化工熱力學(xué)第二章第三章習(xí)題答案

1、 思考題3-1氣體熱容，熱力學(xué)能和焓與哪些因素有關(guān)？由熱力學(xué)能和溫度兩個狀態(tài)參數(shù)能否確定氣體的狀態(tài)？答：氣體熱容，熱力學(xué)能和焓與溫度壓力有關(guān)，由熱力學(xué)能和溫度兩個狀態(tài)參數(shù)能夠確定氣體的狀態(tài)。3-2理想氣體的內(nèi)能的基準點是以壓力還是溫度或是兩者同時為基準規(guī)定的？答：理想氣體的內(nèi)能的基準點是以溫度為基準規(guī)定的。3-3理想氣體熱容差c-c=R是否也適用于理想氣體混合物？pv答：理想氣體熱容差c-c=R不適用于理想氣體混合物，因為混合物的組成對此有關(guān)。pv3-4熱力學(xué)基本關(guān)系式dH=TdS+Vdp是否只適用于可逆過程？答：否。熱力學(xué)基本關(guān)系式dH=TdS+Vdp不受過程是否可逆的限制3-5有人說：“由

2、于剩余函數(shù)是兩個等溫狀態(tài)的性質(zhì)之差，故不能用剩余函數(shù)來計算性質(zhì)隨著溫度的變化”，這種說法是否正確？答：不正確。剩余函數(shù)是針對于狀態(tài)點而言的；性質(zhì)變化是指一個過程的變化，對應(yīng)有兩個狀態(tài)。3-6水蒸氣定溫過程中，熱力學(xué)內(nèi)能和焓的變化是否為零？答：不是。只有理想氣體在定溫過程中的熱力學(xué)內(nèi)能和焓的變化為零。3-7用不同來源的某純物質(zhì)的蒸氣表或圖查得的焓值或熵值有時相差很多，為什么？能否交叉使用這些圖表求解蒸氣的熱力過程？答：因為做表或圖時選擇的基準可能不一樣，所以用不同來源的某純物質(zhì)的蒸氣表或圖查得的焓值或熵值有時相差很多。不能夠交叉使用這些圖表求解蒸氣的熱力過程。3-8氨蒸氣在進入絕熱透平機前，壓力

3、為2.0MPa,溫度為150C，今要求絕熱透平膨脹機出口液氨不得大于5%，某人提出只要控制出口壓力就可以了。你認為這意見對嗎？為什么？請畫出T-S圖示意說明。答：可以。因為出口狀態(tài)是濕蒸汽，確定了出口的壓力或溫度，其狀態(tài)點也就確定了。3-9很純的液態(tài)水，在大氣壓力下,可以過冷到比0C低得多的溫度。假設(shè)1kg已被冷至-5C的液體?，F(xiàn)在，把一很小的冰晶（質(zhì)量可以忽略）投入此過冷液體內(nèi)作為晶種。如果其后在1.013x105Pa下絕熱地發(fā)生變化，試問：（1）系統(tǒng)的終態(tài)怎樣？（2）過程是否可逆？答：壓力增高，又是絕熱過程，所以是一個壓縮過程（熵增加，若為可逆過程則是等熵過程），故系統(tǒng)的終態(tài)仍是過冷液體。

4、此過程不可逆。3-10A和B兩個容器，A容器充滿飽和液態(tài)水，B容器充滿飽和蒸氣。二個容器的容積均為1000cm3,壓力都為1MPa。如果這兩個容器爆炸，試問哪一個容器被破壞得更嚴重？答：A容器被破壞得更嚴重。因為在壓力、體積相同的情況下，飽和液態(tài)水的總熱力學(xué)能遠遠大于飽和蒸氣。習(xí)題：理想氣體的熵值僅是溫度函數(shù)。純物質(zhì)的Virial系數(shù)，如B,C等僅是溫度和壓力的函數(shù)。純物質(zhì)由蒸汽變成液體，必須經(jīng)歷冷凝的相變過程?；旌蠚怏wVirial方程中B12反映了異種分子間的相互作用，因此B12=0的氣體混合物，必定是理想氣體混合物。純物質(zhì)的三相點隨所處的壓力的不同而改變。由于分子間相互作用力的存在，實際氣

