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文档简介
1、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a,卩。在尚未达到平衡时,卩两个相都是均相敞开体系;达到平衡时,则a,卩两个相都等价于均相封闭体系。(对)3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。(对)4. 理想气体的熵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1mol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口和丁2,则该过程的AUC/T;同样,对于初、终态压力相等的过程有AH=fCpdT。(对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。)T1二、填
2、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T的1mol理想气体从(Pj,Vj)等温可逆地膨胀到(Pf,Vf),则所做的功为W二RTlnC.V)(以V表示)或W二RTIn6P)(以P表示)。revi'frevfi封闭体系中的1m01理想气体(已知Cp),按下列途径由片和匕可逆地变化至P2,则A等容过程的W=亠,Q=pQgR)jP21t,CigR)p21t,U=PH=CpgfP-1t。IP1丿3.2H=0B等温过程的W=-RTIn£,Q=RTIn£,U二_,22_第2章P-V-T关系和状态方程一、是否题1. 纯物质由
3、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=1,实际气体的压缩因子Z<1。(错。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。(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
4、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。(错。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。(对。)C绝热过程的W二Q=0CigP14. 1MPa=106Pa=10bar=。5.普适气体常数R二cm3mol-1K-1=cm3mol-1K-1=Jmol-1K-1=mol-1Kt。三、填空题1.表达纯物质的汽平衡的准则有Gsv(T)=Gsi(吉氏函数)、d二呦(Claperyon方程)、YP(T,V)dV=PsVsv-v$i丿(Maxwell等面积规则)。dTTAVvapVsl它们能(能/不能)推广到其它类型的相平衡。2.Lyd
5、ersen、Pitzer、Lee-Kesler和Teja的三参数对应态原理的三个参数分别为T,P,Z、T,P,w、T,P,w和T,P,w。rrcrrrrrr3. 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,a二佥yyJaa(1-k)二i八iijjji=1j=1yi2ai+y2a2+y
6、2a3+2yiy2Ma2Gk12)+2y2y3Z2°3k232y33"1k31),其中,下标相同的相互作用参数有k,k和k,其值应为1下标不同的相互作用参数有112233k12和k21,k23和k32,k31和"12(已作k12=k2/23=k32,k31=k12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,诉似作零外理。5. 正丁烷的偏心因子二,临界压力P二则在T二时的蒸汽压为rPs=P10-i-w=0.2435MPa。c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
7、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>T、T<T、T=T的等温线。CCC2. 试定性讨论纯液体在等压平衡汽化过程中,M(二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(3Z、1. 由式2-29知,流体的Boyle曲线是关于竺=0的点的轨迹。证明vdW流体的Boyle曲0)T线是C-bRT2-2abV+ab2=0RTV+paV丿TaV丿T由vdW方程得空一丄一斗+3Va=oV-bV2(V-b力V3整理得Boyle曲线(a-bRT:V2-2abV+ab2=0第3章均相封闭体系热力学原理及其应用一、是否题1. 热力学
8、基本关系式dH二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)三0(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=RTdlnf。(错。应该是G-G0=RTln(fp)等)4.当PT0时,f/PT8。(错。当PT0时,f/PT1)5.因为ln申=JRT0dP,V当PT0时,申=1,所以,V-罟=0。(错。从积分式看,当PT0时,V-吟为任何值,都有-1;实际上/limV一PT0VRT'P丿=0T=TB6.吉氏函数与逸度系数
9、的关系是G(T,P)-Gig(T,P=1)=RTln9。(错G(T,P)Gig(T,P=1)=RTlnf)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,P)-M(T,P)=M(T,P)Mig(T,P7M(T,P)Mig(T,P7+Mig(T,P)Mig(T,P72220111020101120三、填空题1.状态方程P(Vb)=RT的偏离焓和偏离熵分别是H-HigdP=bP和RT,R+b-TPPSSig+Rin=J0P00dP若要计算H(T,P)-H(T,P)和S(T,P)-S(T,P)还需要什么性质Cig;其计算式分别是2211P-=H(
