余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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理想液态混合物中几个重要物性参数的探讨

已有 2918 次阅读 2022-9-1 13:15 |系统分类:教学心得

       本文拟结合道尔顿分压定律探讨理想液态混合物中溶剂压(Π)、物度(λ)及溶剂压系数(k)的几个重要特征,供参考.

  1. 道尔顿分压定律

    基础化学中理想气体的分压是指组分气体单独占有整个容器时,该组分气体所拥有的压强,记为:pi,单

位为Pa.

       组分气体与混合气体的关联参见如下式(1)及(2).

        pi·V=ni·RT              (1)

        p·V=∑(niRT      (2)

        式(2)中p代表混合气体的总压.

        由式(1)及(2)可得:

         p=∑(pi)            (3)

         pi=xi·p总                   (4)

        式(3)、(4)合称道尔顿分压定律[1].

        需明确,讨论分压定律(或总压与分压关联)时,系统的状态必须确定,即组分气体与混合气体必须同属系统的相同状态.

   2. 物度(λ)与溶剂压(Π

        物度(λ)与溶剂压(Π)是探讨理想液态混合物混合性质时,引入的热力学量[2].

       设某溶剂A,物质的量为nA,体积为VA,温度为T;某溶剂B,物质的量为nB,体积为VB,温度为T

‥‥‥  某溶剂C,物质的量为nC,体积为VC,温度为T.

        现将溶剂A、B‥‥‥C混合成理想液态混合物,则系统总物质的量为nA+nB+‥‥‥+nC;总体积为VA+VB+‥‥‥+VC;温度仍为T.

   2.1 物度(λ

        令:λ=n/       (5)

        物度(λ)表示系统单位体积所拥有的平均物质的量. 单位为mol·m-3; 物度(λ)是状态函数.

        纯溶剂A物度为:λA=nA/V                                                                                        (6)

        理想液态混合物中溶剂A的物度为:λA'=nA/(VA+VB+‥‥‥+VC )                        (7)

        理想液态混合物的总物度为:λ=(nA+nB+‥‥‥+nC)/(VA+VB+‥‥‥+VC )       (8)

        由式(7)及(8)可得理想液态混合物中:

          λ=λA'+λB'+‥‥‥+λC'     (9)

   2.2 溶剂压(Π

        令:Π=λ·RT     (10)

        将式(5)代入式(10)可得:Π=(n/VRT          (11)

        由式(10)及(11)可得溶剂压(Π)单位为Pa,并且溶剂压也是状态函数.

        纯溶剂A的溶剂压为:ΠA=λA·RT   =(nA/VART         (12)

        理想液态混合物中溶剂A的溶剂压为:ΠA'=nA/(VA+VB+‥‥‥+VC )·RT         (13)

        理想液态混合物的总溶剂压为:Π=nA+nB+‥‥‥+nC/(VA+VB+‥‥‥+VC )·RT         (14)

        由式(13)及(14)可得理想液态混合物中:

        Π=ΠA'+ΠB'+‥‥‥+ΠC'     (15)

 3. 溶剂压系数(k)

      理想液态混合物中溶剂A的溶剂压(ΠA')与其物质的量分数(xA)关系参见如下式(16).

       ΠA'=kA·xA                       (16)

      式(16)中xA为理想液态混合物中溶剂A的物质的量分数,kA称为理想液态混合物中溶剂A的溶剂压系数, 当xA=1时, 理想液态混合物即为纯溶剂A.

      将式(12)代入(16)可得:

      ΠA'=kA·xA =nA/(VA+VB+‥‥‥+VC )·RT       (17)

      又因为:xA =nA/(nA+nB+‥‥‥+nC )            (18)    

      将式(18)代入(17),并结合式(14)可得:

       kA=(nA+nB+‥‥‥+nC )/(VA+VB+‥‥‥+VC )·RT  = Π   

      即:kA = Π            (19)

      同理可得理想液态混合物中溶剂B、C的溶剂压系数kB 与 kC 也均为理想液态混合物的总溶剂压(Π). 

 4. 结论

      理想液态混合物中有以下公式成立

      ⑴  λ=λA'+λB'+‥‥‥+λC'

      ⑵ Π=ΠA'+ΠB'+‥‥‥+ΠC';

       ⑶ kA = kB =kC =Π  

参考文献

[1]天津大学物理化学教研室编. 物理化学(上册,第四版).北京:高等教育出版社,2001,12:12.

[2]余高奇. 理想液态混合物混合性质探讨(Ⅱ).http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666. 科学网博客, 2022,8. 




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