化工热力学习题解答二～四章.ppt

习题解答 第二章1 用R K方程和普遍化三参数压缩因子法计算1公斤甲烷在273K及400 105Pa下的体积 习题解答 解 查教材295页附录二 得甲烷 1 根据R K方程 2 22 习题解答 习题解答 将以上各值代入式 2 22 得 迭代求解 习题解答 令 代入方程右边 得 发散 可以 代入迭代 或用普遍化三参数压缩因子法查图求得Z 代入求解 迭代结果为 习题解答 另一种算法 迭代求解 2 普遍化三参数压缩因子法 根据Tr pr查图2 7b 图2 8b 得 习题解答 END 根据Tr pr判断不应该用普遍化第二维里系数法 习题解答 2 用下列方法计算200 及10 105Pa下异丙醇气的压缩因子与体积 1 取至第三维里项内的维里方程 实验测定的维里系数B 388cm3 mol C 26000cm6 mol2 2 用普遍化第二维里系数法已知 异丙醇Tc 508 2KPc 50 105Pa 0 700 解 1 维里方程 习题解答 试差求得 也许下面的解法更方便 习题解答 2 用普遍化第二维里系数法 习题解答 END 习题解答 3 合成尿素所用二氧化碳压缩机入口气体流量为28200NM3 h 压缩后出口压力为15 5MPa 绝对压力 出口温度为393K 若吸入气体以纯二氧化碳计 求出口操作状态下的体积流量 解 查附录二 得二氧化碳 习题解答 1 查图2 9 应使用普遍化压缩因子法计算 根据Tr pr查图2 7b 图2 8b 得 该题不应该使用普遍化第二维里系数法计算 习题解答 或者 2 也可以用R K方程 习题解答 习题解答 迭代求解 得 END 习题解答 4 用下述方法计算10MPa 743K时水蒸汽的比容 1 理想气体定律 2 R K方程 3 一种普遍化方法 并将所得结果与水蒸汽表比较 解 1 理想气体定律 习题解答 2 R K方程查表得水的临界参数为 习题解答 迭代求解 得 习题解答 3 用普遍化第二维里系数法 习题解答 习题解答 查过热水蒸汽表 内插 得470 时 480 440 习题解答 经比较可见 R K方程和普遍化方法都较准确 将所得结果与水蒸汽表比较如下 END 习题解答 5 一耐压容器中半充以在正常沸点状态的液氮 然后将容器密闭 加热至295K 已知正常沸点 77 2K 的液氮摩尔体积为34 7cm3 mol 求加热后的容器中压力 解 压力是强度性质 与体系中物质的量无关 假设半充的液氮是1mol 以1mol液氮为计算基准 此时氮的体积为 查表得氮的临界参数为 习题解答 习题解答 END 另一种算法 习题解答 6 试用R K方程计算含70 5 H2 28 5 N2 1 0 CH4 摩尔分数 的混合气体在30MPa 100 条件下的摩尔体积 解 查表并计算得混合物的参数如下 习题解答 习题解答 两式联立 迭代求解 A B 习题解答 混合物的摩尔体积 END 习题解答 第三章1 用普遍化三参数压缩因子法计算15MPa 555K时正丁烷的逸度系数和逸度 以及与同一温度 0 1MPa理想气体状态间的焓差 熵差 习题解答 解 查教材295页附录二 得正丁烷 习题解答 根据Tr pr查图3 13 图3 15得 习题解答 15MPa555K理想气体 0 1MPa555K理想气体 15MPa555K真实气体 第一步 习题解答 第二步 根据Tr pr查图3 3 图3 5 图3 7 图3 9 得 习题解答 END 该题的计算方法应前后一致 习题解答 2 通常计算元素气体的热力学性质时 一种方法规定在298 15K及1 105Pa下这种元素气体的焓与熵为零 试用普遍化第二维里系数法求O2在300 105Pa 500 下的焓 熵和逸度 设计的计算步骤如下 298 15K 1 105Pa的氧可视为理想气体 理想化的一步可省略 解 习题解答 