化工熱力學(xué)答案3章

1、1-RT aP2V -b V由Z=f(x,y)的性質(zhì) 旦.苴.坦=_1得了 乙廣一3-2.某理想氣體借活塞之助裝于鋼瓶中，壓力為34.45MPa，溫度為93 C，反抗一恒定的外壓力3.45 MPa而等溫膨脹，直到兩倍于其初始容積為止，試計(jì)算此過(guò)程之AU、AH、AS、AA、AG、TdS、fpdV、Q和WoA = AU T AS=-366 5.763=-2109.26 J/(mol K)-G = . H -TS =:A =-2109.26 J/(mol K)-TdS =T ：S =:A =-2109.26 J/(mol K)-2V1RTdV = RTln2=2109.2 J/molV1V3-3.試

2、求算Ikmol氮?dú)庠趬毫?0.13MPa、溫度為773K下的內(nèi)能、攵含、嫡、3-1.物質(zhì)的體積膨脹系數(shù)P和等溫壓縮系數(shù)k的定義分別為：R1何、,kP1阿）。試導(dǎo)出服從=一Vander Waals狀態(tài)方程的E和k的表達(dá)式。所以2a RTV7(V b j_ _.業(yè)V3V 42;：TPR_RV3V b 2VcT P RTV3_2a(V _bJRV2V -b32RTV3_2a V -b22_V V -b3 予T= RTV3-2a(V -b2a RTk=-1 業(yè)解：Van der waals方程解：理想氣體等溫過(guò)程,Q=-W=pdV =AU=。、AH=0RT .dV = RTln 2=2109.2 J

3、/molVV22V1V1pdV=V1W=-2109.2 J/moldTNm又dS =CPdPT :TP理想氣體等溫膨脹過(guò)程dT=0、.TpPRd S =-一d PPS2P2S= dS = -R dlnP=-RlnPP2P2P1=Rln2=5.763J/(mol K)V2pdV = pdVV1CV、Cp和自由攵含之值。WT2B00.422= 0.083= -0.6324dBdTr=0.675 Tr2.6= 1.592B1= 0.139-0172=0.5485dB1dTr= 0.722 T；2=4.014-PPLdTr )代入數(shù)據(jù)計(jì)算得HR=-91.41 J/mol、SRS1=-0.2037 J/

4、( mol -K)假設(shè)氮?dú)夥睦硐霘怏w定律。已知：(1)在0.1013 MPa時(shí)氮的Cp與溫度的關(guān)系為Cp=27.22 + 0.004187TJ/(mol K)；(2)假定在0C及0.1013 MPa時(shí)氮的粉為零；(3)在298K及0.1013 MPa時(shí)氮的嫡為191.76J/(mol K)。3-4.設(shè)氯在27C、0.1 MPa下的粉、嫡值為零，試求227C、10 MPa下氯的粉、嫡值。已知氯在理想氣體 狀態(tài)下的定壓摩爾熱容為C? =31.696 10.144 10、-4.038 10勺勺/mol K解：分析熱力學(xué)過(guò)程查附錄二得氯的臨界參數(shù)為：Tc=417K、Pc=7.701MPa、男0.07

5、3(1)300K、0.1MPa的真實(shí)氣體轉(zhuǎn)換為理想氣體的剩余粉和剩余嫡Pr= PI/ Pc=0.1/7.701=0.013利用普維法計(jì)算300K ,0.1 MPa真實(shí)氣體H=0, S=0-HIR-SIRIF300K, 0.1 MPa理想氣體AH、iS500K ,10 MPa真實(shí)氣體*H2RS2R500K,10 MPa理想氣體Tr= TI/ Tc=300/417=0.719RTc3(2)理想氣體由300K、0.1MPa到500K、10MPa過(guò)程的攵含變和嫡變T2500H1 =C?dT31.696 10.144 10T -4.038 10-T2dT1T1p300=7.02kJ/mol5001 0=

6、 3oo31.696T 10.144 104.038 10*TdT Rln薩=-20.39 J/( mol - K)(3) 500K、10MPa的理想氣體轉(zhuǎn)換為真實(shí)氣體的剩余粉和剩余嫡Pr= P2/ Pc=10/7.701=1.299利用普維法計(jì)算T2C:PS1 =dT -Rln2T1TRTr= T2/ Tc=500/417=1.19900.422B =0.083寸=-0.2326TrdB=0.675 T；6=0.4211 dTrB1=0.139-0172=-0.05874Tr.舞=0.722 Tr5.2=0.281HR. 0dB，Z1dB1)1=PrB TrB Tr1dTrI dTrSRpR

