化工热力学试卷答案

开课单位：轻工化工学院任课教师：潘湛昌开课单位：轻工化工学院任课教师：潘湛昌东工业大学研究生课程考试试卷封面学院：轻工化工学院专业：化学工程与技术姓名：雷琳学号：2111206031考试科目：化工热力学与动力学学生类别：硕士考试时间：第13周星期五（2013年5月24日）开课学期：2013年春季说明：1.以上左栏学生填写，右栏老师填写；.学位课考试的答题均写在答题纸上,考查课若无课堂考试可不用答题纸，但仍应填写此页封面；.平时成绩根据任课教师所写的课程教学大纲规定评定；.任课教师评完分后从网上录入成绩，再打印成绩单一式两份连同试卷、答题纸交教务员保管（保管四年）。

题号答 卷得分1、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y=1.4)。解：(a)等温过程aPVPV1x57000 0.5x57000.An= - = - =11.66molRTRT8.314x2948.314x294(b)绝热可逆过程，终态的温度要发生变化Zy z 、3T=Tgr=294x|"]1-4=241.18K2 1〔Pj 1一aPVPV1x57000 0.5x57000 .An= - = - =9.11molRT RT28.314x2948.314x241.182、用Antoine方程计算正丁烷在50℃时蒸汽压；用PR方计算正丁烷在50℃时饱和汽、液相摩尔体积(用软件计算)；再用修正的Rackett方程计算止」烷在50℃时饱和液相摩尔体积。(液相摩尔体积的实验值是106.94cm3mol-1)。解：查附录得Antoine常数：A=6.8146,B=2151.63,C=-36.24临界参数Tc=425.4K,Pc=3.797MPa,«=0.193修正的Rackett方程常数：a=0.2726,B=0.0003lnPs=6.8146--2151.63nPs=0.504MPa—36.24+T由软件计算知V”=103.0193cm3mol-1,V，，=4757.469cm3mol-1利用Rackett方程V，i=(RTC/PC)t+0。-Tr)1+”P7si=107.01cm3mol-1T7ZRTr0.242x8.314x405.6,=—c——r-= g/cm3cp 11.28x106 &C5=28.28-29.14x100%=-2.95%29.14Vsl=29.14cm3/mol,Vl=28.60cm3/mol.Vsl=VrxZaTrt)=28.28(cm3/mol)Cr-0.0643

3、压力是3(2)MPa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T1P1Vsv1Usv1冷凝一半 >终态T2P2UsV双1Vsi HUsi解：等容过程，QV=AUt=Ut2—U〃初态：查p=3MPa的饱和水蒸汽的V1^v=67.17cm3g-i；U丁=2603.94jg-i水的总质量m=二=14.89gtVsv J1贝UU=mUsv=38766.4J11 t1冷凝的水量为0.5m「7.445g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V2sv=2匕sv=134.34cm3g-1,并由此查得Usv=2594.0,Usi=840.05jmol-12 2U=0.5mUsv+0.5mUsi=25566.5J21 t2 t2移出的热量是Q=-AU21+AU11=13199.9(J)4、苯(1)-甲苯(2)可以作为理想体系。(a)求100℃时，与%1=0.3的液相成平衡的汽相组成和泡点压力；(b)100℃和101.325kPa时的平衡汽、液相组成多少？©对于%产0.55和丁产0.75的平衡体系的温度和压力各是多少？(d)%=0.3的混合物气体在101.325KPa下被冷却到100℃时，混合物的冷凝率多少？(90---100)解：查出Antoine方程常数物质ABC苯⑴6.94192769.42-53.26甲苯(2)7.05803076.65-54.65T=90+273.15=363.15(K)，由Antoine方程得2769.42(a)lnPs=6.9419 =-1.995,Ps=136kPa1 363.15-53.26 1同样得Ps-54.2kPa2由理想体系的汽液平衡关系得P-Psx+Psx=136X0.3+54.2x0.7-78.74kPay1-P；x,P-136x0.3/78.74-0.52(b)由P-P1sxi+Psx2.101.325-1365+54.2(1—xJ.x1-0.576y1-P1sxJP-136x0.576,101.325-0.7736.9419—2769.42T—6.9419—2769.42T—53.26—7.0580+3076.65T—54.65।(0.75x0.45)-In 10.25x0.55)fT工369.64K(c)由Py-Psx,Py-Psx得11 1 2 2 2Psyxfyx)—i—-’12.lnPs一lnPs-ln12Psyx 1 21yx)221,21，即所以P；=163.4,Ps=66.6kPaP-P1sx1+Psx2-119.84kPa(d)T-100+273.15-373.15(K),由Antoine方程得P；-180.,Ps-74.1kPa101.325=180x1+74.1(1—x).5=0.257,x2=0.743y1-180x0.257/101.325-0.456,y2=0.544设最初混合物汽相有10mol,即苯3mol,甲苯7mol。冷凝后汽、液相分别为 (10-a) 和 amol ， 贝U ：3-a0.257+(10-a)0.456.a-10x0.456—3-7.839mol0.456-0.257冷凝率：*-甯=78.39%5、某厂有一输送90℃热水的管道，由于保温不良，到使用单位时，水温已降至70℃,试求水温降低过程的热损失与损失功。设大气温度为25℃。

解：管道中压力没有变化，且压力对焓、熵的影响可忽略，故采用饱和水的数据计算。AH=Q+WW=0CT2「Q=AH= 吃dT=H2-H1=292.98-376.92=-83.94%1WL=T0-ASg=298.15(0.044)=13.119-Q 83.94AS。=S2-S1+—=0.9549-1.1925+ =0.044g2 1T0 2986、分别用理想气体状态方程和三参数对应态原理，计算一j100cm3的刚性容器，在500C和18.6MPa的条件下能储存甲烷多少克？解：查出Tc=190.58K,Pc=4.604MPa,s=0.011(1)利用理想气体状态方程PV=nRTn= =0.872nm=14gRT(2)三参数对应态原理Z=Zo(P,T)+oZ1(P,T)rr rr323.15T=323.15T=——=1.696

r190.58陪震=4.071查表得Z0=0.8846Z1=0.2562Z=0.8864+0.011x0.2562=0.8892T7ZRT0.8892x8.314x323.15V= = =127.4cm3/molP 18.745125n=—= =0.9812mol127.4m=15.7g7、实验测得反应的速率方程为(1)C,r3++3Ce4+fCr6++3Ce3+r=k[Ce4+]2[Cr3+][Ce3+]-i(2)CHCOCH+Brh+>CHCOCHBr+HBr3 3 2 2 2r=k[CHCOCH][H+]

3 3请推导上述反应的机理。aIfCOOFi IICCH)-+flTjicov4-(;『Mm二c口叩.lieouCr(］山ffCOO'+Cc(IV)—€r(iv)IfCOO'+Ce(lib0(IVJlie。。(^r(llb4-lieOf)HC()0+Ce(IV)C0=+H*4Ce*+HS01Ce(S。」『十十Ife;350()(>(so4)2++Hsoz=^Ce(so4)立+■ir伐=200o(so4)2+iiso4，％no(s()4)r伊-0.6TOC\o"1-5"\h\zCe(SO4)3+THFA丁j、adduct(C1 (2)IC|+CT(nr)'adductC) (3)C2——►Ce(III)(SO4)2+Crflll)十，Q—3=q+h+ (4)四氢糠醇(THFA)；C