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化工热力学课后答案
化匸热力学课后答案
化工热力学课后答案(填空、判断、画图)
第1章绪言
—、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-0。
在尚未达到平衡时,S0两个相都是均相敞开体系;达到平衡时,则80两个相都等价于均相封闭体系。
(对)
3.理想气体的焙和热容仅是温度的函数。
(对)
4.理想气体的躺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lmol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4和的,则该过程的;同样,对于初、终态压力相等的过程有。
(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TMlmol理想气体从(只,%)等温可逆地膨胀到(A,
%),则所做的功为W„v=RTIniyJVf)(以7表示)或Wrev=RTIn(P〃斥)(以庶示)。
3.封闭体系中的lmol理想气体(已知邙),按下列途径由7;、A和%可逆地变化至则
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A等容过程的胆0,沪,炉,毕_。
B等温过程的胆,沪,隹0,0o
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=l,实际气体的压缩因子(错。
如温度大J'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、焰、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5C…,是温度和组成的函数。
(对。
)
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C绝热过程的
洋。
4.1MPa=106Pa=1Obar=9.8692atm=7500.62mmHg。
5.普适气体常数斥8.314MPacm3mol'1Q二83.14barcm3mol'1K0314Jmol'1K'1~1.980calmol*K\
三、填空题
1.表达纯物质的汽平衡的准则有G"'(T)=G"(7>如(八厂)=G(7;H")(吉氏函数)、(Claperyon方程)、jp(T,V)dV=Px(VJV-V)(Maxwe11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7;,g、Tr,P『g和7;,巴,°。
3.对于纯物质,一定温度下的泡点压力与露点压力担可的(相同/不同);一定温度下的泡点与露点,在P—稠上是重登的(重叠/分开),而在尸-阀上是分的(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。
33
4・对于三混合物,展开PR方程常数諒勺表达式,'盏yy届(1-晞)二1=1;=1
yf®+)%2+〉血3+2”『2"1“2(1-組2)+2)”3丿。
2心(1一心3)+2力力物3山(1一心),其中,下标相同的相互作用参数有心丛22和心3,其值应为下标不同的相互
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作用参数有%和心1*23和心2,如和g(已作人2=5木23=心2*31=心2处理)'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.正丁烷的偏心因子二0.193,临界压力尺二3.797MPa则在7时的蒸汽压为P'=£1()4"=0.2435MPao
五、图示题
1.试定性画出纯物质的p-rffi图,并在图上指出(a)超临界流体,(b)气相,(C)蒸汽,(d)固相,(e)汽液共存,(f)固液共存,(g)汽固共存等区域;和(h)汽-液-固三相共存线,(i)7>7;、T〈Tc、E的等温线。
2.试定性讨论纯液体在等压平衡汽化过程中,Mi=V.S、G)随加勺变化
(可定性作出稠上的等压线來说明)。
六、证明题
1.由式2-29知,流体的Boyle曲线是关于的点的轨迹。
证明vdW流体的
Boyle曲线是(a-hRT)V2-labV^ab2=0
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证明:
由vdW方程得
RTaRTV3Va———+
V_bV2(V-b)2V3整理得Boyle曲线
(a-bKiy1-labV^ab1=0
第3章均相封闭体系热力学原理与其应用
一、是否题
1.热力学基本关系式妬莎只适用于可逆过程。
(错。
不需要可逆条件,适用于只有体积功存在的封闭体系)
2.当压力趋于零时,(M是摩尔性质)。
(错。
当
时,不恒等于零,只有在r=%时,才等于零)
3・纯物质逸度的完整定义是,在等温条件下,dG=RTd^fo(错。
应该是G_Gf=
RT]n(f/P0)等)
4.当PtO时,//PT8。
(错。
当P->0时,f/p^l)
5.因为,当PtO时,0=1,所以,V一冷~=0。
(错。
从积分式看,当P->0时,V-^L为任何值,都有卩=1;实际上,
6.吉氏函数与逸度系数的关系是G(T,P)-G&(7\P=l)=/enn0。
(错G(7\P)-G9,P=l)=RTln/)
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7.由于偏离函数是两个等温状态的性质之差,故不可能用偏离函数来计
算性质随着温度的变化。
(错。
因为:
Mg)-Mg))
酬⑺*)]-酬SA)]+[w5,A))-MF,Q]
三、填空题
1.状态方程的偏离焙和偏离爛分別是
H-Hlfi=JV-/—'IdP=^—^rb-T-dP=bP和
oL'〃」()L-
$七+川唸需-傷)”需-帥=o:
若要计算
H(T2,P2)-H®,片)和S⑦占)-s®,A)还需要什么性质?
