化工热力学答案解析3章

./3-1.物质的体积膨胀系数和等温压缩系数的定义分别为：,。试导出服从VanderWaals状态方程的和的表达式。解：Vanderwaals方程由Z=f<x,y>的性质得又所以故3-2.某理想气体借活塞之助装于钢瓶中,压力为34.45MPa,温度为93℃,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,试计算此过程之、、、、、、、Q和W。解：理想气体等温过程,=0、=0∴Q=-W==2109.2J/mol∴W=-2109.2J/mol又理想气体等温膨胀过程dT=0、∴∴=5.763J/<mol·K>=-366×5.763=-2109.26J/<mol·K>=-2109.26J/<mol·K>=-2109.26J/<mol·K>=2109.2J/mol3-3.试求算1kmol氮气在压力为10.13MPa、温度为773K下的内能、焓、熵、、和自由焓之值。假设氮气服从理想气体定律。已知：〔1在0.1013MPa时氮的与温度的关系为；〔2假定在0℃及0.1013MPa〔3在298K及0.1013MPa时氮的熵为191.76J/<mol·K>。3-4.设氯在27℃、0.1MPa下的焓、熵值为零,试求227℃、10解：分析热力学过程-H1RH2R-S1RS2R查附录二得氯的临界参数为：Tc=417K、Pc=7.701MPa、ω=0.073∴<1>300K、0.1MPa的真实气体转换为理想气体的剩余焓和剩余熵Tr=T1/Tc=300/417=0.719Pr=P1/Pc=0.1/7.701=0.013—利用普维法计算又代入数据计算得=-91.41J/mol、=-0.2037J/<mol·K><2>理想气体由300K、0.1MPa到500K、10MPa过程的焓变和熵变=7.02kJ/mol=-20.39J/<mol·K><3>500K、10MPa的理想气体转换为真实气体的剩余焓和剩余熵Tr=T2/Tc=500/417=1.199Pr=P2/Pc=10/7.701=1.299—利用普维法计算又代入数据计算得=-3.41KJ/mol、=-4.768J/<mol·K>∴=H2-H1=H2=-++=91.41+7020-3410=3.701KJ/mol=S2-S1=S2=-++=0.2037-20.39-4.768=-24.95J/<mol·K>3-5.试用普遍化方法计算二氧化碳在473.2K、30MPa下的焓与熵。已知在相同条件下,二氧化碳处于理想状态的焓为8377J/mol,熵为-25.86J/<mol·K>.解：查附录二得二氧化碳的临界参数为：Tc=304.2K、Pc=7.376MPa、ω=0.225∴Tr=T/Tc=473.2/304.2=1.556Pr=P/Pc=30/7.376=4.067—利用普压法计算查表,由线性内插法计算得出：∴由、计算得：HR=-4.377KJ/molSR=-7.635J/<mol·K>∴H=HR+Hig=-4.377+8.377=4KJ/molS=SR+Sig=-7.635-25.86=-33.5J/<mol·K>3-8.试估算纯苯由0.1013MPa、80℃的饱和液体变为1.013MPa、180℃的饱和蒸汽时该过程的、和。已知纯苯在正常沸点时的汽化潜热为3.733J/mol；饱和液体在正常沸点下的体积为95.7cm3/mol；定压摩尔热容；第二维里系数。解：1.查苯的物性参数：Tc=562.1K、Pc=4.894MPa、ω=0.2712.求ΔV由两项维里方程3.计算每一过程焓变和熵变〔1饱和液体〔恒T、P汽化→饱和蒸汽ΔHV=30733KJ/KmolΔSV=ΔHV/T=30733/353=87.1KJ/Kmol·K〔2饱和蒸汽〔353K、0.1013MPa→理想气体∵点〔Tr、Pr落在图2-8图曲线左上方,所以,用普遍化维里系数法进行计算。由式〔3-61、〔3-62计算∴∴〔3理想气体〔353K、0.1013MPa→理想气体〔453K、1.013MPa〔4理想气体〔453K、1.013MPa→真实气体〔453K、1.013MPa点〔Tr、Pr落在图2-8图曲线左上方,所以,用普遍化维里系数法进行计算。由式〔3-61、〔3-62计算∴4.求3-10.一容器内的液体水和蒸汽在1MPa压力下处于平衡状态,质量为1kg。假如容器内液体和蒸汽各占一半体积,试求容器内的液体水和蒸汽的总焓。解：查按压力排列的饱和水蒸汽表,1MPa时,根据题意液体和蒸汽各占一半体积,设干度为x则解之得：所以3-13.试采用RK方程求算在227℃、5MPa解：查附录得正丁烷的临界参数：Tc=425.2K、Pc=3.800MPa、ω=0.193又R-K方程：∴∴试差求得：V=5.61×10-4m∴∴∴3-14.假设二氧化碳服从RK状态方程,试计算50℃、10.13MPa解：查附录得二氧化碳的临界参数：Tc=304.2.2K、Pc=7.376MPa∴又∴迭代求得：V=294.9cm3∴∴∴∴f=4.869MPa3-15.试计算液态水在30℃下,压力分别为〔a饱和蒸汽压、〔b100×105Pa下的逸度和逸度系数。已知：〔1水在30℃时饱和蒸汽压pS=0.0424×105Pa；〔230℃,0～100×105Pa范围内将液态水的摩尔体积视为常数,其值为0.01809m3/kmol；〔3解：〔a30℃,Ps=0.0424×105∵汽液平衡时,又1×105Pa以下的水蒸气可以视为理想气体,Ps=0.0424×105Pa＜1×105Pa∴30℃、0.0424×105Pa又理想气体的fi=P∴〔b30℃,100×105∵∴3-16.有人用A和B两股水蒸汽通过绝热混合获得0.5MPa的饱和蒸汽,其中A股是干度为98％的湿蒸汽,压力为0.5MPa,流量为1kg/s；而B股是473.15K,0.5MPa的过热蒸汽,试求B股过热蒸汽的流量该为多少？解：A股：查按压力排列的饱和水蒸汽表,0.5MPa〔151.9℃B股：473.15K,0.5MPa