材料熱力學(xué) 課件 15-第六章 化學(xué)勢表達式及其應(yīng)用1

任課教師：李俊杰Office：西工大創(chuàng)新大廈1316Telmail：lijunjie@

溶液組元BB蒸氣

B蒸氣拉烏爾定律

純B液體

純B液體

溶液概述溶液的特點溶液組成表示方法溶液的狀態(tài)描述偏摩爾量偏摩爾量的定義偏摩爾量的重要公式偏摩爾量的求法容量性質(zhì)描述強度性質(zhì)描述k＋2獨立變量k＋1獨立變量第五章回顧2/37

化學(xué)勢上節(jié)回顧3/37

定義

用途2用途1特性函數(shù)特征變量化學(xué)勢判據(jù)自發(fā)平衡

6.1理想氣體化學(xué)勢6.2實際氣體化學(xué)勢6.3溶液中組元化學(xué)勢表達式推導(dǎo)的一般思路6.4理想溶液和拉烏爾定律6.5稀溶液和亨利定律6.6實際溶液4/37第六章化學(xué)勢表達式及其應(yīng)用純理想氣體理想氣體混合物6.1理想氣體的化學(xué)勢5/37理想氣體混合性質(zhì)

B絕對值不可知，要人為選擇標準狀態(tài)，即用相對值的辦法表示

B純理想氣體B(T,p)

6.1.1純理想氣體6/37

等溫

純理想氣體B的化學(xué)勢公式

下限：

上限：

積分

7/37(1)

式中各項的物理意義

理想氣體B

理想氣體B

去掉隔板，氣體自發(fā)從左側(cè)流向右側(cè)若：則：

B(理想氣體,T,p)

B(理想氣體，T，p

)標準狀態(tài)與標準狀態(tài)的差異化學(xué)勢=標準狀態(tài)化學(xué)勢+差異

6.1.1純理想氣體8/37平衡：(2)

B=

B*氣體B分子的半透膜

B=?B+C+…T，pB純BT，pB*

純理想氣體B(T，p

)由混合氣體T、p和xB表示的公式理想體混合物中B的化學(xué)勢公式標準狀態(tài)：

(1)pB=pB*

6.1.2理想氣體混合物9/37

理想氣體混合物

1.無熱效應(yīng)：

2.無體積效應(yīng)：

3.熵增加：

4.Gibbs自由能減少：

6.1.3理想氣體混合性質(zhì)10/374、Gibbs自由能減少：代入(1)得：證明：

可得：

同理：(1)

6.1.3理想氣體混合性質(zhì)6.1理想氣體化學(xué)勢6.2實際氣體化學(xué)勢6.3溶液中組元化學(xué)勢表達式推導(dǎo)的一般思路6.4理想溶液和拉烏爾定律6.5稀溶液和亨利定律6.6實際溶液11/37第六章化學(xué)勢表達式及其應(yīng)用實際氣體復(fù)雜性純實際氣體6.2實際氣體的化學(xué)勢12/37實際氣體混合物氣體化學(xué)勢總結(jié)逸度和逸度系數(shù)13/37純實際氣體不再適用純理想氣體的化學(xué)勢公式，實際氣體的狀態(tài)方程形式眾多，積分求解出來的化學(xué)勢公式不能統(tǒng)一

分子間作用力理想氣體實際氣體

6.2.1實際氣體復(fù)雜性14/37

意義：統(tǒng)一了各種實際氣體的化學(xué)勢公式，且與理想氣體公式形式相同理想氣體實際氣體

6.2.2純實際氣體15/37

理想氣體混合物：混合氣體中氣體B的逸度，校正分壓(1)

實際氣體混合物(3)(2)Lewis－Randall規(guī)則

：實際氣體混合物中B與標準態(tài)的化學(xué)勢之差

(4)氣體混合物純B氣體

6.2.3實際氣體混合物16/37氣體B化學(xué)勢表達式

：標準狀態(tài)化學(xué)勢

理想氣體：實際氣體：理想氣體：實際氣體：

6.2.4氣體化學(xué)勢總結(jié)17/37

ABCD提交

單選題1分校正壓力

逸度和逸度系數(shù)的意義逸度(fugacity)：校正因子逸度系數(shù)

(fugacitycoefficient)：(2)對實際氣體：

(3)對標準狀態(tài)：

6.2.5逸度和逸度系數(shù)

18/37

6.2.5逸度和逸度系數(shù)19/37對比狀態(tài)法（查圖表）

Newton圖（局部）Newton圖逸度和逸度系數(shù)的計算主要方法：解析法（用狀態(tài)方程）、圖解法（實驗）、對比狀態(tài)法（查表）6.1理想氣體化學(xué)勢6.2實際氣體化學(xué)勢6.3溶液中組元化學(xué)勢表達式推導(dǎo)思路6.4拉烏爾定律和理想溶液6.5亨利定律和稀溶液6.6實際溶液20/37第六章化學(xué)勢表達式及其應(yīng)用21/376.3溶液中組元化學(xué)勢表達式推導(dǎo)思路兩相平衡時，任意物質(zhì)B在兩相中化學(xué)勢相等化學(xué)勢判據(jù)

