化工热力学课后部分习题答案.docx

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1、2-3.偏心因子的概念是什么?为什么要提出这个概念?它可以干脆测状吗?答:纯物尤的偏心因子是依据狗桢的蒸气压来定义的,试蕤发觉,纯态流体对比饱和靠气压的对数与对比温度的倒数呈近似宜线关系,即符合:IOgp;=a(器)其中,P;=f对于不同的流体,具有不同的伯,但Pitzer发觉,筒沽流体(、妞、fc()的全部蒸气压数据落在了同一条宜城上,而F1.该直线通过r,=071.og,:=一1这一点。对于给定流体对比蒸气压曲线的位跟,能鲂用在7;=0.7的流体与修、钠、SX(简洁球形分子)的IOgp;色之差来表征。PiUCr把这一差值定义为偏心因子,即t=-1.ogp;-1.00(7;=0.7)任何流体

2、的值椰不是干脆测敏的,均由该流体的临界甜度,、临界压力必值及7;=0.7时的饱和蒸气压p来确定.2-4.纯物顷的饱和液体的嫩尔体积附着温度上升而增大,泡和蒸气的摩尔体积随着温度的上升而减小吗?答:正确,由纯物质的/,-V图上的饱和蒸气和饱和液体曲城可知”2-5.同一温度卜,纯物质的饱和液体与饱和蒸气的热力学性就均不同吗?答:同一-温度下,纯物质的泡和液体与饱和蒸气的G1.bbS自由能是相同的,这是纯物质气液平询准则.气他的热力学性所均不同.3思索卜列说法是否正确当系统压力陷于零时,MC,p)-Mwer,p)=0(M为广延热力学性质)。(F)志向气体的,S、G仅是M度的函数.(F)若A=(S-S

3、f)+Rn则A的值与参考态压力Pa无关,(T)时于任何均相物质,结与热力学能的关系都符合(T)对于肯定信的水,压力越高,蒸发所汲取的热收就越少.(T3-2推导下列关系式:(三I(乳T豹iGRT)_MM/4)V当压力恒定时(IG=-SdT由Gibbs白由能定义式得G=H-TSMdG/7)-STT2/Gjs)_(m_TS)-rHF等式两边同乘以R得.旗M;MTyTH一前(4)当温度恒定时G=MjGT)V所以GRT)AV.SPj71.“RT34计算级气从状态1300K,1.0I3XIO5Pa)到状态25(X)K,1.013IO7Pa)改变过程的摩尔炊变.解:初态压力较低,可视为志向气体.交得氧的临界

4、参数为:T=4!7.15K,P.=7.71IMPa.=0.069志向气体300K,0.1013MPa真实气体5(X)K.10.BMPa志向气体500KjO.13MPa依据图29推断,应当运用普通化的均差图计算K杳图(3-4)、3-6)分别得到:喏=T2,察+=T.2+0.069X(-0.3)=T.221RTrRTrRTc/7*三-1.221/?7;-1.221.x8.314x417.15-4233.6(J.n1.,)查附录六,就气的走向气体热衣表达式为:C*=Mfi+bT+cT)+dTs)=3.056Z=5370810c=-0.8098XIOYrf=0.569310-H1.=(I7,8314x

5、3056x(30.8098xI0Y(44)=83I4x+0.5693x10-(yr1)=7098.5(Jmo1.,)AW=AWnt+/*=709&5-4233.6=2864.9(Jmo,)3-5氢的PVT关系符合方程V=/?T-q7+/,p,其中=386,KAnR,b=531.kmo,.计算领,由500K.1.2M/Z改变至500K.18A,j过程的博变和燧变.解:由PVT关系得:V=RT/p-a/T+b=II5.3Of-2-3靠“)(8-I.2)x10-6=23I.I0nod5=J(尊)的=J-1.-P1)Jn1.卬人jat)ptja1.pt,化1Qa父八X1n-6=8.3141.n-(18

