《化工热力学详细课后习题答案陈新志.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工热力学详细课后习题答案陈新志.docx（107页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、习题第1章 绪言一, 是否题1. 孤立体系的热力学能和熵都是肯定值。(错。和，如一 体积等于2V的绝热刚性容器，被一志向的隔板一分为二，左侧状态是T，P的志向气体，右侧是T温度 的真空。当隔板抽去后，由于QW0，故体系将在T，2V，0.5P状态下到达平衡，2. 封闭体系的体积为一常数。错3. 封闭体系中有两个相。在尚未到达平衡时，两个相都是均相放开体系；到达平衡时，那么两个相都等价于均相封闭体系。对4. 志向气体的焓和热容仅是温度的函数。对5. 志向气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。错。还及压力或摩尔体积有关。6. 要确定物质在单相区的状态须要指定两个强度性质，但是状态方程 P=P(T，V)的
2、自变量中只有一个强度 性质，所以，这及相律有冲突。错。V也是强度性质7. 封闭体系的1mol气体进展了某一过程，其体积总是变更着的，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，那么该过程的；同样，对于初, 终态压力相等的过程有。对。状态函数的变更仅确定于初, 终态及途径无关。8. 描述封闭体系中志向气体绝热可逆途径的方程是其中，而一位学生认 为这是状态函数间的关系，及途径无关，所以不须要可逆的条件。(错。)9. 自变量及独立变量是一样的，附属变量及函数是一样的。错。有时可能不一样10. 自变量及独立变量是不行能一样的。错。有时可以一样三, 填空题1. 状态函数的特点是：状态函数
3、的变更及途径无关，仅确定于初, 终态 。2. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是 2 和 2 。3. 封闭体系中，温度是T的1mol志向气体从(P ，V )等温可逆地膨胀到(P ，V )，那么所做的功为iiff(以V表示)或(以P表示)。24. 封闭体系中的1mol志向气体()，按以下途径由T1, P1和V1可逆地变更至P ，那么A 等容过程的 W= 0 ，Q=，U=，H= 。B 等温过程的 W=，Q=，U= 0 ，H= 0 。C 绝热过程的 W=，Q= 0 ，U=，H=。5. 在常压下1000cm3液体水膨胀1cm3，所作之功为 01325J；假设使水的外表增大1cm2，我们所要
4、作的功 是J (水的表张力是72erg cm-2)。6. 1MPa=106Pa=10bar=692atm=7500.62mmHg。7. 1kJ=1000J=230cal=9869.2atm cm3=10000bar cm3=1000Pa m3。mol8. 普适气体常数R=4MPa cm3-11。四, 计算题K-1=84bar cm3-1 mol-1-1K =14 J molK-1=80cal mol-1 K-，温度为1. 一个绝热刚性容器，总体积为VtT，被一个体积可以忽视的隔板分为A, B两室。两室装有不同的志向气体。突然将隔板移走，使容器内的气体自发到达平衡。计算该过程的Q, W, 和最终
5、的T和P。设初压力是a两室均为P0；b左室为P0，右室是真空。 解：a(b) 2. 常压下特别纯的水可以过冷至0以下。一些-5的水由于受到干扰而开场结晶，由于结晶过程进展得和水很快，可以认为体系是绝热的，试求凝固分率和过程的熵变更。冰的熔化热为33 g-1在0。-5之间的热容为2J g-1 K-1解：以1克水为基准，即由于是等压条件下的绝热过程，即，或3. 某一听从PV-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 是志向气体经过一样过程所做功的多少倍？解：4. 对于为常数的志向气体经过一绝热可逆过程，状态变更符合以下方程 ，其中，试问，对于的志向气体，
6、上述关系式又是如何 以上a, b, c为常数。 解：志向气体的绝热可逆过程，5. 一个57m3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15MPa的气 柜中，当气瓶中的压力降至MPa时，计算以下两种条件下从气瓶中流入气柜中的气体量。(假设气体为志向气体)(a)气体流得足够慢以至于可视为恒温过程；(b)气体流淌很快以至于可无视热量损失假设过程可逆，绝热指数。 解：a等温过程(b)绝热可逆过程，终态的温度要发生变更Kmolmol五, 图示题1. 以下图的曲线Ta和Tb是表示封闭体系的1mol志向气体的两条等温线，56和23是两等压线，而64和31是两 等容线，证明对
7、于两个循环1231和4564中的W是一样的，而且Q也是一样的。解：1-2-3-1循环，4-5-6-4循环， 所以和第2章关系和状态方程一, 是否题1. 纯物质由蒸汽变成固体，必需经过液相。错。如可以干脆变成固体。2. 纯物质由蒸汽变成液体，必需经过冷凝的相变更过程。错。可以通过超临界流体区。3. 当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。错。假设温度也大于临界温度时，那么是超临界流 体。4. 由于分子间相互作用力的存在，实际气体的摩尔体积肯定小于同温同压下的志向气体的摩尔体积，所 以，志向气体的压缩因子Z=1，实际气体的压缩因子Z B. B. TcTTcTUC. H=UD. 不能确定2. 一气