300 105Pa773 15K理想气体 1 105Pa298 15K理想气体H0 0S0 0 300 105Pa773 15K真实气体 第一步 习题解答 第二步 计算真实化这一步的剩余性质 习题解答 习题解答 习题解答 END 习题解答 3 一容器内的液体水和蒸汽在1MPa压力下处于平衡状态 质量为1kg 假如容器内液体和蒸汽各占一半体积 试求容器内的液体水和蒸汽的总焓 查按压力排列的饱和水蒸汽表 1MPa时 根据题意液体和蒸汽各占一半体积 设干度为x 解 习题解答 解得 则 另一种算法 设容器的体积为V 解得 习题解答 END 则蒸汽的质量为 因此该湿蒸汽的干度为 习题解答 4 有温度为423 15K 压力为0 15MPa的蒸汽8kg 经过活塞 气缸设备等温可逆压缩到正好处于饱和气体状态的终态 试求过程的热效应Q和功W 解 该题应该尽量利用水蒸汽表 查表计算 0 15MPa 423 15K时 是过热水蒸汽 查0 15MPa时过热水蒸汽表 423 15K时 在120 160 之间内插 习题解答 查饱和水蒸汽表 423K 150 时 则 根据封闭体系热力学第一定律 END 此题不能按理想气体计算 习题解答 5 有人用A和B两股水蒸汽通过绝热混合获得0 5MPa的饱和蒸汽 其中A股是干度为98 的湿蒸汽 压力为0 5MPa 流量为1kg s 而B股是473 15K 0 5MPa的过热蒸汽 试求B股过热蒸汽的流量该为多少 解 A股 查按压力排列的饱和水蒸汽表 0 5MPa 151 9 时 B股 473 15K 0 5MPa的过热蒸汽 习题解答 设B股过热蒸汽的流量为xkg s 以1秒为计算基准 列能量衡算式 忽略混合过程中的散热损失 绝热混合Qp 0 所以 解得 混合前后焓值不变 根据题意 为等压过程 习题解答 该混合过程为不可逆绝热混合 所以 混合前后的熵值不相等 只有可逆绝热过程 END 因为是等压过程 该题也不应该用 进行计算 习题解答 第四章1 用热力学观点分析下列两个关系式是否正确 习题解答 按照热力学观点 溶液的任一热力学性质应服从Gibbs Duhem方程 式中a与b是T与P的函数 V1与V2是纯组分1与2的摩尔体积 解 习题解答 所以 由于V1与V2在一定的T p下是常数 所以 习题解答 所以从热力学观点分析 这两个关系式是不正确的 END 而在除此以外的其它情况下 只有x1 0 5时 即 习题解答 2 试计算323K和20KPa时等分子混合的甲烷 1 正己烷 2 体系的第二维里系数和两个组分的逸度系数 解 查附录二并由式 2 53 式 2 57 计算得出 习题解答 将表中数据代入式 2 44a 2 44b 和式 2 52 计算得到下表 习题解答 由式 4 34 和式 4 35 得 习题解答 习题解答 END 由式 2 50 和式 2 51 得混合物的第二维里系数为 习题解答 3 在25 20 105Pa条件下 二元溶液中组分1的逸度可表示为式中的单位为105Pa x1为组分1的摩尔分数 试求 1 纯组分1的逸度f1和逸度系数 1 2 组分1的亨利常数k1 3 指定温度与压力 且已知的表达式 如何求得的表达式 解 在25 20 105Pa条件下 1 在给定的温度 压力下 当x1 1时 习题解答 根据定义 2 据式 4 54 得 习题解答 3 由Gibbs Duhem方程知 习题解答 积分上式 习题解答 也可以用下式计算 END 习题解答 4 在25 0 1013MPa下 n2mol的NaCl 2 溶于1KgH2O 1 中所形成的溶液的总体积nV cm3 与n2的关系为 试求n2 0 5mol时 H2O和NaCl的偏摩尔体积 习题解答 解 习题解答 根据式 4 11 当n2 0 5mol时 习题解答 当n2 0 5mol时 习题解答 另一种解法 因为 习题解答