C器;其计算式分
别是皿,卩2)-呵,片)
t2t2
=bP2-b片+fc学〃=b『2—P])+f邙〃
S(7]4)-S(7")
=[s(7;,p2)-s«(T2,^)]-[s(TI,p1)-s«(Tl,^)]+^(T2,^)-s«(T1,z>))]
2.对于混合物体系,偏离函数中参考态是与研究态同温.同组成的理想
气体混合物。
五、图示题
1.将下列纯物质经历的过程表示在尸-卩,5P-H,CS图上
(a)过热蒸汽等温冷凝为过冷液体;
(b)过冷液体等压加热成过热蒸汽;
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(C)饱和蒸汽可逆绝热膨胀;
(d)饱和液体恒容加热;
解:
第4章非均相封闭体系热力学-、是否题
1.偏摩尔体积的定义可表示为
-_(dnV\_(dVy
厂I矶丿"仇「〔如丿“,{心。
(错。
因对于一个均相敞开系统,卫是一个变数,即(和/°山h.P,间占鼻°)
2.对于理想溶液,所有的混合过程性质变化均为零。
(错。
V,H,u,Cp,
G的混合过程性质变化等于零,对S,G,力则不等于零)
3.对于理想溶液所有的超额性质均为零。
(对。
因ME=M-Mis)
4.体系混合过程的性质变化与该体系相应的超额性质是相同的。
(错。
同于4)
5.
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6.
温度和压力相同的两种理想气体混合后,则温度和压力不变,总体积
为原来两气体体积之和,总热力学能为原两气体热力学能之和,总爛
为原来两气体爛之和。
(错。
总爛不等于原来两气体的嫡之和)
7.因为必(或活度系数)模型是温度和组成的函数,故理论上人与压力无
关.(错。
理论上是7;P组成的函数。
只有对低压下的液体,才近似
为组成的函数)&纯流体的汽液平衡准则为fy=f(对)
9.混合物体系达到汽液平衡时,总是有fi=fi,f"=fi-
(错。
两相中组分的逸度、总体逸度均不一定相等)
10•理想溶液一定符合Lewis-Randall规则和Henry规则。
(对。
)
、填空题
1.填表
偏摩尔性质(码)
溶液性质(胁
关系式(m=工兀mJ
ln(£/“)
Inf
In©
In
\n(p=工兀In(pj
Ini
ge/rt
2.有人提出了一定温度下二元液体混合物的偏摩尔体积的模型是
%=岭(1+心),%=叫(1+如),其中%,仏为纯组分的摩尔体积,a,b为常
数,问所提出的模型是否有问题?
由Gibbs-Duhem方程得,,a,b不
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可能是常数,故提出的模型有问题;若模型改为叼=片(1+a卅),记=冬(1+加:
),情况又如何?
由Gibbs-Duhem方程得,,故提出的模型有一定的合理性。
3.常温、常压条件下二元液相体系的溶剂组分的活度系数为
1叭=站+加(%0是常数),则溶质组分的活度系数表达式是ln/2=o
解:
由x』In/,+x2dhi/2=0,得
从坷=0(此时乙=1)至任意的“积分,得
ln/9-In1=J(2a+30)r+3ySv,2^lxi=+'卩+
X|=o2
五、图示题
1.
