物理化学 第三章溶液
物理化学 第三章 溶 液
溶 液 ·上尊若水 天下莫柔弱如水 而攻坚强者莫之能胜 以其无以易之 老子:“道德经
溶 液 •上善若水 •天下莫柔弱如水 而攻坚强者莫之能胜 以其无以易之 • 老子：“ 道德经
溶液是典型的多组分体系 定义:两种或两种以上的物质在分子水平上均匀混合 所形成的单相体系即为溶液( solution) 广义的溶液包括: 气态溶液(如空气等) 液态溶液简称溶液(如白酒等); 固态溶液(如某些金银饰品). 溶液的组分一般分为两大类: 溶剂( solvent):通常为含量最多者 溶质( solute):通常为含量较少者 溶液按其分子在溶液中的电离情况可分为: 非电解质溶液和电解质溶液
• 溶液是典型的多组分体系. • 定义: 两种或两种以上的物质在分子水平上均匀混合 所形成的单相体系即为溶液(solution). • 广义的溶液包括: • 气态溶液(如空气等); • 液态溶液,简称溶液(如白酒等); • 固态溶液(如某些金银饰品). • 溶液的组分一般分为两大类: • 溶剂(solvent): 通常为含量最多者; • 溶质(solute): 通常为含量较少者. • 溶液按其分子在溶液中的电离情况可分为: • 非电解质溶液和电解质溶液
第一节 溶液表示法 溶液的组成常采用的表示法为 物质的量分数x;( mole fraction),又称摩尔分数 溶液中的某一组分,其摩尔分数浓度的定义为: X=n/卫总 (1)式中:n1是体系所含i组分的摩尔数,n是体系的总摩尔数 浓度摩尔分数是某组分的摩尔数与总摩尔数的比值,故它是无 量纲的纯数 在化学热力学中,摩尔分数是最常用最方便的浓度单位 2.质量摩尔浓度 m (molality) 质量摩尔浓度的定义为: m;=n; / WA (2)式中,WA是溶剂A的质量,其单位可取kg等
第一节 溶液表示法 • 溶液的组成常采用的表示法为: • 1. 物质的量分数xi (mole fraction),又称摩尔分数. • 溶液中的某一组分i, 其摩尔分数浓度的定义为: • xi =ni /n总 (1) • (1)式中: ni是体系所含i 组分的摩尔数, n是体系的总摩尔数. • 浓度摩尔分数是某组分的摩尔数与总摩尔数的比值, 故它是无 量纲的纯数. • 在化学热力学中, 摩尔分数是最常用最方便的浓度单位. • 2. 质量摩尔浓度mi (molality). • 质量摩尔浓度的定义为: • mi =ni /WA (2) • (2)式中, WA是溶剂A的质量, 其单位可取kg等
m的物理含义是:单位质量(1kg)溶剂中所溶解的溶质的数量 质量摩尔浓度的单位常取: moLkg1 m;与x之间的关系可用下式联系: X=m1MA(+MA(∑m1) (3) (3)式中M为溶剂A的化学式量( kg, mor-),当溶液的浓度极稀 时,可以认为 MA(∑m)<<1 故对于极稀的溶液,(3)式可以简化为: X-M MA (极稀溶液) 质量摩尔浓度的优点是可以用称重法准确配制溶液,且溶液的 浓度不随体系温度而发生变化 3.物质的量浓度 c(molarity) 溶质i物质的量浓度c:的定义为:
• mi的物理含义是: 单位质量(1kg)溶剂中所溶解的溶质的数量. • 质量摩尔浓度的单位常取: mol.kg-1 . • mi与xi之间的关系可用下式联系: • xi =miMA/(1+MA(∑mi )) (3) • (3)式中MA为溶剂A的化学式量(kg.mol-1 ), 当溶液的浓度极稀 时, 可以认为: • MA (∑mi )<<1 • 故对于极稀的溶液, (3)式可以简化为: • xi =miMA (极稀溶液) (4) • 质量摩尔浓度的优点是可以用称重法准确配制溶液, 且溶液的 浓度不随体系温度而发生变化. • 3. 物质的量浓度ci (molarity). • 溶质i的物质的量浓度ci的定义为:
Cin (5) (5)式中:V是溶液体系的体积,单位常用L或m3表示 物质的量浓度c的物理含义是:在单位体积(如1中所含溶质 的摩尔数.其单位是:moLL或molm3. 可以推得,c与x的关系为: Cx;(p(n+∑n)(nAMA+∑n1M (6式中:p为溶液的密度kgL+);n是溶剂A的摩尔数;n1是溶 质的摩尔数;M是溶剂A的摩尔质量;M是溶质i的摩尔质量 当溶液的浓度极稀时,可以证明: mi=c p 如果是极稀的水溶液,溶液的密度约等于纯水的密度(1kg.L-) 故极稀水溶液中溶质的质量摩尔浓度m在数值上等于其物质 的量浓度c的值 物质的量浓度在分析化学中经常用到,其优点是配制和计算比 较容易,但其缺点是它随着溶液的温度而变化