10、T,P)Hig(TJH6,P)Hig(TJ+Hig(T)-Hig(TJ22211121H(T,P)-H6,P)T2/)T2211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P-V,lnP-H,T-S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;(c) 饱和蒸汽可逆绝热膨胀;(d) 饱和液体恒容加热;11=bP-bP+4CigdT=b9-P)+4CgdT21P21PT匚和S(T,P)-S(T,P)221122=-RIn2+RinP0=S(T,P)-Sig6,PIL(T,P)-Sig(T,PJ+Si
11、g(T,P)-Sig(T,P2011102010P4CgP4Cig1+4dT=-Rin2+4p_dTPTPT2.0t1t解:第4章非均相封闭体系热力学一、是否题1.偏摩Vid体积表示为dnVani个均相敞开系统,n是一个变数,即定的义可)。(错。因对于一2. 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,Cv的混合过程性质变化等于零,对S,G,A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)用-fiSf-x-fm5. 理想气体有仁p,而理想溶液有q二G。(对。因屮iP
12、xPxPi)iiii6. 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,总熵为原来两气体熵之和。(错。总熵不等于原来两气体的熵之和)7. 因为GE(或活度系数)模型是温度和组成的函数,故理论上丫与压力无关.(错。理论i上是T,P,组成的函数。只有对低压下的液体,才近似为T和组成的函数)8-纯流体的汽液平衡准则为fv=fI。(对)9.混合物体系达到汽液平衡时,/X/Xf)vf)l,fvfl,fvflM曰JJTJJ,丿.J总是有iiii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
13、则和Henry规则。(对。)、填空题1. 填表偏摩尔性质(M)i溶液性质(M)关系式(M=工xM)iiInfInG).InlniGe:;RTGe.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V1=V1(1+ax2),V2=V2(1+bx/,其中匕,V2为纯组分的摩尔体积,a,b为常数,问所xV提出的模型是否有问题由Gibbs-Duhem方程得,a=b,a,b不可能是常数,故提xV1-1出的模型有问题:若模型改为V=V(1+ax2),匕=卩2(1+bx2),情况又如何由Gibbs-Duhem方程得,a=V2b,故提出的模型有一定的合理性。V13.常温、常压条件下二元液相体系
14、的溶剂组分的活度系数为Iny1=ax2+Px3(a,卩是常2a+36°数),则溶质组分的活度系数表达式是lny2=一产x2-Px3。解:由xdlny+xdlny=0,得1122dlny2dlny+3Px222111从xi=oG匕时2=J至任意的x1积分,得lny2-ln1=制4+3p)x1+3Px212a+3P2x2+Px311x1=0五、图示题1. 下图中是二元体系的对称归一化的活度系数y,y2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y2x1:曲线两端点的含意:体系属于何种偏差。1,YY1,Yx1x11解,以上虚线是根据活度系数的对称归一
15、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y>x,y2<兀2。(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xi的增大而增大。(错,理由同6)4. 纯物质的汽液平衡常数K等于1。(对,因为x二y二1)115. 下列汽液平衡关系是错误的Py<pv=Hy*x。(错,若i组分采用不对称归
16、一化,iii,Solventii该式为正确)6. 对于理想体系,汽液平衡常数K(二y/x.),只与T、P有关,而与组成无关。(对,可以从iii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)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. EOSy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)/v=/1无限制条件;ii(2)pvy=p1x无限制条件;iiii(3)Py=Psyx低压条件下的非理想液相。iiii2. 丙酮-甲醇二元体系在时,恒
17、沸组成xi=yi=,恒沸温度为,已知此温度下的Ps=95.39,Ps=65.06kPa则vanLaar方程常数是A12=,A21=(已知vanLaar方程为G=A12A2ixiX2)RTAx+Ax1212121. 组成为x1=,X2二,温度为300K的二元液体的泡点组成的为(已知液相的GE=75nn/(n+n),Ps=1866,Ps=3733Pa)。t1212122. 若用EOS+丫法来处理300K时的甲烷(1)一正戊烷(2)体系的汽液平衡时,主要困难是Ps=25.4MPa饱和蒸气压太高,不易简化:(EOS+y法对于高压体系需矫正)。13. 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T,P,o,k,通常CiCiCij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,C;iiiRackett方程常数a,B:能量参数(九九)(i,j=1,2,AN),Wilson方程的能量参ijii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1描述下列二元Txy图
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