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04 第三章 溶液.ppt

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本课件讨论多组分体系热力学,先给出溶液组成的四种表示法,再引入偏摩尔量与化学势这两个核心工具,进而讲解稀溶液的两条经验定律、理想液态混合物与理想稀溶液,最后落到依数性与分配定律。

溶液章封面讲解页,物理化学电子教案—第二章气态溶液固态溶液液态溶液非电解质溶液正规溶液
溶液章内容导览讲解页,第二章溶液2.1 引言2.2 溶液组成的表示法2.3 偏摩尔量与化学势2.4 稀溶液
溶液的定义与分类的定义与要点,广义地说,两种或两种以上物质彼此以分子或离子状态均匀混合所形成的体系称为溶液
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第1页:溶液章封面

溶液章封面:物理化学电子教案—第二章气态溶液固态溶液液态溶液非电解质溶液正规溶液

第2页:溶液章内容导览

溶液章内容导览:第二章溶液2.1 引言2.2 溶液组成的表示法2.3 偏摩尔量与化学势2.4 稀溶液中的两个经验定律2.5 液体混合物2.6 稀溶液2.7分配定律

第3页:溶液的定义与分类

溶液的定义与分类
广义地说,两种或两种以上物质彼此以分子或离子状态均匀混合所形成的体系称为溶液。溶液以物态可分为气态溶液、固态溶液和液态溶液。根据溶液中溶质的导电性又可分为电解质溶液和非电解质溶液。本章主要讨论液态的非电解质溶液。

第4页:溶剂与溶质

溶剂与溶质
如果组成溶液的物质有不同的状态,通常将液态物质称为溶剂,气态或固态物质称为溶质。如果都是液态,则把含量多的一种称为溶剂,含量少的称为溶质。

第5页:混合物

混合物
多组分均匀体系中,溶剂和溶质不加区分,各组分均可选用相同的标准态,使用相同的经验定律,这种体系称为混合物,也可分为气态混合物、液态混合物和固态混合物。

第6页:溶液组成的表示法

溶液组成的表示法:溶液组成的四种表示法如下表所示。

溶液组成的四种表示法
表示法定义单位
物质的量分数 xB溶质B的物质的量与溶液中总物质的量之比1
质量摩尔浓度 mB溶质B的物质的量与溶剂A的质量之比mol·kg⁻¹
物质的量浓度 cB溶质B的物质的量与溶液体积V之比mol·m⁻³(常用 mol·dm⁻³)
质量分数 wB溶质B的质量与溶液总质量之比1

第7页:物质的量分数

物质的量分数
物质的量分数(mole fraction)溶质B的物质的量与溶液中总的物质的量之比称为溶质B的物质的量分数,又称为摩尔分数,单位为1。

第8页:质量摩尔浓度

质量摩尔浓度
质量摩尔浓度mB(molality)溶质B的物质的量与溶剂A的质量之比称为溶质B的质量摩尔浓度,单位是。这个表示方法的优点是可以用准确的称重法来配制溶液,不受温度影响,电化学中用的很多。

第9页:物质的量浓度

物质的量浓度
物质的量浓度cB(molarity)溶质B的物质的量与溶液体积V的比值称为溶质B的物质的量浓度,或称为溶质B的浓度,单位是,但常用单位是。

第10页:质量分数

质量分数
质量分数wB(mass fraction)溶质B的质量与溶液总质量之比称为溶质B的质量分数,单位为1。

第11页:偏摩尔量与化学势导览

偏摩尔量与化学势导览

  • 偏摩尔量与化学势
  • 多组分体系的偏摩尔热力学函数值
  • 化学势的定义
  • 偏摩尔量的集合公式
  • 化学势与压力的关系
  • 化学势与温度的关系

第12页:多组分体系的偏摩尔热力学函数值

多组分体系的偏摩尔热力学函数值:本页以图示或标题形式呈现,属于「偏摩尔量」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第13页:多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续一)

多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续一):多组分体系的偏摩尔热力学函数值

第14页:多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续二)

多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续二):多组分体系的偏摩尔热力学函数值

第15页:多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续三)

多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续三):多组分体系的偏摩尔热力学函数值

第16页:多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续四)

多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续四):多组分体系的偏摩尔热力学函数值

第17页:多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续五)

多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续五):多组分体系的偏摩尔热力学函数值

第18页:多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续六)

