化工热力学第三版课后习题答案

1化工热力学课后答案第1章绪言一、是否题1.封闭体系的体积为一常数。（错）2.封闭体系中有两个相,。在尚未达到平衡时，,两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则,两个相都等价于均相封闭体系。（对）3.理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对）4.理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。）5.封闭体系的1mol气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等，初态和终态的温度分别为T1和T2，则该过程的21TTVdTCU；同样，对于初、终态压力相等的过程有21TTPdTCH。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。）二、填空题1.状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态。2.封闭体系中，温度是T的1mol理想气体从(Pi，Vi)等温可逆地膨胀到(Pf，Vf)，则所做的功为firevVVRTWln(以V表示)或ifrevPPRTWln(以P表示)。3.封闭体系中的1mol理想气体(已知igPC)，按下列途径由T1、P1和V1可逆地变化至P2，则A等容过程的W=0，Q=1121TPPRCigP，U=1121TPPRCigP，H=1121TPPCigP。B等温过程的W=21lnPPRT，Q=21lnPPRT，U=0，H=0。2C绝热过程的W=11211igPCRigPPPRVPRC，Q=0，U=11211igPCRigPPPRVPRC，H=1121TPPCigPCRigP。4.1MPa=106Pa=10bar=9.8692atm=7500.62mmHg。5.普适气体常数R=8.314MPacm3mol-1K-1=83.14barcm3mol-1K-1=8.314Jmol-1K-1=1.980calmol-1K-1。四、计算题1.某一服从P（V-b）=RT状态方程（b是正常数）的气体，在从1000b等温可逆膨胀至2000b，所做的功应是理想气体经过相同过程所做功的多少倍？解：000722.12ln9991999lnlnln1212VVRTbVbVRTWWigrevEOSrev2.对于igPC为常数的理想气体经过一绝热可逆过程，状态变化符合下列方程)1(1212PPTT，其中igVigPCC，试问，对于2cTbTaCigP的理想气体，上述关系式又是如何?以上a、b、c为常数。解：理想气体的绝热可逆过程，PdVWdUrev0ln2ln,,0ln0ln122122121212211212221PPRTTcTTbTTaTTPPVVVVRdTcTbTRaVRddTTRcTbTadVVRTdTRCTTigP故又3.一个0.057m3气瓶中贮有的1MPa和294K的高压气体通过一半开的阀门放入一个压力恒定为0.115MPa的气柜中，当气瓶中的压力降至0.5MPa时，计算下列两种条件下从气瓶中流入气柜中的气体量。(假设气体为理想气体)(a)气体流得足够慢以至于可视为恒温过程；(b)气体流动很快以至于可忽视热量损失（假设过程可逆，绝热指数4.1）。解：（a）等温过程66.11294314.8570005.0294314.8570001112111RTVPRTVPnmol3(b)绝热可逆过程，终态的温度要发生变化18.24115.02944.114.111212rPPTTK11.918.241314.8570005.0294314.8570001212111RTVPRTVPnmol第2章Ｐ－Ｖ－Ｔ关系和状态方程一、是否题1.纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。（错。可以通过超临界流体区。）2.当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。（错。若温度也大于临界温度时，则是超临界流体。）3.由于分子间相互作用力的存在，实际气体的摩尔体积一定小于同温同压下的理想气体的摩尔体积，所以，理想气体的压缩因子Z=1，实际气体的压缩因子Z1。（错。如温度大于Boyle温度时，Z＞1。）4.纯物质的三相点随着所处的压力或温度的不同而改变。（错。纯物质的三相平衡时，体系自由度是零，体系的状态已经确定。）5.在同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的吉氏函数相等。（对。这是纯物质的汽液平衡准则。）6.纯物质的平衡汽化过程，摩尔体积、焓、热力学能、吉氏函数的变化值均大于零。（错。只有吉氏函数的变化是零。）7.气体混合物的virial系数，如B，C…，是温度和组成的函数。（对。）二、选择题1.指定温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为(C。参考P－V图上的亚临界等温线。)A.饱和蒸汽B.超临界流体C.过热蒸汽2.T温度下的过冷纯液体的压力P（A。参考P－V图上的亚临界等温线。）A.TPsB.TPsC.=TPs3.T温度下的过热纯蒸汽的压力P（B。参考P－V图上的亚临界等温线。）A.TPsB.TPsC.=TPs4.纯物质的第二virial系数B（A。virial系数表示了分子间的相互作用，仅是温度的函数。）A仅是T的函数B是T和P的函数C是T和V的函数D是任何两强度性质的函数5.能表达流体在临界点的P-V等温线的正确趋势的virial方程，必须至少用到（A。