第二章 自由能化学势和溶液 3PPT课件

第二章 自由能、化学势和溶液 公式1．第一和第二定律的联合公式为2．吉布斯自由能定义式G = U + PV – TS = H – TS △G ＝ △H －T △S（G----体系的状态函数, ( J ) , 绝对值无法测量 ） 3．在定温定压下，有如下关系： ΔG=W’最大4．吉布斯自由能判据< 不可逆过程, 自发过程 = 可逆过程, 平衡态 > 反方向为自发过程5．判断过程方向及平衡条件的总结6定压下．对任意相变或化学变化 7．定温物理变化∆G 的计算（W’＝0的封闭体系）. 理想气体定温过程. 纯液体或纯固体的定温过程0≥'+--W dV P dU dS T e eδ0,,≤'W P T dG 0,,≤∆'W P T G S TGP ∆-=∂∆∂)(⎰⎰===∆212112ln P P P P T P P nRT dP PnRT dP V G ⎰-==∆21)(12P P l l T P P V dP V G ⎰-==∆21)(12P P s s T P P V dP V G. 定温定压可逆相变 dG = -SdT + VdP dT ＝0 dP ＝0 ∆G T , P, W' = 0。

定温定压不可逆相变必须设计可逆过程 来求算, 由于△G 定温条件下的计算公式简单, 因此设计定温变压可逆途径 求解. 而计算不可逆相变的 ∆H 和 ∆S 时 , 是设计定压变温可逆途径进行求解.8．化学反应∆G 的计算 化学反应△ r Gm θ的计算 。

由物质的△fGm θ求算△rG θm = ∑νB △fG θm ,B 。

由反应的△rH θm 和 △rS θm 求算 △rG θm = △rH θm - T △rS θm 。

估计该反应能自发进行的最高温度< 0 不可逆过程, 自发过程 △rG θm = △rH θm - T △rS θm = 0 可逆过程, 平衡态> 0 反方向为自发过程 9．在指定压力下温度对反应自发性的影响 10．偏摩尔量的定义式: 条件：定温定压（Z 代表任一广度性质 ）对于纯物质的均相系统，偏摩尔量即为该物质的摩尔量11．偏摩尔量的集合公式12．化学势定义式13．化学势（偏摩尔吉布斯自由能）集合公式在一定的温度, 压力和浓度的条件下,多组分体系处于一定的状态, 体系的吉布斯自由能可用下式计算纯组分：K S H T mrm r 3144241012.1333=-⨯-=∆∆=θθ）B (,,,≠⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=j n P T B mB j nz Z m P T m B V nVV =∂∂=,,)(∑=Bm B B Z n Z ,jn P T ii n G,,(∂∂=μ∑=B BB n G μmG nG ==μ14.化学势与温度的关系15.化学势与压力的关系16.化学势判据在定温、定压、W ´=0 的封闭体系中< 自发过程≤ 0 = 可逆过程或平衡态> 反方向为自发过程17.化学势判据与相平衡设在定温、定压、W ´=0 的条件下, 有dni mol 的 i 物质从 α相转移到 β 相，dG T, P, W ´=0 = (μi β -μi α)dni(1)若 μi β < μi α 则 dG < 0 ; 物质从α→β相的转移 是自发过程; (2)若 μi β > μi α 则 dG > 0 ; 物质从β→α相的转移是自发过程; (3)若 μi β = μi α 则 dG = 0 ; 体系处于相平衡状态. 18.化学势判据与化学平衡对定温、定压、W ´= 0 ，且 ξ = 1mol 的化学反应 a A + b B → g G + h H< 0 , 反应正方向自发= 0 , 反应达到平衡 > 0 , 逆反应方向自发( 定T , 定P , W ´ = 0 的封闭体系 , 化学反应方向与限度的判据. 由化学势高的物质自发生成化学势低的物质) 19.气体的化学势与标准态mB n P B S T ,,)(-=∂∂∑μmB n T B V P,,)(=∂∂∑μ∑=B B dn dG μBA H G BB m b a h g rG μμμμμν--+==∆∑20.拉乌尔定律 (PA,PA*分别表示定温时稀溶液中的溶剂的饱和蒸气压与该温度时的纯溶剂的饱和蒸气压,xA 是溶液中溶剂的摩尔分数).溶液的蒸气压下降∆p =p*-p = p* - p*xA =p*(1-xA)= p*xB .溶液沸点升高∆tb = tb －tb* = Kb. bB (Kb ——沸点上升常数，与溶剂有关。

第二章溶液体系热力学与化学势复习思考题1. 溶液的浓度常用质量分数、质量摩尔浓度，摩尔分数，物质的量浓度等表示，其中与温度无关的有哪几种？2. 试说明各种浓度表示法的相互换算关系，这些关系式用于稀溶液又如何？3. 为什么要引入偏摩尔量的概念？对同一热力学性质，纯物质E的物质的摩尔量与溶液中E物质的偏摩尔量有何关系？4. 写出关于偏摩尔吉布斯自由能的吉布斯一杜亥姆方程，并说明其适用条件。

5. 拉乌尔定律与亨利定律有什么区别？对于理想溶液，它们之间有何关系？6. 有人说，“理想溶液的'mix S m X j In X j > 0,形成理想溶液的过程熵增加，因此一定是自动过程”，这种说法对吗？为什么？7. 什么叫稀溶液的依数性？各依数性质之间有何联系？8. 只要往溶剂中加入溶质，形成的溶液总是凝固点降低，沸点升高，对吗？9. 为什么要引入活度？活度与浓度有何关系？活度有无量纲？10. 何谓活度的参考状态？参考状态有几种？参考状态是否都是一定能实现的状态？11. 溶液中的同一物质在选择不同的参考状态时，其化学势是否相同其活度是否相同？习题1. 0.022 5 kg Na2CO3・10H2O溶于水中，溶液体积为0.2 dm3，溶液密度为1.04 kg • dm-3,求溶质的质量分数，质量摩尔浓度，物质的量浓度和摩尔分数表示的浓度值。

(答案：w% = 4.007% , m = 0.3938 mol • kg-1, c = 0.3932 mol • dm-3, x = 7.045x 10 -) 解：MNa2CO3 = 105.99x 10-3 kg mol-1-3 -1M Na2CO3 -H2O = 286.14 x 10 kg molW (总)=1.04 x 0.2=0.208kg33n Na2CO3 10 H2O= n Na2CO3=0.0225 x 10 /286.14=0.07863molW H2O= (208 —8.344)x 10- =199.666 x 10- kgn H2O= (199.666 x 103) / (18.015 x 103) =11.083mol质量百分数：wt %= [ ( 8.334 x 10-3) /0.208] x 100%=4.007%质量摩尔浓度：m Na2CO3=0.07863/ (199.666 x 10-3) =0.3938mol kg-1n Na2CO3=0.02259/ (286.14 x 10-) =0.07863 mol-3 -3 W Na2CO3=0.07863 x 105.99 x 10 = 8.334 x 10 kg物质的量浓度：C= n Na2co3/V=0.07863/0.2=0.3932mol dm"物质的量分数：X Na2co3=0.07863/ ( 0.07863+11.083) =7.045 X 10-2. 293.15 K时，质量分数为60 %的甲醇水溶液的密度是0.894 6 kg • dm-3,在此溶液中水的偏摩尔体积为1.68X 10-2dm3• mol-1。