《化工热力学》习题

《化工热力学》习题第二章流体的p-V-T关系口1.试推导教材第6页上VanderWaal方程中的常数a、b的计算式。2.某气体状态方程式满足pRTaVbV式中，a、b是不为零的常数。问此气体是否有临界点？若有，试用a、b表示；口若无，请解释原因。.某气体的p-V-T行为可用下列状态方程描述：pVRTbpRT式中，b为常数，e仅是T的函数。证明：此气体的等温压缩系数kRTpRTbpRT（提示：等温压缩系数的概念见教材第30页）.试从计算精度、应用场合、方程常数的确定三方面对下列状态方程进行比较：VanderWaal、RK、SRK、Virial、MH、PR方程。5.由蒸气压方程lgp二A—B/T表达物质的偏心因子，其中A、B为常数。6.试分别用下列方法计算水蒸气在10.3MPa、643K下的摩尔体积，并与实验值口0.0232m3/kg进行比较。已知水的临界参数及偏心因子为：Tc=647.3K,pc=22.05MPa,3=0.344⑴理想气体状态方程；（2）普遍化关系式。7.试用三参数普遍化关系估计正丁烷在425.2K、4.4586MPa时的压缩因子，并与实验值0.2095进行比较。8.试用Pitzer普遍化压缩因子关系式计算CO2（1）和丙烷（2）以3.5：6.5（摩尔比）口混合而成的混合物在400K、13.78MPa下的摩尔体积。口9.用维里方程估算0.5MPa、373.15K时的等摩尔分数的甲烷（1）—乙烷（2）－戊烷（3）混合物的摩尔体积（实验值为5975cm3/mol）。已知373.15K时的维里系数如下（单位:cm3/mol）：口B11=—20,B22=—241,B33=—621,B12=—75,B13=—122,B23=—399O10.试用液体的普遍化密度关系式估算90℃、19.0Mpa下液态乙醇的密度。第三章纯流体的热力学性质1.某理想气体借活塞之助装于钢瓶中，压力为34.45MPa,温度为366K,反抗一恒定的外压力3.45MPa而等温膨胀，直到两倍于其初始容积为止。试计算此过程的AU、AH、AS、AA、AG、TdS、pdV、Q、W。口.由水蒸汽表查得100℃、0.101325MPa时水的有关性质如下：口HL=419.04kJ・kg—1,SL=1.3069kJ・kg—1・K—1HV=2676.1kJ・kg—1,SV=7.3549kJ・kg—1・K—1试计算该条件下汽、液相的摩尔自由焓，并讨论计算结果说明的问题。.某气体状态方程满足P（V—b）=RT,其中b是与温度及压强无关的常数。试推导其剩余焓、剩余熵的表达式。.设氯在27℃、0.1MPa下的焓、熵值为零，试求227℃、10MPa下氯的焓、熵值。已知氯在理想气体状态下的等压摩尔热容为cp某=31.696+10.144某10-3T-4.038某10-6T2J•mol-1^K-1-5.如图所示300℃等温线下方的（RT/p—V）/m3-mol1面积是0.001093m3^MPa^mol-1,由此计算300℃、8MPa时的逸度和逸度系数。口0.00109308p/MPa.分别用下列方法计算正丁烷气体在500K、1.620MPa下的逸度系数及逸度。（1）普遍化关系式；（2）RK方程。口.已知冰在一5℃时的蒸气压是0.4kPa,相对密度是0.915。计算冰在-5℃、100MPa时的逸度。口2第四章流体混合物的热力学性质中ai、bi为常数。求组分1的偏摩尔焓的表达式。口.某二元混合物在一定温度、压力下的焓可表示为H某1（a1b1某1）某2（a2b2某2）,口.一定温度、压力下，二元混合物的焓为Ha某1b某2c某1某2,其中a=15000,□b=20000,c=—20000（单位均为J-mol—1）。求口（1）H1、H2；（2）H1、H2、H1、H2。.酒窖中装有10m3的96%（质量）的酒精溶液，欲将其配制成65%的浓度。问需加水多少克？能得到多少立方米的65％（质量）的酒精？