• ci =ni /V (5) • (5)式中: V是溶液体系的体积, 单位常用L或m3表示. • 物质的量浓度c的物理含义是: 在单位体积(如1L)中所含溶质 的摩尔数. 其单位是: mol.L-1或mol.m-3 . • 可以推得, c与x的关系为: • ci =xi·(r(nA+∑ni )/(nAMA+ ∑niMi )) (6) • (6)式中: r为溶液的密度(kg.L-1 ); nA是溶剂A的摩尔数; ni是溶 质的摩尔数; MA是溶剂A的摩尔质量; Mi是溶质i 的摩尔质量. • 当溶液的浓度极稀时, 可以证明: • mi =ci /r (7) • 如果是极稀的水溶液, 溶液的密度约等于纯水的密度(1kg.L-1 ), 故极稀水溶液中溶质的质量摩尔浓度mi在数值上等于其物质 的量浓度ci的值. • 物质的量浓度在分析化学中经常用到, 其优点是配制和计算比 较容易, 但其缺点是它随着溶液的温度而变化
4.质量分数w 溶液中组分i质量分数w的定义为: w;=物质i的质量溶液的总质量 (8) ·另外,溶液浓度的表示法还有百分比浓度等 在物理化学中所常用的浓度是摩尔分数和质量摩尔浓度 5.重量百分浓度(%): 定义式 B%=(Wg/W总)×100% 重量百分浓度表示溶质B在溶液总重量中所占的百分比
• 4. 质量分数w. • 溶液中组分i的质量分数w的定义为: • wi =物质i的质量/溶液的总质量 (8) • 另外, 溶液浓度的表示法还有百分比浓度等. • 在物理化学中所常用的浓度是摩尔分数和质量摩尔浓度. • 5. 重量百分浓度(%): • 定义式: • B%=(WB /W总)×100% • 重量百分浓度表示溶质B在溶液总重量中所占的百分比
第二节理气体( ideal gas) 气体是气态溶液 溶液体系最重要的热力学函数为化学势,首先将讨论 理想气体的化学势 c. chemical potential of pure ideal gas 纯组分的化学势μ即为其摩尔吉布斯自由能Gm u;=Gm(i 由热力学基本关系式,有 (OW/Op)T=(Gm/p)T=Vm (1) 在恒温条件下积分: ∫du= f V dp=∫RT/pdp
第二节 理想气体(ideal gas) • 气体是气态溶液. • 溶液体系最重要的热力学函数为化学势, 首先将讨论 理想气体的化学势. •一.chemical potential of pure ideal gas • 纯组分的化学势m即为其摩尔吉布斯自由能Gm: • mi = Gm(i) • 由热力学基本关系式, 有: • (¶m/¶p)T= (¶Gm/¶p)T =Vm (1) • 在恒温条件下积分: • ∫dm=∫Vmdp=∫RT/pdp
积分上式得: u(T,p=uT,p)+RTIn(p/p)(2) 注意积分的上下限分别为: 温度为T,压力为p的纯理想气体 0:标准状态( standard state)理想气体化学势. 标准状态:温度为T,压力为1p的纯理想气体 标准压力p:10000a 过去为101325a=1atm)
•积分上式得: • m(T,p)=m 0 (T,p0 )+RT ln(p/p0 ) (2) •注意积分的上下限分别为: • m: 温度为T, 压力为p的纯理想气体; • m 0 : 标准状态(standard state)理想气体化学势. •标准状态: 温度为T, 压力为1p0的纯理想气体. •标准压力p 0 : 100,000Pa (过去为101325Pa=1atm)
理想气体的标准状态化学势p只 是温度的函数与压力无关 化学势μ不仅仅是温度的函数,还 是压力的函数 ·纯组分理想气体化学勢表达式常简化为 H=Ho+RT In(p/po) (3)
•理想气体的标准状态化学势m 0只 是温度的函数,与压力无关. •化学势m不仅仅是温度的函数, 还 是压力的函数. •纯组分理想气体化学势表达式常简化为: • m= m 0+RT ln(p/p0 ) (3)