8、体符合P=RT/(V-b)的状态方程从V1等温可逆膨胀至V2，那么体系的S为C。B. 0A. C. D. 3. 对于一均相体系，等于D。A. 零B. CP/CVC. RD. 4.等于D。因为A.B.C.D.5. 吉氏函数变更及P-V-T关系为，那么的状态应当为C。因为A. T和P下纯志向气体B. T和零压的纯志向气体C. T和单位压力的纯志向气体三, 填空题1. 状态方程的偏离焓和偏离熵分别是和；假设要计算和还须要什么性质？；其计算式分别是 和2. 由vdW方程P=RT/(V-b)-a/V2计算,从(T,P1)压缩至(T,P2。)的焓变为。；其中偏离焓是。3. 对于混合物体系，偏离函数中参考态
9、是及探讨态同温同组成的志向气体混合物。四, 计算题1. 试用PR状态方程和志向气体等压热容方程计算纯物在任何状态的焓和熵。设 在下的气体的焓和熵均是零。列出有关公式，探讨计算过程，最好能画出计算框图。解：因为其中，第一项和第二项分别由探讨态和参考态的偏离焓计算实际计算中要用计算软件来完成，第 三项由志向气体热容积分计算得到。其中，第一项和第二项分别由探讨态和参考态的偏离熵计算实际计算中要用计算软件来完成，第 三项由志向气体热容积分和志向气体状态方程计算得到。 对于PR方程，标准偏离焓和标准偏离熵分别见表3-1(c)，即其中，志向气体状态的焓，熵随温度和压力的变更，由志向气体的热容等计算，如和计
10、算框图如下2. 试计算液态水从2.5MPa和20变更到30MPa和300的焓变更和熵变更，既可查水的性质表，也可以用 状态方程计算。解：用PR方程计算。查附录A-1得水的临界参数T =647.30K；P =264MPa；44cc另外，还须要志向气体等压热容的数据，查附录A-4得到，得到水的志向气体等压热容是为了确定初, 终态的相态，由于初终态的温度均低于Tc，故应查出初, 终态温度所对应的饱和蒸汽ss压(附录C-1)，P1 =0.02339MPa；P2 =8.581MPa。体系的状态变更如以下图所示。计算式如下由热力学性质计算软件得到， 初态蒸汽的标准偏离焓和标准偏离熵分别是和； 终态蒸汽的标
11、准偏离焓和标准偏离熵分别是和；另外，得到和 所以，此题的结果是3. 试分别用PR方程和三参数对应态原理计算360K异丁烷饱和蒸汽的焓和熵。360K和0.1MPa时KK。Jmol-1， Jmol-11-1参考答案， Jmol-1Jmol-1 -=3解：查附录A-1得异丁烷的Tc408.1K；Pc.648MPa；76，另外，还须要志向气体等压热容的数据，查附录A-4得到，得到异丁烷的志向气体等压热容是)(J mol-1 K-10初态是T =300K，P0=0.1MPa的志向气体；终态是T=360K的饱和蒸汽，饱和蒸汽压可以从Antoine方程计算，查附录A-2，得所以，终态的压力P=Ps=1.46
12、15MPaMPa，由计算式如下，因为Jmol-1和Jmol-1K-1得 又从 得由热力学性质计算软件得到，T=360K和P=1.4615MPa的蒸汽的标准偏离焓和标准偏离熵分别是和 另外，得到和 所以，此题结果是4. a分别用PR方程和三参数对应态原理计算，312K的丙烷饱和蒸汽的逸度参考答案1.06MPa；b分别用PR方程和三参数对应态原理计算312K，7MPa丙烷的逸度；(c)从饱和汽相的逸度计算312K，7MPa丙烷的逸度，设在17MPa的压力范围内液体丙烷的比容为2.06cm3 g-1，且为常数。 解：用Antoine方程635,B=1892.47,C=-24.33a 由软件计算可知(
13、b) 5. 试由饱和液体水的性质估算(a)100，2.5MPa和(b)100，20MPa下水的焓和熵，100下水的有关 性质如下,MPa，Jg-1，J g-1K-1cm3 g-1,解：体系有关状态点如下图cm3 g-1 K-1所要计算的点及的饱和点是在同一条等温线上，由g3 -1 cm得K-1又cm3 g-1得当P=2.5MPa时，S=1.305 Jg-1 K-1；H= 420.83J g-1；。当P=20MPa时，S= 1.291Jg-1 K-1；H=433.86J g-16. 在一刚性的容器中装有1kg水，其中汽相占90%V，压力是0.1985MPa，加热使液体水刚好汽化完 毕，试确定终态
14、的温度和压力，计算所需的热量，热力学能, 焓, 熵的变更。解：初态是汽液共存的平衡状态，初态的压力就是饱和蒸汽压，Ps=0.2MPa，由此查饱和水性质表C-1 得初态条件下的有关性质：性质-1-1-1 -13 -1质量mgPsMPaUJgHJgSJg KV/cm g饱和液体503.550260398饱和蒸汽2529.32706296891.910.59总性质524953J527035J1586.93J K-1/1000由(cm3)故总性质的计算式是，初态的总性质结果列于上表中 终态是由于刚刚汽化完毕，故是一个饱和水蒸汽，其质量体积是g3 -1 cm，也就是饱和蒸汽的质量体积，即Vsv=10.5cm3g-1此查出终的有关性质如下表(为了便利，查附录C-1，并由的Vsv=10.8cm3g-1一行的数据)，并依据计算终态的总性质，也列表下表中性质沸点或蒸汽压-1-1 -1UJg-1HJgSJg K饱和蒸汽总性质340或14.59MPa2464.526223592464500J2622000J5335.9J K-1所以，J；J；JK-1。又因为，是一个等容过程，故须要汲取的热为J7. 压力是3MPa的饱和蒸汽置于1000cm3的容器中，须要导出多少热量方可使一半的蒸汽冷凝(可无视液体 水的体积)