6、-1.2)IO-6=-22.54JKimo1.250036某气体符合状态方程p=7r,其中b为常数.计算该气体由V1.等温可逆膨版到匕V-P的烟变.3-12将Ikg水装入-密闭容渊,并使之在IMPa压力下处干汽液平衡状态.假设容器内的液体和蒸汽各占半体积,试求容器内的水和水蒸气的总结,解:设有液体mkg则有蒸气(1.-m)kg变饱和水蒸气表,在IMPa下饱和蒸气和液体的密度分别为0g=5.144kgm”,P,=887.15kg-m-j则体枳分别为:匕=Jmi匕=J二生11*5.144887.15依照题意;士=”5.144887.15求解得:1=0.9942kg,即有饱和液体0.9942kg查饿

7、和水蒸气我可以得到:在IMPa下,蒸气和液体的均值分别为:Ht=2777.7kJ-kg1.,Hz=762.88kJkg-则总均值为:H=He(1.-m)+Him=2777.7x(1.-0.9W2)+762.88X0.9942=774.46U3-13Ikg水蒸气装在带有活塞的铜腋中,压力为6.89XIO5Pa,海度为26OC.假如水蒸气发生等温可逆感胀到2.41XIoSPa.在此过程中蒸汽汲取多少热盘?解:初始状态为:/,=260C,1=6.89X1.O-Pa:末态为:1.=260C,p1.=2.41XIO5Pa查水蒸气发觉,始态和末态均为过热蒸气状态,查过热水蒸气表.即中的温度和压力位只能通过

8、杳扰过热水蒸气表井内插阳到,通过资表和内插itW知到:=2733.98kJkg,51=7.I775Ukg1K1U2=2745.24Wkg1.,S,=7.6814kJ-kg-1K,依据封闭系统的热力学弟肯定律AU=Q+W因为过程可逆,所以e=7S=(260+273.15)(7.6814-7.1775)=268.65kJkg1.W=AU-Q=(U2-Ut)-Q=(2745.24-2733.98)-268.65=-257.4kJkg故:间蒸汽作的功为257.4kJ,在此过程中蒸气汲取的热量为26865kJ314在TS示意图上表示出纯物质经验以下过程的始点和终点。(I)过热蒸汽(八)等温冷凝成过冷液体

9、(b):(2)过冷液体(c)等压加热成过热蒸汽(d):(3)饱和蒸汽(C)可逆绝热膨胀到某状态:(4)在临界点()进行恒淑压缩到某状态(三).315利用T-S图和Inp-H图分析下列过程的培变和燃变:(1) 20MPa、170K的过热空气等压冷却并冷凝为饱和液体;(2) 0.3MPa的饱和M蒸气可逆绝热压缗至1.OMPa;(3) I1.宅闭容潺内盛有5g级.对容涕进行加热,使温度由初始的-2(C升至5OC.解;(1)Ei1.附录九图查得ZftMPaJ70K的过热空气的培和端分别为:S7keuikg和0.55kca1.kgC.2.0MPa饱和液体的炕和燃分别为:4!.5hA屋和kca1.-kg-

10、C.所以JW=41.5-87=-45.5kca1.-kg1.z1.S=0.18-0.55=-0.37kca1.-kgC(2)查附录十(3) 查附录十一512某:元混合物中组元1和2的偏浜尔均可用下式表示:Hi=01+1.v;H,=ai+fr,1.证明M必需等于解:依据Gibb$-DUhCm方程Z(XWM)=0何恒温恒压下XM1.+xjdM2=0J1.,W,或M丁1.=FTaxiax1.疝d11当M,=,时,得-1=-,也1dx1.2dxi已知Hi=at+ft.V2H2=ai+b2x,得X1也1.=-2fr.v+2b.x:=2b.X.(XI-I)=-2h1xx,掰dH、七丁=一K要使M也=一X,

11、必.A1必需等于6.血-血结论得证.5-13.试用合适的状态方隹求正丁烷在460K.1.50Pa时的逸吱与逸度系数,解:查附录三得:,=425.12KP,=3.796MPa3=0.199460425.121.0821.5x10,3.796IOh=0.395杳图29,T,、工点落在图29分界线上方,故适用于普遍化其次城里系数关联式,由式(2-37)得n=0.083-42=-0.2891.082,6B,=O.I39-=0.0151.08241据式731.nt-jr,0BmT/则Ini=X(-0.289+0.1990.015)=-0.10441=0.9009/=Pa=0.9009.5IO6=1.35

