第二章多相多组分系统热力学(5)
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第二章多相多组分系统热力学2007-4-24§2.1 均相多组分系统热力学 练习1 水溶液(1代表溶剂水,2代表溶质)的体积V 是质量摩尔浓度b 2的函数,若 V = A +B b 2+C (b 2)2(1)试列式表示V 1和V 2与b 的关系;答: b2: 1kg 溶剂中含溶质的物质的量, b 2=n 2, 112222,,,,2T P n T P n V V V B cb n b ⎛⎫⎛⎫∂∂===+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ ∵ V=n 1V 1+n 2V 2( 偏摩尔量的集合公式)∴ V 1=(1/n 1)(V-n 2V 2)= (1/n 1)( V-b 2V 2)= (1/n 1)(A+Bb 2+c(b 2)2-Bb 2-2cb 2)= (1/n 1)[A-c(b 2)2] (2)说明A ,B , A/n 1 的物理意义;由V = A +B b 2+C (b 2)2 , V=A;A: b 2→0, 纯溶剂的体积,即1kg 溶剂的体积B; V 2=B+2cb 2, b 2→0, 无限稀释溶液中溶质的偏摩尔体积A/n 1:V 1= (1/n 1)[A-c(b 2)2],∵b 2→0,V = A +B b 2+C (b 2)2, 纯溶剂的体积为A, ∴A/n 1 为溶剂的摩尔体积。
(3)溶液浓度增大时V 1和V 2将如何变化?由V 1,V 2 的表达式可知, b 2 增大,V 2 也增加,V 1降低。
2哪个偏微商既是化学势又是偏摩尔量?哪些偏微商称为化学势但不是偏摩尔量? 答: 偏摩尔量定义为,,c B B T P n Z Z n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭所以,,c B B T P n G G n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,c B B T P n H H n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,cBB T P n F F n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,cB B T P n U U n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ 化学势定义为:,,c B B T P n G n μ⎛⎫∂=⎪∂⎝⎭= ,,c B T V n F n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,c B S V n U n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,cB S P n H n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ 可见,偏摩尔Gibbs 自由能既是偏摩尔量又是化学势。
多组分系统热力学
多组分系统热力学是研究多个组分构成的系统的热力学行为的科学。
在多组分系统中,各个组分之间可能会相互作用,从而影响整个系统的热力学性质。
多组分系统热力学的研究内容包括:
1.热力学第一定律:能量守恒定律,即在一个封闭系统中,能量不
能被创造或消除,只能从一种形式转化为另一种形式。
2.热力学第二定律:熵增定律,即在一个封闭系统中,熵(即系统
的混乱程度)只能增加,不能减少。
这意味着,系统总是朝着熵增的方向演化,而不是熵减的方向。
3.相平衡:研究在给定的温度和压力下,不同物质之间是如何平衡
的。
4.化学平衡:研究在给定的温度和压力下,化学反应是如何平衡的。
5.热力学第三定律:绝对零度不能达到原理,即任何物质在绝对零
度下的熵均为零。
这些定律和原理对于理解多组分系统的热力学行为非常重要。
在化学工程、材料科学、生物工程等领域中,多组分系统热力学被广泛应用于研究复杂系统的热力学性质和行为。
第二章 多相多组分系统热力学习题及答案§2. 1 均相多组分系统热力学(P68)1. 水溶液(1代表溶剂水,2代表溶质)的体积V 是质量摩尔浓度b 2的函数,若V = A +Bb 2+C (b 2)2(1)试列式表示V 1和V 2与b 的关系; (2)说明A 、B 、A/n 1的物理意义; (3)溶液浓度增大时V 1和V 2将如何变化?解:(1) 由b 2的定义“1kg 溶剂中所含溶质的物质的量”,因此本题中可视溶剂水为1kg ,从而认为将 b 2=n 2。
★112222,,,,2T P n T P n V V V B Cb n b ⎛⎫⎛⎫∂∂===+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 据偏摩尔量的集合公式V=n 1V 1+n 2V 2,★V 1 =2211()V n V n -=2211()V b V n - =22222211[A+Bb +C(b )-Bb -2C(b )]n =2211[A-C(b )]n = 2211A C (b )n n - (2)20lim b V A →=,故A 表示当b 2→0,纯溶剂的体积,即1kg 溶剂水的体积;220lim b V B →=,故B 表示当b 2→0,无限稀溶液中溶质的偏摩尔体积;2101lim b AV n →=,A/n 1表示溶剂水的摩尔体积。
(3)由以上V 1和V 2 的表达式可知,溶液浓度(b 2)增大时,V 2 增大,V 1减小。
2. 哪个偏微商既是化学势又是偏摩尔量?哪些偏微商称为化学势但不是偏摩尔量?答:化学势表达式: ,,cB B T P n G n μ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭= ,,cB T V n F n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,cB S P n H n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,cB S V n U n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭偏摩尔量: ,,c B B T P n G G n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭,,,c B B T P n F F n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭,,,c B B T P n H H n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭,,,cBB T P n U U n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ 可见,只有偏微商,,c B T P n G n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭既是化学势又是偏摩尔量,,,c B T V n F n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭、,,c B S P n H n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭、,,cB S V n U n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭称为化学势,但不是偏摩尔量。
第一篇化学热力学第一章热力学基本定律.1-1 0.1kg C6H6(l)在,沸点353.35K下蒸发,已知(C6H6) =30.80 kJ mol-1。
试计算此过程Q,W,ΔU和ΔH值。
解:等温等压相变。
n/mol =100/78 , ΔH = Q = n = 39.5 kJ , W= - nRT = -3.77 kJ , ΔU =Q+W=35.7 kJ1-2 设一礼堂的体积是1000m3,室温是290K,气压为pϑ,今欲将温度升至300K,需吸收热量多少?(若将空气视为理想气体,并已知其C p,m为29.29 J K-1·mol-1。
)解:理想气体等压升温(n变)。
Q=nC p,m△T=(1000pϑ)/(8.314×290)×C p,m△T=1.2×107J 1-3 2 mol单原子理想气体,由600K,1.0MPa对抗恒外压绝热膨胀到。
计算该过程的Q、W、ΔU和ΔH。
(Cp ,m=2.5 R)解:理想气体绝热不可逆膨胀Q=0 。
ΔU=W ,即nC V,m(T2-T1)= - p2 (V2-V1), 因V2= nRT2/ p2, V1= nRT1/ p1,求出T2=384K。
ΔU=W=nCV,m(T2-T1)=-5.39kJ ,ΔH=nC p,m(T2-T1)=-8.98 kJ1-4 在298.15K,6×101.3kPa压力下,1 mol单原子理想气体进行绝热膨胀,最后压力为pϑ,若为;(1)可逆膨胀(2)对抗恒外压膨胀,求上述二绝热膨胀过程的气体的最终温度;气体对外界所作的功;气体的热力学能变化及焓变。
(已知C p,m=2.5 R)。
解:(1)绝热可逆膨胀:γ=5/3 , 过程方程p11-γT1γ= p21-γT2γ, T2=145.6 K ,ΔU=W=nC V,m(T2-T1)=-1.9 kJ , ΔH=nC p,m(T2-T1)=-3.17kJ(2)对抗恒外压膨胀,利用ΔU=W ,即nC V,m(T2-T1)= - p2 (V2-V1) ,求出T2=198.8K。