多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续六):多组分体系的偏摩尔热力学函数值

第19页:偏摩尔量的注意点

偏摩尔量的注意点:注意几点:2.只有广度性质才有偏摩尔量,而偏摩尔量是强度性质。1.纯物质的偏摩尔量就是它的摩尔量。

3.任何偏摩尔量都是T,p和组成的函数。

第20页:多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续七)

多组分体系的偏摩尔热力学函数值(续七):多组分体系的偏摩尔热力学函数值

第21页:

第22页:偏摩尔量的含义

偏摩尔量的含义:注意几点:4.偏摩尔量的含义是:在等温、等压、保持B物质以外的所有组分的物质的量不变的条件下,改变所引起广度性质Z的变化值,或在等温、等压条件下,在无限大的定组成体系中加入单位物质的量的B物质所引起广度性质Z的变化值。

第23页:偏摩尔量集合公式的推导

偏摩尔量集合公式的推导
偏摩尔量的集合公式按偏摩尔量定义,定温定压下,在保持偏摩尔量不变的情况下,对上式积分则

第24页:偏摩尔量集合公式的意义

偏摩尔量集合公式的意义:偏摩尔量的集合公式这就是偏摩尔量集合公式,说明体系中任一广度性质的值等于各组分物质的量与其偏摩尔量之积的加和。例如:体系只有两个组分,其物质的量和偏摩尔体积分别为和,则体系的总体积为:

第25页:练习题:偏摩尔量集合公式的意义(一)

练习题:偏摩尔量集合公式的意义(一):本页以图示或标题形式呈现,属于「偏摩尔量」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第26页:练习题:偏摩尔量集合公式的意义(二)

练习题:偏摩尔量集合公式的意义(二):本页以图示或标题形式呈现,属于「偏摩尔量」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第27页:小结:偏摩尔量

小结:偏摩尔量
小结§2.4 偏摩尔量1.问题的提出2.偏摩尔量定义3.偏摩尔量集合公式

第28页:化学势的定义

化学势的定义:定义:保持温度、压力和除B以外的其它组分不变,体系的Gibbs自由能随的变化率称为化学势,所以化学势就是偏摩尔Gibbs自由能。化学势在判断相变和化学变化的方向和限度方面有重要作用。

第29页:

第30页:多组分系统的热力学基本方程

多组分系统的热力学基本方程:本页以图示或标题形式呈现,属于「化学势」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第31页:化学势与温度的关系

化学势与温度的关系:纯组分系统定压时,在定压及各组分物质的量恒定的条件下

第32页:化学势与压力的关系

化学势与压力的关系:对于纯组分体系,有:在定温及各组分物质的量恒定的条件下

第33页:练习题:化学势与压力的关系(一)

练习题:化学势与压力的关系(一):本页以图示或标题形式呈现,属于「化学势」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第34页:练习题:化学势与压力的关系(二)

练习题:化学势与压力的关系(二):本页以图示或标题形式呈现,属于「化学势」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第35页:化学势判据

化学势判据:本页以图示或标题形式呈现,属于「化学势」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第36页:化学势判据(续一)

化学势判据(续一):本页以图示或标题形式呈现,属于「化学势」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第37页:化学势判据(续二)

化学势判据(续二):本页以图示或标题形式呈现,属于「化学势」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第38页:化学势判据(续三)

化学势判据(续三):本页以图示或标题形式呈现,属于「化学势」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第39页:化学势判据(续四)

化学势判据(续四):本页以图示或标题形式呈现,属于「化学势」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第40页:相平衡与化学平衡的化学势判据

相平衡与化学平衡的化学势判据:相平衡条件:任一物质B在各相中的化学势相等,相变达到平衡化学平衡条件:化学变化达到平衡化学势判据

第41页:小结:化学势

小结:化学势
小结§2.5 化学势1.定义2.多组分系统的热力学基本方程3.化学势与温度和压力的关系4.化学势判据

第42页:气体的化学势及标准态

气体的化学势及标准态:本页以图示或标题形式呈现,属于「气体的化学势及标准态」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第43页:理想气体化学势的表达式

理想气体化学势的表达式:这是理想气体化学势的表达式。化学势是T、P的函数。

第44页:气体的化学势及标准态(续一)

气体的化学势及标准态(续一):本页以图示或标题形式呈现,属于「气体的化学势及标准态」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第45页:气体的化学势及标准态(续二)