7、=PrdTrdTr yR代入數(shù)據(jù)計(jì)算得H2=-3.41KJ/mol、SR-S=-4.768 J/( mol - K)H=H2-H1= H2=-H1+ H1+H2=91.41+7020-3410=3.701KJ/mol險(xiǎn)=S2-S1= S2=-S+駕+S2=0.2037-20.39-4.768=-24.95 J/( mol - K)3-5.試用普遍化方法計(jì)算二氧化碳在473.2K、30 MPa下的粉與嫡。已知在相同條件下，二氧化碳處于理想狀態(tài)的粉為8377 J/mol，嫡為-25.86 J/(mol K)：解：查附錄二得二氧化碳的臨界參數(shù)為：Tc=304.2K、Pc=7.376MPa、2.225

8、-Tr= T/ Tc=473.2/304.2=1.556Pr= P/ Pc=30/7.376=4.067利用普壓法計(jì)算查表，由線性內(nèi)插法計(jì)算得出：岳741()RTc= 0.0466201(SR)(SR 1- =-0.8517 - = -0. 29 6R4R R101HRHRHRSRSRSR3-=- 十f -.由RL叮RL、R RR計(jì)算得：HR=-4.377 KJ/molSR=-7.635 J/( mol - K)- H= HR+ Hig=-4.377+8.377=4 KJ/molS= SR+ Sig=-7.635-25.86=-33.5 J/( mol - K)3-8.試估算純苯由0.1013

9、 MPa、80C的飽和液體變?yōu)?.013 MPa、180C的飽和蒸汽時(shí)該過(guò)程的AV、AH和AS。已知純苯在正常沸點(diǎn)時(shí)的汽化潛熱為3.733 J/mol;飽和液體在正常沸點(diǎn)下的體積為95.7 cm3/mol;定壓摩爾熱容Cpg=16.036+ 0.2357TJ/(mol K)；第二維里系數(shù)B=-78.X103cmmol。T解：1查苯的物性參數(shù)：Tc=562.1K、Pc=4.894MPa、3 =0.27152.求V由兩項(xiàng)維里方程PVBPZ2 =11RTRTV =V2-VI=3196.16 -95.7 =3100.5cm3molH =：HV(-H1R)出堂：HTH2RR R匚S SV(一S1)匚SP

10、匚STS2分析：具體過(guò)程飽和液體苯o.頂IJN口板AR叫t353 K X |=95.7cmiii ol宜丁一 電仃飽和蒸汽(UOIJMPa, 3S3K3.計(jì)算每一過(guò)程嬉變和嫡變(1)飽和液體(恒T、P汽化)r 飽和蒸汽 Hv=30733KJ/Kmol SV=A HV/T=30733/353=87.1 KJ/Kmol K -(2)飽和蒸汽(353K、0.1013MPa)理想氣體點(diǎn)(T、P)落在圖2-8圖曲線左上方，所以，用普遍化維里系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。由式(3-61)、(3-62)計(jì)算H1R_ zdBB0、dB1B1反-r r(而 -3礦Tj=-0.0207 0.628 _ 2.2626 1.282

11、4 0.271 8.1124 1.7112號(hào)03IlT)1.013 x106二168.314 106453ZRT 0.8597 8.314 4533,=3196.16cm3mol/ 1寸4-78 x 103I1453)= 0.8597PV =V1-V21.013理想氣體二O.IOUMPa, J53K零;理想氣體O.lOlJMPa, 4S3KT 353T= =-=0.628TC一562.1P=ErPC0.10134.894=0.02076=-0.08077點(diǎn)(T、P)落在圖2-8圖曲線左上方，所以，用普遍化維里系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。由式(3-61)、(3-62)計(jì)算皿=-里里 2 亟BlRTcAdTr

12、TrJdTrT力= -0.806 0.2070 1.1826 0.5129 0.271 2.2161 0.2863= -0.3961SR- dB0dB1一=-RR ILdTrdTr= -0.2070 1.1826 0.271 2.2161 1= -0.0207 2.2626 0.271 8.1124=-0.09234-RSR=-0.09234 8.314= 0.7677 KJ Kmol，K（3）理想氣體（353K、0.1013MPa）r 理想氣體（453K、1.013MPa）AH*=件冒町T1453=35316.036 0.235T dT= 16.036 453 -353暖；574533532

