化工热力学习题解答

1、第3章均相封闭体系热力学原理及其应用、是否题1 .热力学基本关系式dH=TdS+VdP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 T,P Mig T,P 0 （M是摩尔性质）。（错。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，dG RTd ln f 。（错。应该是G G0gRTln f/B 等)4.当 P 0时，f/P。（错。当 P 0时，f/P 1）RT 1 ,所以，V 0。（错。从积分P1 ；实际上,RTlim V0p 0 p P T Tbp1RT5. 因为ln V dP ,当P

2、 0时, RT0pRT式看，当P 0时，V RT为任何值，都有P6.吉氏函数与逸度系数的关系是GT,P Gig T,P 1 RTln 。(错 G(T,P) G，T,P 1） RT ln f ）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：M T2,P2M T1,P1）M T2,P2M ig T2, P0M T1p MigT1,P0MigT2,P0MigT1,P0二、选择题1.对于一均相体系,T T 等于(D。T p T vTP一 一 P V 、C p C v T)T v T pA.零B. Cp/CvC. RD. T2. 一气体符合P=RT/(

3、V-b)的状态方程从 丫等温可逆膨胀至V2,则体系的S为(C。s V2 "VViV TV2ViPdVT vV2ViRVT-dV bV2 bRln Vib八V2 bA. RT In VibB. 0CV2bC.RlnVibc V2D.R ln -Vi3.吉氏函数变化与P-V-T关系为GigT,PGxRT ln P ,则Gx的状态应该为(Co因为Gig (T,P) Gig T, P0 iRT InP P0RT In P )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i.状态P(Vb)RT 的和偏离嫡分别是H H igdPpR 、T dPPbPH

4、 T2，P2 H Ti，Pi还需要什么性质？ 若；其计算式分别是H T2,P2 H Ti,PiST2F2 STi,PiH T2 , P2bP2 bPiH ig T2 H Ti , PiH ig TiH ig T2 H igTiT2CpgdT b F2PiCpgdTTiTiST2，P2SigT2，P0STi,PiSigTi,P0SigT2，P0SigT1，P°T2TiCldTRln 显TPiT2TicpgdT Tpp-J PR VRR什会SS0Rln dP dP0 ;右要计算p00 P T p0 P P既可查水的性质表，也可以用状态方Pc； 3A-4得到，得到水的理想气体等压热容2.对

5、于混合物体系，偏离函数中参考必是与研究态同温.同组成的理想气体混合物。四、计算题i. a和20c变化到30MPa和300c的焰变化和嫡变化, 程计算。解：用PR方程计算。查附录A-i得水的临界参数Tc； 另外，还需要理想气体等压热容的数据，查附录Cjg 32.24 1.908 10 3T 1.057 10 5T 2 3.602 10 9T3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计算式如下（附录C-1）, Pis=0.02339MPa ； P2s。体系的状态变化如下图所示。H T2,P2H Ti,PiRT2T2,P2H ig T2RT2RT1

6、H T1, R H ig T1RT1H ig T2 H igST2,P2ST1,P1一一 igST2,P2 S T2,P2R R一一 igST1,RS9 T1,P1_igR SRT2,P2SigT,P1由热力学性质计算软件得到,初态（蒸汽）的标准偏离烙和标准偏离嫡分别是H T11PlHig T118.86782 和RT1ST- Sig,P1R11,72103 ；终态（蒸汽）的标准偏离烙和标准偏离嫡分别是HT2,P2H igT2RT26.438752 和ST2,P2 Sig T2,P2R5.100481 ;T2另外，得至U CjgdTT11862.2 Jmol 1t2 ig和"dTT1

7、 T23.236 Jmol 1 K所以，本题的结果是 H74805.1 Jmol-11116,618 Jmol K2. (a)分另1J用PR方程和三参数对应态原理 计算，312KMPa); (b)分别用PR方程和三参数对应态原理 计算312K, 7MPa丙烷的逸度；(c)从饱和汽相的逸度计算 312K , 7MPa丙 烷的逸度，设在17MPacm3 g-1,且为常数。解：用Antoine方程s1892.47sln P 6.8635 P 1.3324.33 312(a) 由软件计算可知ln 0.2080.812f 1.08MPa(b) ln 1.670.1881.316MPa3.试由饱和液体水的

8、性质估算 的有关性质如下(a)100c和(b)100C, 20MPa下水的烙和嫡，已知 100c下水_ sslP 0.101325 MPa, H419.04 Jg-1, Ssl1.3069 J g-1K-1, Vsl 1.0435 cm3 g-1,dV sldT00008 cm3 g-1 K-1解：体系有关状态点如图所示由K-11.3069 0.0008 P 0.101325所要计算的点与已知的饱和点是在同一条等温线上,dV-0.0008 cm3 g-1 dTyslS SP0.0008dP 0.0008 P Ps 或 SpsdV slV T -1.0435 373.15 0.0008 0.74