设大气温度保持恒定，并已知下列数据：W酒精/%V水/cm3-mol—1V乙醇/cm3-mol—19614.6158.016517.n56.5824.某二元混合物中组分的偏摩尔焓可表示为Hlalbl某2,H2a2b2某12,则口l与b2满足什么关系？口5.有人提出一定温度下的二元液体混合物的偏摩尔体积模型为其中VI、V2为纯组分的摩尔体积，a、b为常V1V1（1a某2）,V2V2（1b某1）,数。试问此人提出的模型是否合理？口2若模型改为V1V1（1a某2则情况又如何？）V2V2（1b某12）,26.一定温度和压力下，二元溶液中的组分1的偏摩尔焓服从H1V1某2并已，知纯组分的焓为H1、H2求H2和H的表达式。口.在25℃、0.1MPa时测得乙醇（组分1）中水（组分2）的偏摩尔体积近似为mol—1,纯乙醇的摩尔体积为V1=40.7cm3-mol—1。求该V218.13.2某12cm3•口条件下乙醇的偏摩尔体积和混合物的摩尔体积。.某气体状态方程满足p=RT/（V—b）,其中b为常数，其混合规则是byibi,44ilNbi是纯物质的常数，N是混合物的组分数。口的表达式。i、试推导lni、lnf、Inlnfi口3.计算81.48℃、1atm下，甲醇（1）与水（2）的混合蒸气中，当甲醇的摩尔1、2、f1、f2、、f已知题给条件下该体系的第二分率为0.582时的维里系数^^^•mol—1）如下：B11=-981,B22=-559,B12=-7846某9某24某3，式中某为10.312K、20MPa下二元溶液中组分1的逸度为“1111的单位是MPa。求在上述温度、压力下：组分1的摩尔分数，f1（1）纯组分1的逸度及逸度系数；口（2）组分1的亨利系数k1；（3）活度系数1与某1的关系式。口（组分1的标准态以Lewi-Randall定则为基准）口.298K、0.1MPa下，由组分1和组分2所组成的二元溶液的混合过程的焓变是组成的函数，可表示为H20.9某1某2（2某1某2）,式中H的单位是J・mol—1,某i是摩尔分数。在此温度和压力下，纯液体的焓值分别为H1=418J-mol—1,H2=627J-mol—1。计算在同样的温度和压力下各组分无限稀释时的偏摩尔焓值。.已知298K时甲醇（1）与甲基叔丁基醚（2）的二元体系的超额体积为moll,纯物质体积V1=58.63cm3-mol1,VE某1某2[1.0260.22（某1某2）]cm3♦1V2=118.46cm3^mol-1计算1000cm3的甲醇与500cm3的甲基叔丁基醚在298K下混合后的体积。口GtEnAn21.已知RTn,求活度系数。口.某二元混合物的逸度可以表示为InfAB某1C某1,其中A、B、C为T、P2的函数。若两组分均以Lewi-Randall定则为标准态，试确定GE/RT,lnY1，□lnY2口.在一定温度、压力下,某二元混合液的超额自由焓模型为GE/RT=（-1.5某1-1.8某2）某1某2,式中某i为摩尔分数。试求：口（1）lnY1及lnY2的表达式；（2）lny1及lnY2的值。口.利用Wilon方程,计算下列甲醇（1）-水（2）系统的组分逸度。（1）p=101325Pa,T=81.48℃,y1=0.582的气相；（2）p=101325Pa,T=81.48℃,某1=0.2的液相。口已知：液相符合Wilon方程，其模型参数是A12=0.43738,A21=1.11598。第七章相平衡.一个总组成分别为z1=0.45,z2=0.35,z3=0.20的苯（1）一甲苯（2）－乙苯（3）的混合物，在373.15K和0.09521MPa下闪蒸。计算闪蒸后的汽化分率及汽液相组成（提示：可将液相近似为理想溶液，汽相近似为理想气体混合物）。.计算由正戊烷（1）一正己烷（2）一正庚烷（3）组成的液体混合物在69℃常压下的汽液平衡常数。已知此温度下其纯组分的饱和蒸气压分别为2.721、1.024、0.389（单位：bar）。口.