13、= 11102.31 KJ Kmol.：Sid45316.0361.013- 0.2357 dT -8.314ln0.1013353453= 16.036ln 0.2357 453 -353 -19.1 353= 8.47 KJ Kmol，K(4)理想氣體(453K、1.013MPa)r 真實(shí)氣體(453K、1.013MPa)Tr453562.1= 0.806Pr1.0134.894= 0.20708= -0.3691R.- R-H2=1850.73 KJ Kmol & =3.0687 KJ. Kmol K94.求iH , ASRRH = HV(-H1)H菖H，H2=4036KJ Km

14、olS= (-s1R)：S SS2R=93.269 KJ Kmol K3-10.一容器內(nèi)的液體水和蒸汽在1MPa壓力下處于平衡狀態(tài)，質(zhì)量為1kg。假如容器內(nèi)液體和蒸汽各占一 半體積，試求容器內(nèi)的液體水和蒸汽的總粉。解：查按壓力排列的飽和水蒸汽表，1MPa時(shí)，Hl=762.81kJ/kg Hg= 2778.1kJ/kgVl= 1.1273cm3/g Vg= 194.4cm3/g根據(jù)題意液體和蒸汽各占一半體積，設(shè)干度為x則x Vg =1-x Vlx 194.4= 1 -x 1.1273解之得：x =0.577%所以H =xHg1-x Hl=0.00577 2778.11 -0.00577 672.

15、81=774.44kJ / kg3-13.試采用RK方程求算在227C、5 MPa下氣相正丁烷的剩余粉和剩余嫡。 解：查附錄得正丁烷的臨界參數(shù)：Tc=425.2K、Pc=3.800MPa、3 =0.193又R-K方程：P=衛(wèi)一 V -b T5V V bR Tc8.314425.26 .x0.5. -2a = 0.42748一=0.427486-=29.04 Pa m K molPc3.8 108.314 425.2536 =8.06 10 m mol3.8 10668. 314 500. 1 52 9. 045 10=7 -T5-V -8. 06 1 0 500.陌V 8.06 10試差求得：

16、V=5.61 x10-4m3/molRLb =0.08664c-0.08664Pc8.06 10與56.1 10-5= 0.143810a _ _ 29.04_bRT1.58.06 10* 8.314 500.1.5= 3.874. Z M旦1 -h B 1 h 1-0.14381-3.874=0.6811 0.143811_ _ R一一 一一一一一一 一H - -1.0997 8.314 500.15 - -4573J / molP V -b ab=ln- ln 11 = -0.809RT 2bRT VSR=0.809 8.314=-6.726J/ mol K3-14.假設(shè)二氧化碳服從RK狀

17、態(tài)方程，試計(jì)算50C、10.13 MPa時(shí)二氧化碳的逸度。解：查附錄得二氧化碳的臨界參數(shù)：Tc=304.2.2K、Pc=7.376MPa2 2.522.5一-a=0.42748=0.42748. 7.376 106=6.4661Pam K.物b = 0.08664旺=0.086648.314 30462 =29.71 10 ”m3molPc7.376 10f=4.869MPa3-15.試計(jì)算液態(tài)水在30C下，壓力分別為(a)飽和蒸汽壓、(b) 100X105Pa下的逸度和逸度系數(shù)。已知:(1)水在30C時(shí)飽和蒸汽壓pS=0.0424 X105Pa； (2) 30C, 0100X105Pa范圍內(nèi)

18、將液態(tài)水的摩爾體積視為 常數(shù)，其值為0.01809m3/kmol; ( 3) 1 x105Pa以下的水蒸氣可以視為理想氣體。解：(a) 30C, Ps=0.0424 X05Pa. LV S.汽披平衡時(shí)，fl= fi= fl又1X 105Pa以下的水蒸氣可以視為理想氣體，Ps=0.0424 105Pa 1 x105Pa- 30 C、0.0424 X05Pa下的水蒸氣可以視為理想氣體。HR1.5a |=Z -1 -i_5lnRTbRT1VZJ.iSRRf RT又P =,V -b T0.5V V b10.13 1068.314 323.15 6.4661V -29.71 10 323.15 V 29.71 10艄迭代求得：V=294.9cm3/mol2 9. 71294. 9Q 1 007abRT1.5_ 6.46629.71 10* 8.314 323.1S5= 4.506Z =1 -h11-0.1007-4.5060.10071 0.1007= 0.6997l nf= Z - 1PlRT0. 7326abR?12又理想氣體的f=P.fS=pS=0.0424 xi05Pa.S S . Si= fi P =1(b) 30 C, 100X105Paf , PS SexPVidp = fSpS