化工热力学第四章-溶液热力学性质的计算ppt课件.ppt
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1、冯新 宣爱国 周彩荣 田永淑 龙小柱 编 马沛生 主审为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益气态溶液气态溶液固态溶液固
2、态溶液液态溶液液态溶液*非电解质溶液非电解质溶液电解质溶液电解质溶液广义地说,广义地说,两种或两种或两种以上物质两种以上物质彼此彼此以分子或离子状态以分子或离子状态均匀混合所形成的均匀混合所形成的体系称为体系称为溶液溶液(solution)。溶液的定义溶液的定义2第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益问题的提出问题的提出在在20时,如何配制时,如何
3、配制310-3m320wt%甲醇水溶液?分别需甲醇水溶液?分别需要多少体积的甲醇与水?要多少体积的甲醇与水?酿造技师在酿造技师在20时将时将50cm3乙醇与乙醇与50cm3水相混合,发现所水相混合,发现所配制的酒是配制的酒是96cm3,而不是而不是100cm3,那么是什么原因使那么是什么原因使得体积减少了得体积减少了4cm3?3第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单
4、位和职工的合法权益溶液的热力学性质与工程问题密切相关溶液的热力学性质与工程问题密切相关天然气和石油开采天然气和石油开采石油产品的炼制与分离石油产品的炼制与分离煤和固体燃料的化学加工煤和固体燃料的化学加工气体的净化与提纯气体的净化与提纯复杂矿物的化学处理复杂矿物的化学处理湿法冶金过程的开发湿法冶金过程的开发聚合物的合成与加工聚合物的合成与加工生物技术等。生物技术等。本章目的是通过讨论溶液热力学性质的概念和计算,为第五章研究相平本章目的是通过讨论溶液热力学性质的概念和计算,为第五章研究相平衡(又即溶液热力学理论的应用)尤其是汽液平衡打下基础。衡(又即溶液热力学理论的应用)尤其是汽液平衡打下基础。4
5、第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益均相敞开系统热力学基本方程均相敞开系统热力学基本方程偏摩尔量定义、以及其与摩尔量间的关系偏摩尔量定义、以及其与摩尔量间的关系Gibbs-Duhem方程方程混合过程性质的变化混合过程性质的变化混合物中组分的逸度及计算方法混合物中组分的逸度及计算方法过量性质、过量函数模型与活度系数关联式过量性质、过量函数模型与活度
6、系数关联式本章重点内容理想溶液及其标准态理想溶液及其标准态5第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益4.1均相敞开系统的热力学基本关系均相敞开系统的热力学基本关系4.2偏摩尔性质偏摩尔性质4.3混合变量混合变量4.4逸度和逸度系数逸度和逸度系数4.5理想溶液理想溶液4.6活度及活度系数活度及活度系数4.7活度系数模型活度系数模型6第四章第四章 溶液热
7、力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益4.1 均相敞开系统的热力学关系均相敞开系统的热力学关系对均相敞开系统,若含有对均相敞开系统,若含有N个组分,其总的热力学内能个组分,其总的热力学内能Ut:全微分全微分7第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工
8、的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益化化学学位位敞开系统的热力学敞开系统的热力学基本方程表达了系基本方程表达了系统与环境之间的物统与环境之间的物质与能量传递规律质与能量传递规律表达了不同条件下热力表达了不同条件下热力学势能随组成的变化,学势能随组成的变化,是描述物质传递的强度是描述物质传递的强度单位单位8第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和
9、完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益化学位的物理意义化学位的物理意义化学位化学位:在:在V,S和和其它其它组分组分nj均不变情况下,向均不变情况下,向无限多的溶液中加入无限多的溶液中加入1mol的组分的组分i所引起的所引起的内内能能变化变化。化学位化学位:在在T T、p和其它组和其它组分量分量nj j均不变情况下,向无均不变情况下,向无限多的溶液中加入限多的溶液中加入1mol1mol的组的组分分i所引起的所引起的自由焓自由焓的变化。的变化。9第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市
10、场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益化学位的重要意义 在处理相变和化学变化的问题时具有重要意义。在相变过程中,由于物质在不同组元间的转移是在恒温和恒压下进行的,故可以通过比较两相中物质化学位的大小来判断物质在各组元间转移的方向和限度,即物质总是从化学位较高的相转移到化学位较低的相。当物质在两相中的化学位相等时,则相变过程停止,系统达到平衡态。10第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市
11、场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益4.2偏摩尔性质偏摩尔性质 气态溶液气态溶液由于非理想性较弱,其混合物性质可以用混由于非理想性较弱,其混合物性质可以用混合规合规则进行加和即可。(则进行加和即可。(见真实气体混合物见真实气体混合物PVT关系关系)但对但对液态溶液液态溶液来说,来说,不能不能气态溶液气态溶液由于非理想性较弱,其混合由于非理想性较弱,其混合物性质可以用混合规则进行加和即可。物性质可以用混合规则进行加和即可。偏摩尔性质是研究多元系统容量性
12、质时重要的热力学函数,它偏摩尔性质是研究多元系统容量性质时重要的热力学函数,它对分析一定温度和压力下的溶液的混合变量与组成的关系十分对分析一定温度和压力下的溶液的混合变量与组成的关系十分有用,同时也是推导许多热力学关系式的基础。有用,同时也是推导许多热力学关系式的基础。11第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益乙醇含量(wt)%V1/cm3V2/c
13、m3Vcal/cm3=(V1+V2)Vexp/cm3V/cm3=(Vcal-Vexp)1012.6790.36103.03101.841.192025.3480.32105.66103.242.423038.0170.28108.29104.843.454050.6860.24110.92106.933.995063.3550.20113.55109.434.126076.0240.16116.18112.223.967088.6936.12118.81115.253.5680101.3620.08121.44118.562.8890114.0310.04124.07122.251.82乙乙醇
