化工热力学第三版答案陈新志等

第1章绪言一、是否题封闭体系中有两个相。在尚未达到平衡时，两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则两个相都等价于均相封闭体系。（对）理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对）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T1和T2，则该过程的；同样，对于初、终态压力相等的过程有。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。）二、填空题状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态。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)。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=，SYMBOL68\f"Symbol"U=，SYMBOL68\f"Symbol"H=。B等温过程的W=，Q=，SYMBOL68\f"Symbol"U=0，SYMBOL68\f"Symbol"H=0。C绝热过程的W=，Q=0，SYMBOL68\f"Symbol"U=，SYMBOL68\f"Symbol"H=。1MPa=106Pa=10bar=9.8692atm=7500.62mmHg。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：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。解：理想气体的绝热可逆过程， 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）。解：（a）等温过程 mol (b)绝热可逆过程，终态的温度要发生变化 Kmol第2章Ｐ－Ｖ－Ｔ关系和状态方程一、是否题纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。（错。可以通过超临界流体区。）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。）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。）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。）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。）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。（错。只有吉氏函数的变化是零。）气体混合物的virial系数，如B，C…，是温度和组成的函数。（对。）二、选择题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。)饱和蒸汽超临界流体过热蒸汽T温度下的过冷纯液体的压力P（A。参考P－V图上的亚临界等温线。）><=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）第三virial系数第二virial系数无穷项只需要理想气体方程当时，纯气体的的值为（D。因）0很高的T时为0与第三virial系数有关在Boyle温度时为零三、填空题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。Lydersen、Pitzer、Lee-Kesler和Teja的三参数对应态原理的三个参数分别为、、和。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。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。。正丁烷的偏心因子SYMBOL119\f"Symbol"=0.193，临界压力Pc=3.797MPa则在Tr=0.7时的蒸汽压为MPa。四、计算题在常压和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解：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。解： 由Antoine方程查附录C-2得水和Antoine常数是故Jmol-1五、图示题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。第3章均相封闭体系热力学原理及其应用一、是否题热力学基本关系式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）当压力趋于零时，（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）纯物质逸度的完整定义是，在等温条件下，。（错。应该是等）当时，。（错。当时，）因为，当时，，所以，。（错。从积分式看，当时，为任何值，都有；实际上，吉氏函数与逸度系数的关系是。（错）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：）二、选择题对于一均匀的物质，其H和U的关系为（B。因H＝U＋PV）HSYMBOL163\f"Symbol"UH>UH=U不能确定一气体符合P=RT/(V-b)的状态方程从V1等温可逆膨胀至V2，则体系的SYMBOL68\f"Symbol"S为（C。）0等于（D。因为）吉氏函数变化与P-V-T关系为，则的状态应该为（C。因为）T和P下纯理想气体T和零压的纯理想气体T和单位压力的纯理想气体填空题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。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。四、计算题得压力是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解：等容过程，初态：查P=3MPa的饱和水蒸汽的cm3g-1；Jg-1 水的总质量g 则J 冷凝的水量为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cm3g-1，并由此查得Jmol-1 J 移出的热量是在一0.3m3的刚性容器中贮有1.554×106Pa的饱和水蒸汽，欲使其中25%的蒸汽冷凝，问应该移出多少热量?最终的压力多大?解：同于第6题，结果五、图示题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；(e)在临界点进行的恒温膨胀.解：第4章非均相封闭体系热力学一、是否题偏摩尔体积的定义可表示为。(错。因对于一个均相敞开系统，n是一个变数，即)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）对于理想溶液所有的超额性质均为零。（对。因）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）理想气体有f=P，而理想溶液有。（对。因）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）因为GE(或活度系数)模型是温度和组成的函数，故理论上与压力无关．（错。理论上是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）纯流体的汽液平衡准则为fv=fl。（对）混合物体系达到汽液平衡时，总是有。（错。两相中组分的逸度、总体逸度均不一定相等）理想溶液一定符合Lewis-Randall规则和Henry规则。（对。）二、选择题由混合物的逸度的表达式知，的状态为（A，）A系统温度，P=1的纯组分i的理想气体状态B系统温度，系统压力的纯组分i的理想气体状态C系统温度，P=1，的纯组分iD系统温度，系统压力，系统组成的温度的理想混合物已知某二体系的则对称归一化的活度系数是（A）ABCD三、填空题填表偏摩尔性质()溶液性质(M)关系式()lnflnSYMBOL106\f"Symbol"lnSYMBOL103\f"Symbol"i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，其中V1，V2为纯组分的摩尔体积，a，b为常数，问所提出的模型是否有问题？由Gibbs-Duhem方程得，，a,b不可能是常数，故提出的模型有问题；若模型改为，情况又如何？由Gibbs-Duhem方程得，，故提出的模型有一定的合理性_。常温、常压条件下二元液相体系的溶剂组分的活度系数为（是常数），则溶质组分的活度系数表达式是。解： 由，得 从至任意的积分，得 四、计算题298.15K，若干NaCl(B)溶解于1kg水(A)中形成的溶液的总体积的关系为(cm3)。求=0.5mol时，水和NaCl的偏摩尔。解： 当mol时，18.62cm3mol-1 且，1010.35cm3由于，mol 所以，常压下的三元气体混合物的，求等摩尔混合物的。解：同样得组分逸度分别是同样得三元混合物的各组分摩尔分数分别0.25，0.3和0.45，在6.585MPa和348K下的各组分的逸度系数分别是0.72，0.65和0.91，求混合物的逸度。解： 利用Wilson方程，计算下列甲醇（1）－水（2）体系的组分逸度（a）P=101325Pa，T=81.48℃，y1=0.582的气相；（b）P=101325Pa，T=81.48℃，x1=0.2的液相。已知液相符合Wilson方程，其模型参数是解：本题是分别计算两个二元混合物的均相性质。给定了温度、压力和组成三个独立变量，均相混合物的性质就确定下来了。（a）由于系统的压力较低，故汽相可以作理想气体处理，得（kPa）（kPa）理想气体混合物的逸度等于其总压，即（kPa）[也能由其它方法计算]。（b）液相是非理想溶液，组分逸度可以从活度系数计算，根据系统的特点，应选用对称归一化的活度系数，由于所以其中，蒸汽压由Antoine方程计算，查附表得纯物质的Antoine常数，并与计算的蒸汽压同列于下表甲醇和水的Antoine常数和蒸汽压组分（i）甲醇（1）9.41383477.90-40.530.190水（2）9.38763826.36-45.470.0503活度系数由Wilson模型计算，由于给定了Wilson模型参数，计算二元系统在K和时两组分的活度系数分别是和所以，液相的组分逸度分别是(MPa)(MPa)液相的总逸度可由式（4-66）来计算 （MPa）应该注意：在计算液相组分逸度时，并没有用到总压P这个独立变量，原因是在低压条件下，压力对液相的影响很小，可以不考虑；本题给定了Wilson模型参数，故不需要纯液体的摩尔体积数据，一般用于等温条件下活度系数的计算。若给定能量参数时，则还需要用到纯液体的摩尔体积数据，可以查有关手册或用关联式（如修正的Rackett方程）估算。已知环己烷（1）－苯（2）体系在40℃时的超额吉氏函数是和kPa，求（a）；（b）；(c)。解：（