气体的化学势及标准态(续二):本页以图示或标题形式呈现,属于「气体的化学势及标准态」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第46页:气体的化学势及标准态(续三)

气体的化学势及标准态(续三):本页以图示或标题形式呈现,属于「气体的化学势及标准态」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第47页:小结:气体的化学势

小结:气体的化学势:小结§2.6 气体化学势1.理想气体化学势纯理想气体混合理想气体B组分2.真实气体化学势纯气体混合气体中B组分

第48页:拉乌尔定律

拉乌尔定律:稀溶液中的两个经验定律拉乌尔定律(Raoult’s Law)1887年,法国化学家Raoult从实验中归纳出一个经验定律:在定温下,在稀溶液中,溶剂的蒸气压等于纯溶剂蒸气压乘以溶液中溶剂的物质的量分数,用公式表示为:如果溶液中只有A,B两个组分,则拉乌尔定律也可表示为:溶剂蒸气压的降低值与纯溶剂蒸气压之比等于溶质的摩尔分数。

第49页:亨利定律

亨利定律:稀溶液中的两个经验定律亨利定律(Henry’s Law)1803年英国化学家Henry根据实验总结出另一条经验定律:在一定温度和平衡状态下,气体在液体里的溶解度(用物质的量分数x表示)与该气体的平衡分压p成正比。用公式表示为:或式中称为亨利定律常数,其数值与温度、压力、溶剂和溶质的性质有关。

若浓度的表示方法不同,则其值亦不等,即:

第50页:使用亨利定律的注意事项

使用亨利定律的注意事项

  • 稀溶液中的两个经验定律使用亨利定律应注意
  • 式中p为该气体的分压。对于混合气体,在总压不大时,亨利定律分别适用于每一种气体。
  • 溶液浓度愈稀,对亨利定律符合得愈好。对气体溶质,升高温度或降低压力,降低了溶解度,能更好服从亨利定律。
  • 溶质在气相和在溶液中的分子状态必须相同。如,在气相为分子,在液相为和,则亨利定律不适用。

第51页:亨利定律与拉乌尔定律的区别

亨利定律与拉乌尔定律的区别

  • 还要强调
  • 1.亨利定律和拉乌尔定律的适用对象是不同
  • 2.它们仅仅适用于稀溶液。

第52页:稀溶液中的两个经验定律示意图

稀溶液中的两个经验定律示意图:本页以图示或标题形式呈现,属于「稀溶液中的两个经验定律」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第53页:小结:拉乌尔定律和亨利定律

小结:拉乌尔定律和亨利定律:小结§2.7 拉乌尔定律和亨利定律1.拉乌尔定律2.亨利定律3.两者关系

第54页:练习题:拉乌尔定律和亨利定律(一)

练习题:拉乌尔定律和亨利定律(一):本页以图示或标题形式呈现,属于「稀溶液中的两个经验定律」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第55页:练习题:拉乌尔定律和亨利定律(二)

练习题:拉乌尔定律和亨利定律(二):本页以图示或标题形式呈现,属于「稀溶液中的两个经验定律」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第56页:理想液态混合物的定义

理想液态混合物的定义
理想液态混合物理想液态混合物以前称为理想溶液。理想液态混合物定义:不分溶剂和溶质,任一组分在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律

第57页:理想液态混合物示意图

理想液态混合物示意图:本页以图示或标题形式呈现,属于「理想液态混合物」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第58页:液体混合物的通性

液体混合物的通性:理想液态混合物液体混合物通性(宏观特征):(1)(2)(3)(4)(5)拉乌尔定律和亨利定律没有区别

第59页:理想液态混合物的气液平衡

理想液态混合物的气液平衡:平衡气相的蒸气总压与平衡液相组成的关系

第60页:平衡气相组成与液相组成的关系

平衡气相组成与液相组成的关系:平衡气相组成与平衡液相组成的关系

第61页:理想溶液中任意组分的化学势

理想溶液中任意组分的化学势:理想液态混合物理想溶液中任意组分的化学势汽液平衡

第62页:小结:理想液态混合物

小结:理想液态混合物
小结§2.8 理想液态混合物1.定义及模型2.任意组分化学势表达式3.混合性质4.理想液态混合物的气、液平衡

第63页:理想稀溶液导览

理想稀溶液导览
稀溶液的定义•稀溶液的依数性

第64页:稀溶液的定义

稀溶液的定义:理想稀溶液两种挥发性物质组成一溶液,在一定的温度和压力下,在一定的浓度范围内,溶剂遵守Raoult定律,溶质遵守Henry定律,这种溶液称为稀溶液。值得注意的是,化学热力学中的稀溶液并不仅仅是指浓度很小的溶液。