要表示出等温线在临界点的拐点特征，要求关于V的立方型方程）A.第三virial系数B.第二virial系数C.无穷项D.只需要理想气体方程6.当0P时，纯气体的PTVPRT,的值为（D。因0limlim,lim000BTTPTPPPZPZRTPTVPRT，又）4A.0B.很高的T时为0C.与第三virial系数有关D.在Boyle温度时为零三、填空题1.表达纯物质的汽平衡的准则有slsvslsvVTGVTGTGTG,,或（吉氏函数）、vapvapsVTHdTdP（Claperyon方程）、svslVVslsvsVVPdVVTP),(（Maxwell等面积规则）。它们能（能/不能）推广到其它类型的相平衡。2.Lydersen、Pitzer、Lee-Kesler和Teja的三参数对应态原理的三个参数分别为crrZPT,,、,,rrPT、,,rrPT和,,rrPT。3.对于纯物质，一定温度下的泡点压力与露点压力相同的（相同/不同）；一定温度下的泡点与露点，在P－T图上是重叠的(重叠／分开)，而在P-V图上是分开的(重叠／分开)，泡点的轨迹称为饱和液相线，露点的轨迹称为饱和汽相线，饱和汽、液相线与三相线所包围的区域称为汽液共存区。纯物质汽液平衡时，压力称为蒸汽压，温度称为沸点。4.对于三混合物，展开PR方程常数a的表达式，3131)1(ijijjjiijikaayya=311313233232122121323222121121212kaayykaayykaayyayayay，其中，下标相同的相互作用参数有332211,kkk和，其值应为1；下标不同的相互作用参数有),,(,,123132232112123132232112处理已作和和和kkkkkkkkkkkk，通常它们值是如何得到？从实验数据拟合得到，在没有实验数据时，近似作零处理。。5.正丁烷的偏心因子=0.193，临界压力Pc=3.797MPa则在Tr=0.7时的蒸汽压为2435.0101csPPMPa。四、计算题1.在常压和0℃下，冰的熔化热是334.4Jg-1，水和冰的质量体积分别是1.000和1.091cm3g-1，且0℃时水的饱和蒸汽压和汽化潜热分别为610.62Pa和2508Jg-1，请由此估计水的三相点数据。解：在温度范围不大的区域内，汽化曲线和熔化曲线均可以作为直线处理。对于熔化曲线，已知曲线上的一点是273.15K，101325Pa；并能计算其斜率是7103453.1fusmfusmVTHdTdPPaK-1熔化曲线方程是15.273103453.11013257TPm5对于汽化曲线，也已知曲线上的一点是273.15K，610.62Pa；也能计算其斜率是4688.262.61015.273314.815.2732508svbvapvapbvapsVTHVTHdTdPPaK-1汽化曲线方程是15.2734688.262.610TPs解两直线的交点，得三相点的数据是：09.615tPPa，1575.273tTK2.试由饱和蒸汽压方程（见附录A-2），在合适的假设下估算水在25℃时的汽化焓。解：dTPdRTHRTHTRZHTZRHdTPdsvapvapvapvapvapvapslnln2222低压下由Antoine方程2lnlnTCBdTPdTCBAPss得查附录C-2得水和Antoine常数是47.45,36.3826CB故84.44291115.29847.4536.3826314.812222TCRBRTTCBHvapJmol-13.一个0.5m3的压力容器，其极限压力为2.75MPa，出于安全的考虑，要求操作压力不得超过极限压力的一半。试问容器在130℃条件下最多能装入多少丙烷？（答案：约10kg）解：查出Tc=369.85K,Pc=4.249MPa,ω=0.152P=2.75/2=1.375MPa,T=130℃由《化工热力学多媒体教学》软件，选择“计算模块”→“均相性质”→“PR状态方程”，计算出给定状态下的摩尔体积，Vv＝2198.15cm3mol-1m=500000/2198.15*44=10008.4(g)4.用Antoine方程计算正丁烷在50℃时蒸汽压；用PR方计算正丁烷在50℃时饱和汽、液相摩尔体积（用软件计算）；再用修正的Rackett方程计算正丁烷在50℃时饱和液相摩尔体积。（液相摩尔体积的实验值是106.94cm3mol-1）。解：查附录得Antoine常数：A=6.8146,B=2151.63,C=-36.24临界参数Tc=425.4K,Pc=3.797MPa,ω=0.193修正的Rackett方程常数：α=0.2726,β=0.0003TPS24.3663.21518146.6lnMPaPS504.0由软件计算知130193.103molcmVsl，13469.4757molcmVsv利用Rackett方程7/2)1(11)/(rTrCCslTPRTV1301.107molcmVsl65.试计算一个125cm3的刚性容器，在50℃和18.745MPa的条件下能贮存甲烷多少克（实验值是17克）？分别比较理想气体方程、三参数对应态原理和PR方程的结果（PR方程可以用软件计算）。解：查出Tc=190.58K,Pc=4.604MPa,ω=0.011利用理想气体状态方程nRTPVgmRTPVn14872.0PR方程利用软件计算得gmnmolcmV3.1602.1/7268.12236.试用PR方程计算合成气（3:1:22NHmol）在40.5MPa和573.15K摩尔体积（实验值为135.8cm3mol-1，用软件计算）。解：查出Tc=33.19,Pc=1.297MPa,ω=-0.22Tc=126.15K,Pc=3.394MPa,ω=0.045五、图示题1.试定性画出纯