化工热力学第三版课后习题答案Word文档下载推荐.docx
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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(以V表示)或(以P表示)。
3.封闭体系中的1mol理想气体(已知),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=,U=,H=。
B等温过程的W=,Q=,U=0,H=0。
C绝热过程的W=,Q=0,U=,H=。
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:
2.对于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,其中,试问,对于的理想气体,上述关系式又是如何?
以上a、b、c为常数。
理想气体的绝热可逆过程,
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)。
(a)等温过程
mol
(b)绝热可逆过程,终态的温度要发生变化
K
mol
第2章P-V-T关系和状态方程
1.纯物质由蒸汽变成液体,必须经过冷凝的相变化过程。
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。
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Z<
1。
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。
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。
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。
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。
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。
A.>
B.<
C.=
3.T温度下的过热纯蒸汽的压力P(B。
4.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.当时,纯气体的的值为(D。
因)
A.0
B.很高的T时为0
C.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(吉氏函数)、(Claperyon方程)、(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、、和。
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,=
,其中,下标相同的相互作用参数有,其值应为1;
下标不同的相互作用参数有,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MPa。
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。
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
PaK-1
熔化曲线方程是
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
PaK-1
汽化曲线方程是
解两直线的交点,得三相点的数据是:
Pa,K
2.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。
由Antoine方程
查附录C-2得水和Antoine常数是
故
Jmol-1
3.一个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)
查出Tc=369.85K,Pc=4.249MPa,ω=0.152
P=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-1
m=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)。
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
由软件计算知,
利用Rackett方程
5.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)。
查出Tc=190.58K,Pc=4.604MPa,ω=0.011
利用理想气体状态方程
PR方程利用软件计算得
6.试用PR方程计算合成气(mol)在40.5MPa和573.15K摩尔体积(实验值为135.8cm3mol-1,用软件计算)。
查出
Tc=33.19,Pc=1.297MPa,ω=-0.22
Tc=126.15K,Pc=3.394MPa,ω=0.045
五、图示题
1.试定性画出纯物质的P-V相图,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)T>
Tc、T<
Tc、T=Tc的等温线。
2.试定性讨论纯液体在等压平衡汽化过程中,M(=V、S、G)随T的变化(可定性作出M-T图上的等压线来说明)。
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
证明:
由vdW方程得
整理得Boyle曲线
第3章均相封闭体系热力学原理及其应用
1.热力学基本关系式dH=TdS+VdP只适用于可逆过程。
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,(是摩尔性质)。
当M=V时,不恒等于零,只有在T=TB时,才等于零)
3.纯物质逸度的完整定义是,在等温条件下,。
应该是
等)
4.当时,。
当时,)
5.因为,当时,,所以,。
从积分式看,当时,为任何值,都有;
实际上,
6.吉氏函数与逸度系数的关系是。
(错)
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。
因为:
1.对于一均匀的物质,其H和U的关系为(B。
因H=U+PV)
A.HU
B.H>
U
C.H=U
D.不能确定
2.一气体符合P=RT/(V-b)的状态方程从V1等温可逆膨胀至V2,则体系的S为(C。
A.
B.0
C.
D.
3.等于(D。
因为)
B.
4.吉氏函数变化与P-V-T关系为,则的状态应该为(C。
A.T和P下纯理想气体
B.T和零压的纯理想气体
C.T和单位压力的纯理想气体
三、填空题
1.状态方程的偏离焓和偏离熵分别是和;
若要计算和还需要什么性质?
;
其计算式分别是和。
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。
1.试计算液态水从2.5MPa和20℃变化到30MPa和300℃的焓变化和熵变化,既可查水的性质表,也可以用状态方程计算。
用PR方程计算。
查附录A-1得水的临界参数Tc=647.30K;
Pc=22.064MPa;
ω=0.344
另外,还需要理想气体等压热容的数据,查附录A-4得到,得到水的理想气体等压热容是
为了确定初、终态的相态,由于初.终态的温度均低于Tc,故应查出初、终态温度所对应的饱和蒸汽压(附录C-1),P1s=0.02339MPa;
P2s=8.581MPa。
体系的状态变化如下图所示。
计算式如下
由热力学性质计算软件得到,
初态(蒸汽)的
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