稀溶液的定义

第65页:理想稀溶液示意图

理想稀溶液示意图:本页以图示或标题形式呈现,属于「理想稀溶液与依数性」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第66页:理想稀溶液示意图(续)

理想稀溶液示意图(续):本页以图示或标题形式呈现,属于「理想稀溶液与依数性」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第67页:理想稀溶液中溶剂和溶质的化学势

理想稀溶液中溶剂和溶质的化学势:溶剂的化学势溶质的化学势

第68页:理想稀溶液化学势示意图

理想稀溶液化学势示意图:理想稀溶液中溶剂和溶质的化学势

第69页:理想稀溶液化学势示意图(续)

理想稀溶液化学势示意图(续):理想稀溶液中溶剂和溶质的化学势

第70页:化学势与标准化学势的关系

化学势与标准化学势的关系:无论用哪种浓度表示,化学势相同,但标准化学势不同

第71页:小结:理想稀溶液

小结:理想稀溶液
小结§2.9 理想稀溶液1.定义2.与理想液态混合物的区别3.理想稀溶液的气液平衡4.理想稀溶液中溶剂和溶质的化学势

第72页:稀溶液的依数性

稀溶液的依数性:依数性质:(colligative properties)指定溶剂的类型和数量后,这些性质只取决于所含溶质粒子的数目,而与溶质的本性无关。溶质的粒子可以是分子、离子、大分子或胶粒。

依数性的种类:1.蒸气压下降2.凝固点降低3.沸点升高4.渗透压

第73页:蒸气压下降

蒸气压下降:蒸气压下降对于二组分稀溶液,加入非挥发性溶质B以后,溶剂A的蒸气压会下降。

第74页:蒸气压下降与依数性的关系

蒸气压下降与依数性的关系:对于二组分稀溶液,加入非挥发性溶质B以后,溶剂A的蒸气压会下降。这是造成凝固点下降、沸点升高和渗透压的根本原因。

蒸气压下降蒸气压下降

第75页:渗透压

渗透压:如图所示,在半透膜左边放溶剂,右边放溶液。只有溶剂能透过半透膜。由于纯溶剂的化学势大于溶液中溶剂的化学势,所以溶剂有自左向右渗透的倾向。为了阻止溶剂渗透,在右边施加额外压力,使半透膜双方溶剂的化学势相等而达到平衡。

这个额外施加的压力就定义为渗透压Π。是溶质的浓度。浓度不能太大,这公式就是适用于稀溶液的van’t Hoff公式。渗透压(osmotic pressure)渗透压(osmotic pressure)

第76页:渗透压的形成示意图

渗透压的形成示意图:渗透压(osmotic pressure)

第77页:

第78页:凝固点降低

凝固点降低
单位为非电解质溶质的质量摩尔浓度,单位:这里的凝固点是指纯溶剂固体析出时的温度。常用溶剂的值有表可查。用实验测定值,查出,就可计算溶质的摩尔质量。凝固点降低凝固点降低

第79页:沸点升高

沸点升高:单位。常用溶剂的值有表可查。

测定值,查出,就可以计算溶质的摩尔质量。沸点升高沸点升高

第80页:分配定律

分配定律
“在定温、定压下,若一个物质溶解在两个同时存在的互不相溶的液体里,达到平衡后,该物质在两相中浓度之比等于常数”,这称为分配定律。用公式表示为:式中和分别为溶质B在两个互不相溶的溶剂中的浓度,K 称为分配系数(distribution coefficient)。

第81页:分配定律的应用

分配定律的应用

  • 分配定律的应用
  • 可以计算萃取的效率问题。例如,使某一定量溶液中溶质降到某一程度,需用一定体积的萃取剂萃取多少次才能达到。
  • 可以证明,当萃取剂数量有限时,分若干次萃取的效率要比一次萃取的高。

第82页:

第83页:练习题:图片页待补充(一)

练习题:图片页待补充(一):本页以图示或标题形式呈现,属于「分配定律」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

第84页:练习题:图片页待补充

练习题:图片页待补充:本页以图示或标题形式呈现,属于「分配定律」一节,源文件未提取到更多正文文字,建议对照原课件图片补充要点。

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