化工熱力學答案(3章)

1、3-1. 物質(zhì)的體積膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)的定義分別為：，。試導出服從Vander Waals狀態(tài)方程的和的表達式。解：Van der waals 方程由Z=f(x,y)的性質(zhì)得 又 所以 故 3-2. 某理想氣體借活塞之助裝于鋼瓶中，壓力為34.45MPa，溫度為93，對抗一恒定的外壓力3.45 MPa而等溫膨脹，直到兩倍于其初始容積為止，試計算此過程之、Q和W。解：理想氣體等溫過程，=0、=0 Q=-W=2109.2 J/mol W=-2109.2 J/mol又 理想氣體等溫膨脹過程dT=0、 =5.763J/(mol·K) =-366×5.763=-2109.26 J

2、/(mol·K)=-2109.26 J/(mol·K)=-2109.26 J/(mol·K)=2109.2 J/mol3-3. 試求算1kmol氮氣在壓力為10.13MPa、溫度為773K下的內(nèi)能、焓、熵、和自由焓之值。假設(shè)氮氣服從理想氣體定律。：1在0.1013 MPa時氮的與溫度的關(guān)系為；2假定在0及0.1013 MPa時氮的焓為零；3在298K及0.1013 MPa時氮的熵為191.76J/(mol·K)。3-4. 設(shè)氯在27、0.1 MPa下的焓、熵值為零，試求227、10 MPa下氯的焓、熵值。氯在理想氣體狀態(tài)下的定壓摩爾熱容為解：分析熱力學過

3、程 -H1R H2R -S1R S2R 查附錄二得氯的臨界參數(shù)為：Tc=417K、Pc=7.701MPa、=0.073(1)300K、0.1MPa的真實氣體轉(zhuǎn)換為理想氣體的剩余焓和剩余熵 Tr= T1/ Tc=300/417=0.719 Pr= P1/ Pc=0.1/7.701=0.013利用普維法計算 又 代入數(shù)據(jù)計算得=-91.41J/mol、=-0.2037 J/( mol·K)(2)理想氣體由300K、0.1MPa到500K、10MPa過程的焓變和熵變 =7.02kJ/mol=-20.39 J/( mol·K)(3) 500K、10MPa的理想氣體轉(zhuǎn)換為真實氣體的剩

4、余焓和剩余熵Tr= T2/ Tc=500/417=1.199 Pr= P2/ Pc=10/7.701=1.299利用普維法計算 又 代入數(shù)據(jù)計算得=-3.41KJ/mol、=-4.768 J/( mol·K)=H2-H1= H2=-+=91.41+7020-3410=3.701KJ/mol= S2-S1= S2=-+=0.2037-20.39-4.768=-24.95 J/( mol·K)3-5. 試用普遍化方法計算二氧化碳在473.2K、30 MPa下的焓與熵。在相同條件下，二氧化碳處于理想狀態(tài)的焓為8377 J/mol，熵為-25.86 J/(mol·K).解

5、：查附錄二得二氧化碳的臨界參數(shù)為：Tc=304.2K、Pc=7.376MPa、=0.225 Tr= T/ Tc=473.2/304.2=1.556 Pr= P/ Pc=30/7.376=4.067利用普壓法計算查表，由線性內(nèi)插法計算得出： 由、計算得：HR=-4.377 KJ/mol SR=-7.635 J/( mol·K)H= HR+ Hig=-4.377+8.377=4 KJ/molS= SR+ Sig=-7.635-25.86=-33.5 J/( mol·K)3-8. 試估算純苯由0.1013 MPa、80的飽和液體變?yōu)?.013 MPa、180的飽和蒸汽時該過程的、

6、和。純苯在正常沸點時的汽化潛熱為3.733 J/mol；飽和液體在正常沸點下的體積為95.7 cm3/mol；定壓摩爾熱容；第二維里系數(shù)。解：1.查苯的物性參數(shù)：Tc=562.1K、Pc=4.894MPa、=0.271 2.求V 由兩項維里方程3.計算每一過程焓變和熵變1飽和液體恒T、P汽化飽和蒸汽 HV=30733KJ/KmolSV=HV/T=30733/353=87.1 KJ/Kmol·K2飽和蒸汽353K、0.1013MPa理想氣體 點Tr、Pr落在圖2-8圖曲線左上方，所以，用普遍化維里系數(shù)法進行計算。由式3-61、3-62計算3理想氣體353K、0.1013MPa理想氣體4

7、53K、1.013MPa 4理想氣體453K、1.013MPa真實氣體453K、1.013MPa點Tr、Pr落在圖2-8圖曲線左上方，所以，用普遍化維里系數(shù)法進行計算。由式3-61、3-62計算4.求3-10. 一容器內(nèi)的液體水和蒸汽在1MPa壓力下處于平衡狀態(tài)，質(zhì)量為1kg。假設(shè)容器內(nèi)液體和蒸汽各占一半體積，試求容器內(nèi)的液體水和蒸汽的總焓。 解：查按壓力排列的飽和水蒸汽表，1MPa時，根據(jù)題意液體和蒸汽各占一半體積，設(shè)干度為x那么解之得：所以3-13. 試采用RK方程求算在227、5 MPa下氣相正丁烷的剩余焓和剩余熵。解：查附錄得正丁烷的臨界參數(shù)：Tc=425.2K、Pc=3.800MPa

8、、=0.193又R-K方程： 試差求得：V=5.61×10-4m3/mol 3-14. 假設(shè)二氧化碳服從RK狀態(tài)方程，試計算50、10.13 MPa時二氧化碳的逸度。解：查附錄得二氧化碳的臨界參數(shù)：Tc=304.2.2K、Pc=7.376MPa 又迭代求得：V=294.9cm3/mol f=4.869MPa3-15. 試計算液態(tài)水在30下，壓力分別為a飽和蒸汽壓、b100×105Pa下的逸度和逸度系數(shù)。：1水在30時飽和蒸汽壓pS=0.0424×105Pa；230，0100×105Pa范圍內(nèi)將液態(tài)水的摩爾體積視為常數(shù)，其值為0.01809m3/kmol；

9、31×105Pa以下的水蒸氣可以視為理想氣體。解：a30，Ps=0.0424×105Pa汽液平衡時，又1×105Pa以下的水蒸氣可以視為理想氣體，Ps=0.0424×105Pa1×105Pa30、0.0424×105Pa下的水蒸氣可以視為理想氣體。又 理想氣體的fi=Pb30，100×105Pa 3-16. 有人用A和B兩股水蒸汽通過絕熱混合獲得0.5MPa的飽和蒸汽，其中A股是干度為98的濕蒸汽，壓力為0.5MPa，流量為1kg/s；而B股是473.15K，0.5MPa的過熱蒸汽，試求B股過熱蒸汽的流量該為多少？解：A股：查按壓力排列的飽和水蒸汽表， 0.5MPa151.9時， B股： 473.15K，0.5MPa的過熱蒸汽