的某种纯物质时,系统某个广度性质的变化一般说来并不等于加入的该纯物质的这种性质的量。为了描述这个特点,引入偏摩尔量的概念。偏摩尔量的定义设有一个均相系统,由组分B,C,…组成。假定系统的状态
8、可以被温度、压力及各组分的物质的量所确定,则系统的任一广度性质Z(例如V,U,H,S,A,G等)可以看作只是T,p,nB,nC,…变量的函数,即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:定义此式中,ZB称为偏摩尔
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