12、1.IO,Pa5-14,试估算I-丁烯蒸气在478K、6.880P”时的逸心解:查附录三得I-丁烯的临界参数(=419.5K1.=4AnMPa=0.187则对比温度对比压力为T1=JZ1.=I.BQPr=-=-=,77:419.5P,.4.02参照图2-9普明化关系适用范附图,T,、亡点落在分界线下方.适用于普遍化逸度系数图。m5-3-图5-6得:的S=0.700u=1.091据In次=In娉+otnInQ=In0.700+0.187In1.091=-0.M)4,=0.7115fi=Pt=6.88IO60.7115=4.895IO6Pa5/6假如弓=G+*nn*系在丁、P不变时,二元溶液系统中

13、级元I的儡摩尔GibbS向田能表达式,试证明G2=G2+RTnX2是组元2的做摩尔Gibbs自由能表达式.G1和G2是在丁和P的纯液体组元1和殂元2的限尔Gibbs自由能,而X和是摩尔分数。解:依据Gibbs-Dubem方程,iJG1+X2JG2=O丁、P恒定)JG1dG、rdG1.dG、即X11.+a-=0或X.1.-X1-=0,dxi2dx1.dxtdx2;,筋、=丛心、=四-d1.nx,(7、P恒定)*X2dxdInx1.(1(;.G1=GiRT1.nx1.根一-=RT(,P恒定)J1.nx1曲Xz=I(此时W=G/积分到随意曼成X“得G2-G2-RT(nx2-InI)即G2=G2+RT

14、nx25-1乙醇(1)甲笨(2)二元系统的气液平衡试验测得如下数据:=3I8K.p=24.4kPa.司=0.3,乂=0.6,并已知318K纯组元的饱和蒸气压为p;=23.()6kPa,p=10.05kPa.谀蒸气相为志向气体,求(1)液体各组元的活度系数;(2)液相的心和GE的糠;(3)假如还知道混合热,可近似用下式表示:州=0.437RT试估算在333K,X1.o.300时液体混合勃的G*(ft,解:1依据片=叱=3=22361,Pt,x1.23.06x0.3y2P(If)P(1-0.634)x2442P;x2P(-x1.)10.05x(1-0.3)(2)依据GeRTx,n,汨:G=8.31

15、45318(O.31.n2.2361+0.7In1.2694)=1079.8(7-w,)依据G=RTxinai祖AG=RTx,1.n(1.r,)=/x,1.n(1.r1)+x,1.n(j2)=8.3I45318(a31.n(2.23610.3)+0.71.n(1.26940.7)=-535.3(711r,)(3)已知=0.437RT据史=以RTRT得=0.437/?T.S(Ge!T).He0.437RF-1.Gt.0.437R:.J(一)=dT(恒P,X)将7J=3I8K,n=333K,Gf=IoT9.8代入上式得任=竺.0437Ki=空-0437x831.451n型T2TtTi318318/

16、.Gf=1075.0(Jin)1.)5-20对于二元液体溶液,其各组元在化学上没有太大的区分.并且具有相差不大的分子体枳时,其超额自由培在定温定压条件下能膨我示成为组成的函数g1.rt=hxix2式中A与X无关,其标准态以1.cwis-Randai1.规则为基础.试导出作为组成函数的In九和In的表达式.解:对组元I,已知=Ar1.X1K1.*其中XI=丛、X2nn.nG_A1.n,一而二w.i1.,.r(nGt/RT)依据In/,=则In/,=Anidin1n=411,(-=4-(1-)Mn,itnI1.或Iny=Ar,(1.-x1.)=Av;同理,对统元2,Iny2=Av:521在470K、4MPaF两气体混合物的逸度系数可用下式表示:1.n=y1.y2(1.+y2)式中以、力为组元1和纲元2的摩尔分率,试求/,及A的表达式,并求出当y1.力=0.5时/,,八各为多少?解:1.n=y1.y2(1.+y2)=(1-y2)y2(+y2)=(1.-y:)y2=.V2-W.In/是Ind的偏摩尔证,依据祓乐法公式得Inj=In。一yi=y2-父-y1.-3y;)=2y;02Z=ytPiZ=4y,v同理In,=1.n当y1.=y2=().5时:f1.=2.56KMPa/,=3.297f

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