9、5 cm3 g-1dTyH Hslp0.745dPps0.745 P Ps 或H 419.04 0.745 P 0.101325当P时,S=1.305 Jg-1 K-1 ； H= 420.83J g-1;4.当 P=20MPa 时，S-1 K-1； H=433.86J g-1。压力是3MPa的饱和蒸汽置于 1000cm3的容 器中，需要导出多少热量方可使一半的蒸汽 冷凝？(可忽视液体水的体积)初态解:等容过程，QvUt Ut2 Ut1初态：查P=3MPa的饱和水蒸汽的67.17 cm3g-1；U155V2603.94 Jg-1水的总质量mtVt14.89 g则 U 1t mtU 1sv3876

10、6.4JTiPiV1Uisvsv冷凝 要V2slU2 sl终态T2P2V2sVU2sV冷凝的水量为0.5mt 7.445 g终态：是汽液共存体系，若不计液体水的体积，则终态的汽相质量体积是V255V2V1sv 134.34cm3g-1,并由此查得U；v2594.0,U；l840.05 Jmol-1U2t0.5mtU；V0.5mtU；l25566.5 J移出的热量是QU 2tU1t 13199.9 J四、图示题1. 将下列纯物质经历的过程表示在P-V, lnP-H, T-羽上(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；(c)饱和蒸汽可逆绝热膨胀；(d)饱和液体恒容加热；解

11、:（e）在临界点进行的恒温膨胀PlrPH六、证明题1. 和分别是压缩系数和膨胀系数，其定义为0；对于通常状态下的液体,P T T P和都是变化范围不是很大的条件，可以近似处理成常数。证明液体从（P2）过程中，其体积从 V1变化到V2。则 IrV2V1T2TiP2证明：因为1V2另外1V2d lrVdVVdTpV-dPP T对于液体,近似常数，故上式从 T1,F1,V1lrV2V1T2T1P2P12.证明状态方程P（V b） RT表达的流体的（中，温度是随压力的下降而上升。dTdP至 T2，P2，V2积分得V，试证明T p的弱函数，在T, PTi,PiPi）变化到（T2,a） Cp与压力无关；（

12、b）在一个等始变化过程证明：（a）由式3-30 _CPt 上，并代入状态方程V RT/P b ,即得-CP0,P TT2 pP T所以Cp与压力无关。(b)由式3-85得,bCpCp 0,b 0RT RT bP PCp所以在一个等始变化过程中，温度是随压力的下降而上升。第一章习题解答一、问答题：1-1化工热力学与哪些学科相邻？化工热力学与物理化学中的化学热力学有 哪些异同点？【参考答案】：高等数学、物理化学是化工热力学的基础，而化工热力学又是化工原理、化工设计、反应工程、化工分离过程等课程的基础和 指导。化工热力学是以化学热力学和工程热力学为基础。化工热力学与化学 热力学的共同点为：两者都是利

13、用热力学第一、第二定律解决问题；区别在 于：化学热力学的处理对象是理想气体、理想溶液、封闭体系；而化工热力 学面对的是实际气体、实际溶液、流动体系，因此化工热力学要比化学热力 学要复杂得多。1-2化工热力学在化学工程与工艺专业知识构成中居于什么位置？【参考答案】：化工热力学与其它化学工程分支学科间的关系如下图所示，可以看出，化工热力学在化学工程中有极其重要的作用。第六级：E"氏展第五级：流程常胃第级：Q备设计第三级：“二优反"R停 讣H HW第二级；丁衡计第第一级：物能常/ 和热力学性质讣算1-3化工热力学有些什么实际应用？请举例说明。【参考答案】：确定化学反应发生的可能性

14、及其方向，确定反应平衡条件和平衡时体系的状态。（可行性分析）描述能量转换的规律，确定某种能量向目标能量转换的最大效率。（能量有效利用）描述物态变化的规律和状态性质。确定相变发生的可能性及其方向，确定相平衡条件和相平衡时体系的状态。通过模拟计算，得到最优操作条件，代替耗费巨大的中间试验。化工热力学最直接的应用就是精微塔的设计：1）汽液平衡线是确定精微塔理论板数的依据，可以说没有化工热力学的汽液平衡数据就没有精储塔的设计；2）精储塔再沸器提供的热量离不开化工热力学的燃的数据。由此可见，化工热力学在既涉及到相平衡问题又涉及到能量有效利用的分离过程中有着举足轻重的作用。1-4化工热力学能为目前全世界提倡的“节能减排”做些什么？【参考答案】：化工热力学是化学工程的一个重要分支，它的最根本任务就是利用热力学第一、第二定律给出物质和能量的最大利用极限，有效地降低生产能耗，减少污染。因此毫不夸张地说：化工热力学就是为节能