化学反应模型用于一致性描述电解质溶液热力学性质

Reaction model (RM) on solution structure (hydration and association interaction, species distribution) can well describe thermodynamic properties of electrolyte solutions, which exhibits advantages to classical thermodynamic models (such as Pitzer Model),and brings forth important applications in salt lake, phosphorus chemical engineering, soda industry, hydrometallurgy and many other fields. In this project, Reaction Model which proposed by us and has successfully described complicated chloride system CuCl2?MCln?H2O (M = Li, Na, K, Mg, Ca), will further extend to thermodynamic properties calculation for broader general electrolyte solutions. This work will be carried out as follows: 1) Further analyze the influence mechanism of hydration, association on thermodynamic properties, and understand relationship between this influence mechanism and ion- characteristic (charge, radius, etc) of electrolyte; 2) On step 1), correlate model parameters with Gibbs free energy of series species in solution, fit water activity data to obtain independent, consistency parameters value for various ions, ion pairs, and further calculate thermodynamic properties of general electrolyte solution; 3) Test reliability of calculated results with the literature and necessary experimental measurement datas.

化学反应模型能结合溶液结构(水化、缔合作用、物种分布)描述电解质溶液的热力学性质，表现出比经典热力学模型（如Pitzer模型）更明显的优势，并在盐湖化工、磷化工、纯碱工业、湿法冶金等多个领域产生重要应用。将自行开发可描述复杂氯化物体系CuCl2-MCln-H2O (M= Li,Na,K,Mg,Ca)的化学反应模型拓展到更广泛的一般电解质溶液热力学性质计算，为此拟开展以下几方面工作：1)从电解质溶液结构特征出发，深入分析水化、缔合作用对热力学性质的影响机制，及这种影响机制与电解质组成离子属性（电荷、半径等）的联系，弄清系列物种的能量变化规律；2）以1）为基础，对溶液系列物种的Gibbs自由能进行参数关联，通过水的活度拟合得到各种离子、离子对的独立、一致性参数，并进一步计算一般电解质溶液的热力学性质；3）通过文献数据和必要的实验测定检验计算结果的可靠性。

化学反应模型基于溶液结构描述电解质溶液的热力学性质，在盐湖化工、纯碱工业、湿法冶金等多个领域产生重要应用。本项目拟一致性描述电解质溶液热力学性质，拓展化学反应模型的应用。为此项目执行过程中，我们提出了新理论公式来描述和计算溶液介电常数；通过拟合水的活度数据获取常见离子模型参数；对三元体系的水的活度及溶液物种浓度进行计算验证。本项目取得的进展包括：拟合得到了常见阳离子与卤阴离子的模型参数，计算MCl-MgCl2-H2O（M=Na、K）三元体系的水的活度，分析了其水的活度的变化规律；计算了NaCl-CuCl2-H2O溶液中含Cu物种浓度分布。通过大量模型计算分析，有充分证据表明所获得的离子模型参数与化学反应模型计算均具有良好的一致性与可靠性。本项目的完成后利用确定的离子模型参数计算复杂多离子组分的溶液的热力学性质变得更加方便。同时使我们认识到化学反应模型作为一个强有力的计算工具，用以分析电解质溶液的热力学，理解水的活度变化特征与溶解度现象带来重要帮助。