公式處理

（2）將標準態(tài)由純B氣體替換為純B液體(理想氣體)A+B蒸氣A+B溶液蒸氣壓純液體

二元溶液總蒸氣壓：溶劑A蒸氣壓：

溶質(zhì)B蒸氣壓：

A蒸氣純A液體

A+B蒸氣

A+B溶液蒸氣壓一般不等于液體的壓力p22/376.3溶液中組元化學(xué)勢表達式推導(dǎo)思路6.1理想氣體化學(xué)勢6.2實際氣體化學(xué)勢6.3溶液中組元化學(xué)勢表達式推導(dǎo)思路6.4理想溶液和拉烏爾定律6.5稀溶液和亨利定律6.6實際溶液23/37第六章化學(xué)勢表達式及其應(yīng)用6.4理想溶液和拉烏爾定律Raoult定律理想溶液及其化學(xué)勢理想溶液通性24/376.4.1Raoult定律

Raoult定律(1)含義1887年，法國化學(xué)家Raoult開展了大量實驗，從實驗中發(fā)現(xiàn)

(2)適用條件：稀溶液中的溶劑25/37(3)稀溶液的微觀本質(zhì)(4)解決問題溶劑分子A周圍幾乎全是其它A分子在一定T，p下，稀溶液中pA與濃度的關(guān)系溶液中溶劑分子A逸出能力與純A中相同溶液中單位面積A分子數(shù)量比純?nèi)軇┥偌円后w稀溶液溶劑分子A受到的分子作用力保持不變

26/376.4.1Raoult定律理想溶液(idealsolution)6.4.2理想溶液及其化學(xué)勢

宏觀定義任一組元在全部濃度范圍內(nèi)都嚴格符合Raoult定律

微觀特征溶液中任意分子之間的作用力相等每個分子所受的作用力與它在純液體中相同27/37理想溶液的化學(xué)勢

(Raoult定律)

溶液組元BB蒸氣

B蒸氣拉烏爾定律

純B液體

28/376.4.2理想溶液及其化學(xué)勢

等溫:(2)代入(1)得：

溶液組元BB蒸氣

B蒸氣拉烏爾定律

純B液體

純B液體

29/376.4.2理想溶液及其化學(xué)勢(2)各項含義：(1)條件：

理想溶液中的任意組元

溶液(T,p

,xB)中B的化學(xué)勢純B(T,p)的化學(xué)勢

30/376.4.2理想溶液及其化學(xué)勢(3)其它常見形式：

不選用標準壓力的純B為參考，直接以p下的純B為參考

31/376.4.2理想溶液及其化學(xué)勢

理想溶液(sln)

1.無熱效應(yīng)：

2.無體積效應(yīng)：

3.熵增加：

4.Gibbs自由能減少：

32/376.4.3理想溶液通性無體積效應(yīng)：

同理：

證明：

兩邊對p求偏導(dǎo)理想溶液：33/376.4.3理想溶液通性

熵增加：(1)

同理：代入(1)：

證明：

34/376.4.3理想溶液通性

不能確定ABCD提交35/37單選題1分小結(jié)36/371、掌握純理想氣體和理想氣體混合物的化學(xué)勢公式，其中各項的物理含義；2、掌握實際氣體化學(xué)勢公式，逸度及逸度系數(shù)的概念，了解其求解方法；純理想氣體B：理想氣體混合物中B：標準狀態(tài)：純理想氣體B(T，p

)實際壓力氣體B分壓標準狀態(tài)：假想純理想氣體B(T，p

)逸度純實際氣體B：實際氣體混合物中B：為氣體B分壓小結(jié)37/373、掌握拉烏爾定律及理想溶液的概念；理想溶液：任一組元在全部濃度范圍內(nèi)都嚴格符合Raoult定律4、掌握理想溶液中各組元的化學(xué)勢公式；標準態(tài)：純B(T,p

，純B液體)(近似)5、理想溶液通性(1).無熱效應(yīng)：(2).無體積效應(yīng)：(3).熵增加：(4).Gibbs自由能減少：第六章作業(yè)1

(共5題)A(g)3mol,298KB(g)1mol,298K混合氣體3molA+1molB,298K某容器被一隔板從中間一分為二，初始時一側(cè)含有298K的3mol理想氣體A，另一側(cè)含有298K的1mol理想氣體B，等溫下將氣體混合，求此過程的DmixG，用化學(xué)勢計算。在298K時，氨的水溶液A中NH3與H2O的物質(zhì)的量之比為1:8，溶液A上方NH3的蒸氣壓為11kpa；氨的水溶液B中NH3和H2O的物質(zhì)的量之比為1:21，溶液B上方的NH3的蒸氣壓為3.6kpa。假設(shè)NH3的蒸氣為理想氣體，試求在相同溫度下：

(1)從大量的溶液A中轉(zhuǎn)移1molNH3到大量的溶液B中的DG；

(2)將處于標準壓力下的1molNH3(g)溶于大量的溶液B中的DG。

說明：溶液與其蒸氣平衡時，蒸氣中A的分壓即溶液當中組元A的蒸氣壓。第六章作業(yè)1(共5題)已知在298K下兩種揮發(fā)性液體A和B的蒸汽壓分別為260kPa和60kPa，且兩者混合形成理想溶液，求：

(1)濃度為xB=0.6的溶液上方A和B的蒸氣分壓以及蒸氣總壓；

(2)在100kPa時某濃度該溶液的沸點恰為298K，求該溶液組成及蒸氣的組成。在298K、一個大氣壓下，兩種液體A、B形成理想液體混合物，3molA和1molB混合形成的溶液I的總蒸氣壓為50kPa，再加入2molB形成的溶液II的總蒸氣壓為60kPa，計算:

(1)純液體A和B的蒸氣壓；

(2)溶液I混合過程的DmixG；

(3)若在溶液II中再加入3molB，溶液總蒸氣