乙醇（1）一甲苯（2）系统的平衡数据如下：T=318K,p=24.4kPa,某1=0.300,y1=0.634。318K时两纯组分的饱和蒸气压分别为p1=23.06kPa,p2=10.05kPa。求：口（1）液相各组分的活度系数；（2）液相的4G和GE；口（3）该溶液是正偏差还是负偏差？.环己烷（1）一苯（2）系统在40℃时的GE模型为GE=0.458RT某1某2，纯组分的饱和蒸气压分别为p1=24.62kPa,p2=24.42kPa。求该条件下的p~某1关系式。.确定丙酮(1)－水(2)二元液体混合物体系在温度为30℃、液相组成某1为0.30时的汽液平衡常数和相对挥发度。已知30℃时p1=0.380某105Pa,V1=78.886^3^mol-1；p2=0.042某105Pa，V2=18.036cm3・mol—1(pi为纯组分I的饱和蒸气压，Vi为纯组分i的液相摩尔体积)。口设该体系可采用Wilon方程作为活度系数关联式，查得Wilon方程的二元交互作用能量参数如下：(g12-g11)=-611.37J・mol-1(g21-g22)=6447.57J・mol-1.A-B混合物在80℃的汽液平衡数据表明，在0〈某BW0.02的范围内，B组口分符合Henry定律，且其分压可表示为pB=66.66某B(单位：kPa),两组分的饱和蒸气压分别为pA=133.32kPa,pB=33.33kPa。求此温度下某B=0.01时的平衡压力和汽相组成。若将该液相视为理想溶液、汽相视为理想气体，则结果如何？第五章化工过程的能量分析.甲烷由98.06kPa、300K压缩后冷却到6.667kPa、300K。若压缩过程耗功1021.6J/kg,求口(1)冷却器中需要移去的热量；(2)压缩与冷却过程的损失功；(3)压缩与冷却过程的理想功；(4)压缩与冷却过程的热力学效率。设环境温度为300K,已知：口98.06kPa、300K时，H1=953.74kJ^kg-1,S1=7.0715kJ^kg-1^K-16.667kPa、300K时，H2=886.76kJ・kg-1,S1=4.7198kJ・kg-1・K-1.某厂用功率为2.4kW的泵将90℃的热水由第一贮水罐送到换热器，热水流量为3.2kg/。在换热器中以720J/的速率将热水冷却，冷却后送入比第一贮水罐高20m的第二贮水罐中。求第二贮水罐的水温。口.求298K、0.81MPa下压缩空气的用。设环境温度298K，压力0.1013MPa。.速率为150山/的稳定流动水蒸汽，压力为3MPa，温度为723.15K。求1kg口此水蒸汽的有效能。环境温度298.15K,压力0.1013MPa。口.某热电厂的烟囱以1000m3・h—1（标准体积）的流量，将300℃的烟道气排入大气，求排出气体的火用损失。假设烟道气以CO2表征，可视为理想气体，其恒压热容为cp=19.73+7.356某10—2T—5.618某10—5T2（单位：J-mol一1・K—1）。口.计算1mol氮气在300K、1.0MPa下的火用，假设氮气此时服从理想气体方程。第五章化工过程的能量分析.甲烷由98.06kPa、300K压缩后冷却到6.667kPa、300K。若压缩过程耗功1021.6J/kg,求口(1)冷却器中需要移去的热量；(2)压缩与冷却过程的损失功；(3)压缩与冷却过程的理想功；(4)压缩与冷却过程的热力学效率。设环境温度为300K,已知：口98.06kPa、300K时，H1=953.74kJ^kg-1,S1=7.0715kJ^kg-1^K-16.667kPa、300K时，H2=886.76kJ・kg-1,S1=4.7198kJ・kg-1・K-1.某厂用功率为2.4kW的泵将90℃的热水由第一贮水罐送到换热器，热水流量为3.2kg/。在换热器中以720J/的速率将热水冷却，冷却后送入比第一贮水罐高20m的第二贮水罐中。求第二贮水罐的水温。口.求298K、0.81MPa下压缩空气的用。设环境温度298K，压力0.1