《化工热力学答案(3章)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工热力学答案(3章)（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3-1.物质的体积膨胀系数和等温压缩系数 k的定义分别为:丄丄,k丄丄。试导出服从V T PV P T34.45MPa,温度为93 C,反抗一恒定的外压力3.45 MPa而等温膨胀，直到两倍于其初始容积为止，试计算此过程之U、 H、 S、 A、G、 TdS、Vander Waals状态方程的和k的表达式 解: Van der waals 方程 p 一V b V2由 Z=f(x,y)的性质zx丄1z x得pVT1x yy zV TTpP V又P2aRTpRVTV3V b2TV V b所以2aRTVV b1V32V bT pRVRV3V bT pRTV3 2a V2 b故1VRV2 V bVTp
2、RTV3 2a Vb 2k1VV2 V2bV3P t RTV 2aV2b3-2.某理想气体借活塞之助装于钢瓶中，压力为pdV、Q 和 w。解：理想气体等温过程,U =0、H =0Q=-W= pdVV2RTdVRTl n2 =2109.2 J/molVW=-2109.2 J/mol又 dScpVPdP理想气体等温膨胀过程 dT=0、dSdP PS2dSS|P2R dl n PP1Rln PP2P1Rln2 =5.763J/(mol-K)S =-366 X 5.763-2109.26 J/(mol K)S A =-2109.26 J/(mol K)TdSA =-2109.26 J/(mol K)p
3、dVV2pdV2V1 RTdV RTln 2 =2109.2 J/molV1 V3-3.试求算1kmol氮气在压力为10.13MPa温度为773K下的内能、焓、熵、CV、Cp和自由焓之值。假设氮气服从理想气体定律。已知：(1) 在 0.1013 MPa时氮的 Cp与温度的关系为 Cp 27.22 0.004187TJ/ mol K ；(2) 假定在0C及0.1013 MPa时氮的焓为零；(3) 在 298K 及 0.1013 MPa时氮的熵为 191.76J/(mol K)。3-4.设氯在27C、0.1 MPa下的焓、熵值为零，试求 227C、10 MPa下氯的焓、熵值。已知氯在理想气体状 态
4、下的定压摩尔热容为Cpg 31.696 10.144 10 3T 4.038 10 6T2J/ mol K解：分析热力学过程300K ,0.1 MPa真实气体H=0, S=0-H1R-S1R1 F300K ,.1 MPa理想气体500K ,0 MPa真实气体H2RS2RH1、Si500K ,10 MPa理想气体查附录二得氯的临界参数为:Tc=417K、Pc=7.701MPa、3=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Pr= P1/ Pc=0.1/7.701=0.013 利用普维法计算Tr= T1/ T =300/417=0.7190.422B00.08
5、3T：60.63240.172B10.139Tr4.20.5485hrdB0j十dB1PrBTrB1TrfRTc又cdTrdTr芽 0.675可6 1,592dB 0.722 Tr5.24.014dTrSRf dB0dB1PrRdTrdTrH r代入数据计算得H1 =-91.41J/mol、=-0.2037 J/( mol K)(2) 理想气体由300K、O.IMPa到500K、1OMPa过程的焓变和熵变T250036 2HiT! CpdT 300 31696 10.144 10 T 4.038 10 T dT=7.02kJ/molS1T2C!dT RlnP2T1 TP50030010.144
6、 10 3 4.038 10 6TdTRln100.1=-20.39 J/( 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/ T c=500/417=1.199R= P2/ P c=10/7.701=1.299 利用普维法计算0.083 04220.2326dB00.675 T；60.42110 172B1 139 丁。05874理 0.722 Tr5.20.281dTr P B0 T 型rrRTcdTrB1SRdB0dB1代入数据计算得=-3.41KJ/mol、sR=-4.768 J/( mol K)=H2-H1= H2=H +H1+h2R=9
7、1.41+7020-3410=3.701KJ/molS = S2-S1= S2=-SR +S1+ SR=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、30 MPa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 8377 J/mol，熵为-25.86 J/(mol . K)解：查附录二得二氧化碳的临界参数为：Tc=304.2K、Pc=7.376MPa、沪0.225/Tr= T/ T c=473.2/304.2=1.556Pr= P/ P =30/7.376=4.067 利用普压法计算查表，由线性内插法计算得岀：h
8、R01.741hR10.04662R01sRSR0.8517RR0.296RTcRTchRR0hRhR1SRSR osR 1由RTcRTcRT；、RRR计算得：HR=-4.377 KJ/molS-7.635 J/( mol - K)h= HR+ Hig=-4.377+8.377=4 KJ/molS= 9+ Sg=-7.635-25.86=-33.5 J/( mol K)3-8.试估算纯苯由0.1013 MPa 80C的饱和液体变为1.013 MPa 180C的饱和蒸汽时该过程的V、 H和S。已知纯苯在正常沸点时的汽化潜热为3.733 J/mol;饱和液体在正常沸点下的体积为95.7 cnf/m
9、ol ;定压摩尔热容 Cp 16.036 0.2357TJ/ mol K ；第二维里系数 B=-78 丄 103 2.4 cm3/mol o解：1.查苯的物性参数：Tc=562.1K、Pc=4.894MPa、3=0.2712.求AV由两项维里方程ZRTPV1V2V2PV BP,P2.4c1311 -7810RTRTRTTZ261.013100.85978.3141.0133196.1695.78.3141064534533196.16 cm3 mol3100.5 cm3 mol2.478 1034530.8597RididRH Hv (- H1) H p H t H 2RddRSSv( 3 )
10、S：STdS2分析，具体过程MWH.AS饱和恳汽iJJUMPa4?3K,.日圈t饱和03站只理想Tt*理想气体理好T体圧：453K4S3K3.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Hv=30733KJ/KmolS= AHv/T=30733/353=87.1 KJ/Kmol K（2）饱和蒸汽（353K、0.1013MPa 理想气体T 353TC562.10.628PrPFC0.10134.8940.0207H1R -pT理亘RTcr r dTr Tr-0.0207 0.628=-0.0807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
11、（3-61）、（3-62）计算dB1 B1dTr Tr2.2626 1.28240.271 8.1124 1.7112RHi0398%rJ3Kmo562.1SRD dB0dB1RdTrd-0.0207 2.2626 0.271 8.1124-0.09234RSR -0.09234 8.3140.7677 KJ. Kmol ?K（3）理想气体（353K、0.1013MPa 理想气体（453K、1.013MPQCdT45316.036 0.235T dT35316.036 453 3530.2357 4532 3532211102.31 KJ KmolSidT1T45316.0363531 013
12、0.2357 dT 8.314ln0.10130.2357 453 35319.1453 16.036ln3538.47 KJ. Kmol ? K（4）理想气体（453K、1.013MPa 真实气体（453K、1.013MPa）Tr 空30.806562.11.0134.8940.2070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HR“ dB0B0dB1B1-RRTcdTrTrdTrTr0.2863-0.806 0.2070 1.1826 0.5129 0.271 2.2161-0.3961SRf dB0dB1-RRdTrdTr-0.2070 1.18260.271 2.2161-0.3691HR 1850.73 KJ KmolS；R 3.0687 KJ KmolHvH2403617KJ KmolSv(SiR)Sp?SidS2R93.269 KJ Kmol3-10. 一容器内的液体水和蒸汽在 1MPa压力下处于平衡状态, 半体
