第02章 自由能、化学势和溶液.ppt

1、佐原健二自由能，化学电位，溶液，2，本章内容，1。吉布斯自由能2。部分摩尔数和化学潜能3。溶液的性质，3，热力学第一定律为推导热力学能量和处理热化学问题定义了焓。热力学第二定律推导出熵，但以熵为基准时，必须是隔离系统，也就是说，必须同时考虑系统和环境的熵变化，这一点很不方便。通常反应总是在等温、等压或等温、等效条件下进行，需要引入新的热力学函数，并利用系统本身状态函数的变化来判断自发变化的方向和局限性。4，熵基准dS孤独=dS主体dS环0=dS主体Q主体/T环0热力学第一定律dU=Q PE dV W Q=dU PE dV -W dS孤独=dS主体(dU PE dV -W )/T环0 T环dS孤

2、独5，T回路dS本体(dU pedV W) 0等温(T1=T2=T环)等压力(p1=p2=pe) -d(U pV-TS) W指令G=U pV TS=，电化学中作为可逆电池执行的电力是实际电池运行的限制，6，0自发过程关闭系统GT，p，W=0 O平衡(可逆)0非自愿过程，优点：直接使用系统热力学的变化来判断方向和限制，无需重新考虑环境。Gibbs自由能量标准(自由能量减少原理)，H2 (g) O2 (g)，H2O (l)，237.129 kj mol-1 g 0，G0 237.129 kj mol-1，爸爸是耶鲁大学教授。1854-1858年在耶鲁大学学习。学习期间拉丁语和数学成绩优秀，多次获奖

3、。1863年，他获得了耶鲁大学哲学博士学位，仍然是助教。1870年以后，他担任了耶鲁学校的数学物理教授。在伦敦皇家学会获得科普勒勋章。1903年4月28日在纽黑文去世。8，1876年，吉布斯在孔纳迪格科学院公报上发表了一篇关于323页异类物质平衡的著名论文，为化学热力学奠定了基础。这篇论文首次提出了：自由能的概念。(2)化学平衡的各种基本原理。(4)相平衡原理(3)稀溶液的规律(2)表面吸附的本质(8)在伏尔塔电池中支配能量变化的数学关系(6)，9，对吉布斯生平的介绍，Glbbs的工作多年没有受到重视，他自己要承担主要责任。他不想为宣传自己的工作做些努力；康乃迪格科学院会报与当时的一流期刊相去

4、甚远。吉布斯属于少有的人物之一，这似乎不要求同时代的人得到认可。他满足于能解决自己心中存在的问题，解决一个问题后，想另一个问题，不想别人知道他究竟在做什么。10，吉布斯的经历，吉布斯的工作在本国受到关注之前，吉布斯在欧洲已经得到了承认。那个时代杰出的理论家麦斯威尔在哪里读了Gibbs的热力学论文，认识到了它的意义，并在自己的着作中反复引用了它。Wilhelm Ostald称赞Gibbs:“从内容到形式，给了我100年的物理化学。“11，本课程的学习内容，2.2 G与温度和压力的关系2.3 G的计算(焦点)2.4部分摩尔量，12，热力学函数之间的关系，2.2自由能和温度，压力的关系，热力学基本关

5、系DG=-SDT vdp (2-16) DG=v DP，i.g .液体，固体V (p2p1)，2-23，2-25，范例2-1室温可逆G=5705 J 0，14，可逆相变(正常相变) 在298K，p中获取上述转换的g，并判断该转换是否自发？p中的温度变化可以转换吗？计算转换条件。(温度变化对s影响很小，s可以视为常数)3 .298K能改变压力吗？计算转换条件。(压力变化对v影响不大，v可视为常数)附录石墨密度： 2.260 gcm3钻石密度3360 3.513 gcm3，17，298K，p下C(石墨)C(钻石)，附录，0，298K，(3.363 )=3.363，0 K，非自愿，自愿，0降低g，直

6、到变异为自愿，19，0，0减少g，直到变异为自愿，0 2897=1.896 10-6()超高压，20，学习内容：吉布斯自由能与部分摩尔量2.5化学势能2.6气体的化学势2.7溶液(化学势)学习要点：掌握：部分摩尔吉布斯自由能与化学势能的关系；化学势与温度、压力的关系、气体化学势的表达；通过化学势标准理解相变和化学反应的方向：化学势的意义，21，“人生不是状态函数”，因此必须掌握自己的方向，但可以随意设计可逆过程渡边杏。因为有些过程是永远无法逆转的。例如：爱情，友情(参考文献：大词西游)，“吴”理性化学，22，列不能100%转化为公共！因此，我们往往比实现目标实际需要的努力更多。使用热力学相关定