14、醇(1)|水水(2)混混合合物物的的体体积积实际案例实际案例12第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益原理:不同的物质在液体状态时,分子之间的作用力并不同的物质在液体状态时,分子之间的作用力并不相同。酒精和水都是弱极性分子,不相同。酒精和水都是弱极性分子,混和后由于两种混和后由于两种分子相互作用,使分子之间空隙减小,缩短了酒精分分子相互作用,使分子
15、之间空隙减小,缩短了酒精分子与水分子之间的距离,溶液的密度增大了,总体积子与水分子之间的距离,溶液的密度增大了,总体积就减小了。就减小了。原来看起来紧密无隙的液体,其实它们分子间仍有很原来看起来紧密无隙的液体,其实它们分子间仍有很大的空隙。当酒精和水混合后,由于酒精分子和水分大的空隙。当酒精和水混合后,由于酒精分子和水分子子相互勾结相互勾结,通过一种叫通过一种叫氢健氢健的方式而彼此联的方式而彼此联连起来,使它们排列的更整齐、紧密,分子间的空隙连起来,使它们排列的更整齐、紧密,分子间的空隙变小,因此,液体的体积也变小了。变小,因此,液体的体积也变小了。13第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热
16、力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益思路思路:既然纯物质摩尔性质既然纯物质摩尔性质Mi不能代表该物质在溶液中的贡献,则非常不能代表该物质在溶液中的贡献,则非常有必要引入一个有必要引入一个新的性质新的性质代替之,它能代表该物质对溶液性质的真正贡献。代替之,它能代表该物质对溶液性质的真正贡献。这个新的性质就是偏摩尔性质这个新的性质就是偏摩尔性质 (Partialmolarproperty)
17、。4.2.1偏摩尔性质的引入及定义偏摩尔性质的引入及定义14第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益说明说明:2.2.只有广度性质才有偏摩尔性质,而偏摩尔性质是只有广度性质才有偏摩尔性质,而偏摩尔性质是强度性质。强度性质。3.3.纯物质的偏摩尔性质就是它的摩尔性质纯物质的偏摩尔性质就是它的摩尔性质。4.4.任何偏摩尔性质都是任何偏摩尔性质都是T,p和
18、和组成组成x的的函数。函数。1.偏摩尔性质的偏摩尔性质的物理意义物理意义是:在是:在T、p和和其它组分量其它组分量nj均均不变情况下,向不变情况下,向无限多无限多的溶液中加入的溶液中加入1mol的的组分组分i所引所引起的一系列热力学性质的变化。起的一系列热力学性质的变化。15第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益偏摩尔性质的物理意义n偏摩尔性质的物
19、理意义可通过实验来偏摩尔性质的物理意义可通过实验来理解。理解。n在一个在一个无限大无限大的、颈部有刻度的容量的、颈部有刻度的容量瓶中,盛入大量的乙醇水溶液,在乙醇瓶中,盛入大量的乙醇水溶液,在乙醇水溶液的水溶液的温度、压力、浓度温度、压力、浓度都保持不变都保持不变的情况下,加入的情况下,加入1mol乙醇乙醇,充分混合后,充分混合后,量取瓶上的溶液体积的变化,这个变化量取瓶上的溶液体积的变化,这个变化值即为乙醇在这个值即为乙醇在这个温度、压力和浓度温度、压力和浓度下下的的偏摩尔体积偏摩尔体积。16第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会
20、主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益4.2.2偏摩尔性质与溶液性质的关系偏摩尔性质与溶液性质的关系 溶液的摩尔性质 M 如 U、H、S、G、V 偏摩尔性质 纯组分的摩尔性质 Mi 如 Ui、Hi、Si、Gi、Vi如17第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体
21、制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益4.2.3偏摩尔性质之间的关系偏摩尔性质之间的关系与纯物质之间的与纯物质之间的热力学基本关系式相同热力学基本关系式相同18第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益注意化学位与偏摩尔性质的区别!化学位的定义偏摩尔性质的定义它们的区别就在于下标!19第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质
22、的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益化学位化学位偏摩尔性质偏摩尔性质偏摩尔内能偏摩尔内能:在在T、p和其它组分量和其它组分量nj均不均不变情况下,向无限多的溶液中加入变情况下,向无限多的溶液中加入1mol的的组分组分i所引起的内能变化。所引起的内能变化。化学位化学位:在在V,S和其它组分和其它组分nj均不变情均不变情况下,向无限多的溶液中加入况下,向无限多的溶液中加入1mol的组的组分分i所引
23、起的内能变化。所引起的内能变化。20第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益偏摩尔性质的三要素:恒温、恒压;广度性质;随某组分摩尔数的变化率。偏摩尔自由焓定义为化学位是偏摩尔性质的一个特例。21第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和
24、职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益4.2.4偏摩尔性质的计算偏摩尔性质的计算截距法截距法或或偏摩尔性质与组成的关系 22第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益例例4-1已知定压热容的定义方程为已知定压热容的定义方程为,试证明试证明。证:已知定压热容的定义
25、方程为证:已知定压热容的定义方程为(A)式(式(A)的含义是压力不变,且组成不变。对于)的含义是压力不变,且组成不变。对于摩尔摩尔在一定的条件下,对在一定的条件下,对微分,得微分,得23第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益证毕。证毕。24第四章第四章 溶液热力学性质的计算溶液热力学性质的计算 为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经
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