5、體的摩爾體積小于同溫同壓下的理想氣體的摩爾體積。所以，理想氣體的壓縮因子Z=1，實際氣體的壓縮因子Zvl。剩余性質(zhì)計算熱力學(xué)的方便之處在于利用了理想氣體的性質(zhì)。純物質(zhì)的飽和液體的摩爾體積隨溫度的升高而增大，飽和蒸汽的摩爾體積隨溫度的升高而減小。9物質(zhì)的偏心因子3是由蒸汽壓定義的，所以具有壓力的單位。二、填空題T-S圖兩相共存區(qū)的水平線長度代表（），其絕對值與絕對溫度的TOC o 1-5 h z乘積為（）。任何形式的實際氣體狀態(tài)方程，當(dāng)P-0，8時，方程均可以變?yōu)?。正丁烷的偏心因?=0.193，臨界壓力P=3.79MPa,則在T=0.7時的蒸氣壓Cr為MPa。剩余性質(zhì)指的是。5純物質(zhì)的臨界點關(guān)

6、系滿足，。干度是指?；旌弦?guī)則是指。真實氣體混合物的非理想性的原因是;。T溫度下的過熱蒸汽的壓力P該溫度下的飽和蒸汽壓。（大于，等于，小于）Virial系數(shù)的物理意義是，它的數(shù)值通常與有關(guān)。兩三、計算題：1.某容器裝丙烷，其容積Vt=0.5m3，耐壓極限為2.7MPa,處于安全考慮，規(guī)定充進容器的丙烷在400K下，其壓力不得超過耐壓極限的1，試求在該規(guī)定條件2下，充進容器的丙烷為多少千克。已知：丙烷的摩爾質(zhì)量M=0.0441kg.mol-1，TC=369.8K,PC=4.25MPa,s=0.152分析：求充入容器的丙烷的質(zhì)量，知道摩爾數(shù)就可以，容器的容積已知，只要求出充入丙烷的摩爾體積就可以，問

7、題的實質(zhì)是求摩爾體積。解：根據(jù)c3h6的物性求得:T=T=400廣廠369.=1.082P1.35P二二二0.318rP425C使用Virial方程進行計算0.4220.422B0=0.083-*=0.083-.=0.289.0T1.61.0821.6r0.1720.172B1=0.139-7=0.139-7=0.0155T4.21.0824.2rBPc=B0+B1=-0.289+0.152x0.0155=-0.2866RTCBPRTBPCRTC(0318、=1+-0.2866x=0.9158充進氣體的摩爾ZRTT-0.9158x8.314x4001.35x106=2.255x10-3m3.m

8、ol-1I1082丿充進氣體的質(zhì)量為MPVm=nM=Mxt=tZRT0.0441x1.35x0.5x106=9.77kg0.9158x8.314x4002.使用合適的普遍化關(guān)聯(lián)式計算1kmol的丁二烯-1,3從127C,2.53MPa壓縮至277C,12.67MPa時的AH,AS,AV,AUo已知丁二烯-1,3在理想狀態(tài)時的恒壓摩爾熱容為：C=2273%222798103T73.879106T2kJkmo1K1p解：設(shè)計過程如下：(1)127C,2.53MPa下真實氣體轉(zhuǎn)變成理想氣體查表知，-=425匕Pc=4.327MPa,砒952.53=0.5854327400.15T=0.94r425查

9、圖知用普遍化維利系數(shù)法計算。0.422Bo=O.083-=-0.383T1.60.172Bi=0.139-=-0.084T4.2rBc=B0+oB1=-0.383+0.195x(-0.084)=-03994RTcZ=巴=1+BL=1+p(B0+B1)1RTRTTr=1+0.585(-0.383-0.195x0.084)=0.7514094“ZRT0.7514X8.314x400.15I/i2.53x106=9.8813x10-4m3-mol-idB00.675T2.6=0.793rrdB1DTr0.772T5.2=0.996(dB0HR_1_=pRTr(dTrr+wdB1jdTrSR=prdB

10、0+wdTrdB1dTr=1.0414=0.826T)r-1Hr=0.826RT=0.826x8.314x400.15=2748.22kJ-kmol-i11Sr=1.0414x8.314=8.658kJ-kmol-1-k-11AH=02)理想氣體恒溫加壓10(ylAS=Rln=13.39kJkmol-1K-1t333)理想氣體恒溫升溫AH*=f丁2ciddT=22.738x(550.15400.15)+_x222.796x10-3pT1p2x(550-152-400152)一11X73.879X10-6X(550.153-400.153)=16788kJ-kmol-i4)理想氣體轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸崥怏w