下图中是二元体系的对称归一化的活度系数人』2与组成的关系部分曲线,请补全两图中的活度系数随液相组成变化的曲线;指出哪一条曲线是或r2^x1;曲线两端点的含意;体系属于何种偏差。
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0Xj10X|
1
解,以上虚线是根据活度系数的对称归一化和不对称归一化条件而得到的。
第5章非均相体系热力学性质计算
一、是否题
1.在一定压力下,组成相同的混合物的露点温度和泡点温度不可能相同。
(错,在共沸点时相同)
2.在
(1)-
(2)的体系的汽液平衡中,若
(1)是轻组分,
(2)是重组分,则),2<勺。
(错,若系统存在共沸点,就可以出现相反的情况)
3.在
(1)-
(2)的体系的汽液平衡中,若
(1)是轻组分,
(2)是重组分,若温度一定,则体系的压力,随着“的增大而增大。
(错,理由同6)
4.纯物质的汽液平衡常数磚于1。
(对,因为
5.下列汽液平衡关系是错误的(错,若f组分采用不对称归一化,该式为正确)
6.对于理想体系,汽液平衡常数K5/x),只与7、戸有关,而与组成无关。
(对,可以从理想体系的汽液平衡关系证明)
7.对于负偏差体系,液相的活度系数总是小于1。
(对)
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8.能满足热力学一致性的汽液平衡数据就是高质量的数据。
(错)
9.逸度系数也有归一化问题。
(错)
10.E0S+卩法既可以计算混合物的汽液平衡,也能计算纯物质的汽液平衡。
(错)
、填空题
1.说出下列汽液平衡关系适用的条件
(1)=7/无限制条件;
(2)0;片=0九无限帝ij条件;
⑶n%七低压条件下的非理想液相o
2.丙酮仃)-甲醇
(2)二元体系在98.66KPa时,恒沸组成胫二乃二0.796,恒沸温度为327.6K,已知此温度下的片=95.39,=65.06kPa则vanLaar方程常数是
A-[2=0.587,力21二0.717
(己知vanLaar方程为)
1.组成为X]=0.2,£二0.8,温度为300K的二元液体的泡点组成y]的为(已
知液相的G,£=75/?
ih2/(n(+n2\P;=1866.K=3733Pa)—0.334o
2.若用EOS+了法来处理300K时的甲烷
(1)一正戊烷
(2)体系的汽液平衡时,主要困难是P;=25AMPa饱和蒸气压太高,不易简化;(E0S+Y法对于高压体系需矫正)。
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3.EOS法则计算混合物的汽液平衡时,需要输入的主要物性数据是耳帆如也,通常如何得到相互作用参数的值?
从混合物的实验数据拟合得到。
4.由Wilson方程计算常数减压下的汽液平衡时,需要输入的数据是Antoine常数A”B:
G;Rackett方程常数a,B;能量参数(坷-血Xijm-AO—Wilson方程的能量参数是如何得到的?
能从混合物的有关数据(如相平衡)得到。
五、图示题
描述下列二元T-X-y图中的变化过程ATBTCTD:
这是一个等压定
(总)组成的降温过程。
力处于汽相区,降温到厂点时,即为露点,开始有液滴冷凝,随着温度的继续下降,产生的液相量增加,而汽相量减少,当达到C点,即泡点时,汽相消失,此时,液相的组成与原始汽相组成相同。
继续降温到达。
点。
描述下列二元P-x-y图中的变化过程ATBTCTD:
这是一等温等压
的变组成过程。
从A到B,是液相中轻组分1的含量增加,B点为泡点,
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即开始有汽泡出现。
B至C的过程中,系统中的轻组分增加,汽相相对于液相的量也在不断的增加,C点为露点,C点到D点是汽相中轻组分的含量不断增加。
将下列7-*-卩图的变化过程A-B-C-D-E和P-x-y图上的变化过程尸fG-H-I-J表示在尸-7图(组成=0.4)上。
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5
4
"MPa
3
2
100120140160
180
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