7、律分析以下成语，揭示了一元(纯成分)体系和多元体系的区别。纯成分系统：状态只需两个变量(e.g. T，p)即可确认。多组分系统：状态与t，p和构成或浓度相关。，例如：水的体积，298K，p下：Vm(H2O)=18.09 cm3mol1，例如：乙醇的体积，298K，p下：Vm(C2H5OH)=58.35 cm测试结果V解决方案=372.05 cm3、10.15cm3、2.73%，V解决方案=n VM (H2O) n VM (c2h5oh)、u、h、s、g也不仅仅是添加。25，纯物质的宽度特性具有简单的可加性(例如，298K时，Vm(甲醇)=40.5cm3 1mol甲醇加入任意量的甲醇V=40.5

8、cm3，在多组分均质系统中，物质的宽度特性不同于纯状态系统)。例如，在大量1mol甲醇的水中，V 40.5cm3 x甲醇=0.2 V=37.85cm3 x甲醇=0.4 V=39.00cm3 x甲醇=0.6 V=39.80cm3，部分摩尔体积，26，部分摩尔量的定义，27、注意：1。只有宽度特性是部分摩尔量。部分摩尔量是与系统中成分b的浓度相关的强度特性。2.部分圆括号外的下角仅在标记为t、p、nZ时是部分摩尔量。3.纯物质(单组分)没有部分摩尔量的概念-摩尔量。28，固定温度固定压力，根据系统中各组的量，各组摩尔比例不变，因此溶液浓度不变。在部分、29，30、部分摩尔、摩尔、31、各部分摩尔中

9、，部分摩尔自由能g是最重要的。在多成分体系中，物质b的部分摩尔吉布斯自由能称为化学势，用b表示。2.5化学势b，化学势是状态函数，是强度特性的量。尺寸：Jmol-1。化学潜力是对某种物质(成分)没有系统的化学潜力。徐璐其他物质的化学势大小是无法比较的。32，纯成分(T，p) Gm G=nGm dG=SdT V DP，多成分(T，p，n1，N2，)。b，DG=SDT v DP，T，P，33，化学位移基准，T，P，W=0 dG=0，1。化学电位和相变方向-自发迁移极限-，2。化学势和化学变化的方向-化学势和化学势的化学势与化学势相同时达到平衡，3 .名字的由来-利用相同的水位，电位来判断水流，电流

10、的方向，化学势能(位置)是化学变化的方向，自发过程平衡(可逆)，34，日化，气体b的有效分压，1。理想气体的化学势能一元气体，t，p，p，(请参见P43 p对g的影响)，(2-24)，(2-41)，标准状态化学势能，混合气体，气体b分压，2。实际气体的化学势，1mo1，2.6气体的化学势，纯物质(1成分)的部分摩尔量，35，学习内容：化学势审查，在气体(混合异常气体)的化学势2.7溶液中，每组练习化学势2.8稀溶液，学习要领： 物质的量浓度、质量摩尔浓度、molm3、公用mold1、molkg1、37、稀溶液的两个实验定律1Raoult定律(溶剂)pA=p*A xA (2-46)溶液是xA的A

11、和xB的，2Henry定律(溶质)，39，理想溶液，定义，微观特性，一般性，a，b分子结构，相似体积，分子间作用力(几乎)，自发过程，可组合体积，比热效果，理想溶液气体的化学势中溶质，溶剂的化学势：纯成分b的化学势，xB=1，理想溶液中各组的化学势，41，海水喝得越多，为什么口渴？为什么在雪上面撒盐可以消除雪？为什么砂锅里的汤比开水烫得多？为什么盐碱土上庄稼长得不好？42，2.8稀溶液的水性，稀溶液的水性与溶质的天性无关，浓度，种类，大小，蒸汽压的下降，(从2-47得到)，渗透压，凝固点减少，沸点升高，Tf=Kf mB，具有小细胞液等渗透压的溶液称为细胞的等渗溶液。一般植物细胞液的渗透压在4052026kPa之间。如果植物细胞接触高渗透溶液，细胞内的水分会迅速向外渗透，细胞收缩，植物枯萎死亡。人类血液的渗透压在正常体温变化时，从7105830kpa(测量值)到平均770 kPa，超出范围是病理状态。45，1，回答问题，1。为什么要引进部分摩尔？2.对于实际气体，如果压力p等于0