11、AS*=f300CdT=22.738xln550.15+222.796x10-3x(550.15-400.15)p273.15T400.15-73.879x10-6x1x(550.152-400.152)=29.4778kJ-kmol-1-K-12T=55045=1.3r425吃67=2.9124327用普遍化壓縮因子法計算，Z0=0.64查圖可知Z1=0.2竺0=-2.1RTc(HR)=-o.5RTc竺0=-1.2-R-(SR)=-0.45Z=Z0+oZ1=0.64+0.195X2=1.42ZRT1.42x8.314x550.15V=5.126x10-4m3-mol-1p12.67x106竺

12、=少0+.凹=-2.198RTRTRTSR2=12+0.195X(0.45)=1.288R:.Hr=2.198x8.314x425=7766.5kJ-kmol-i2Sr=1.288x8.314=10.708kJkmol-1K-12故AV=VV=(51299.8813)x10-4=4.7553m3mol-121AH=Hr+AHid+AHid+(Hr)=11769.7kJkmol-11Tp2AS=Sr+ASid+ASid+(-Sr)=14.0378kJ-kmol-1K-11Tp2AU=AHA(pV)=11769.7(12.67x106x5.126x1042.53x106x9.8813x104)=7

13、775.03kJkmol-13.計算氨的熱力學(xué)性質(zhì)時，通常把0C飽和液氨的焓規(guī)定為418.6kJkg-1,此時的飽和蒸氣壓為0.43MPa，汽化熱為21432kJkmol-1，飽和液氨的熵為4.186kJkg-1K1,試由此基準態(tài)數(shù)據(jù)求：(1)1.013MPa，300K氣氨的焓和熵；(2)30.4MPa，500K氣氨的焓和熵。解：(1)設(shè)計過程如下：300K理想氣氨300K1.013273.150.43M氣氨273.150.43M273.1530.43MPa飽和液理想氣氨Pa氣氨273K，0.43MPa下液氨汽化AH二21432kJkmol-iVAS=78.462kJ-kmol-iK-iV27

14、3K，0.43MPa下真實氣體轉(zhuǎn)變成理想氣體查表知，T=405.6K,P=11.28MPa,e=0250cc273.15405.6=0.6730.43=0.0381查圖知用普遍化維利系數(shù)法計算。0.422B0=0.083-=-0.712T1.6r0.172B1=0.139-=-0.769T4.2rdB0=0-675=189drrTr2.6dB10.772=5.66dTrT5.2rHR1_RTrrdB0dTrB0)+wT丿r廠dB1jdTr=-0.119SR1RdB01+wrdTrdB1dTr=-0.126故Hr=-0.119xRT=-0.119x8.314x405.6=-401.287kJkm

15、ol-11CSr=0.126xR=0.126x8.314=1.048kJ-kmol-ik1273K，0.43MPa下理想氣體變化為300K，1.013MPa的理想氣體查表已知Cid=25.33+0.03494T0.1392x10-5T20.2402x10-8T3pAHid=T2CiddT300(25.33+0.0349V0.1392x10-5720.2402x10-873)dTPPPT1P273.151=884.37kJ.kmol1ASidP300273.15id_dTRIn=3.827kJ.kmol1.K1300K，1.013MPa的理想氣體變化為300K，1.013MPa的真實氣體Tr=3

16、00405.6=0.740013Pr=0.089828查圖知用普遍化維利系數(shù)法計算。0.422B0=0.083二_=0.6Tr1.60.172B=0.139=0.47Tr4TTOC o 1-5 h zdB00.6750.675=1.477dFT2T0.742.6rrdB0.7220.722=3.456dTrT5.20.745.2HrrtcrrrdB0B0dB1B1()+(-dTTdTTrrrr=0.898x0.74x(1.477+0.25x13.456+=0.219SR2R=-PrdB0dB1+wdTdTrr=-0.898x（1.477+0.25x3.456）=-0.210Hr=-0.219x

17、8.314x405.6=-738.5kJkmol-i2SR=-0.210 x8.314=-1.746kJkmol-1K-12H=418.6x17=7116.2kJkmol-1又因0S=4.186x17=71.162kJkmol-1K-10H=H0+CHr1L（Hr2）+汽+沁=28292-79kJkmo1-1S=S0+（SR1）+GR2）+巴+ASid=143.04kJ.kmol-1.K-1同理可求出30.4MPa,500K氣氨的焓和熵。過程和的結(jié)果與上述相同過程的焓變和熵變?yōu)椋篈Hid=8726.74kJ.kmol-1PASid=-12.37kJ.kmol-1.K-1P過程的焓變和熵變計算如

18、下為：500405.6=1.2330.4Pr-11.28=2.7查圖用普遍化壓縮因子法。查圖可知(HR)0=2.9，(HR)=1.1RTc，RTc(Sr)0_1.7(SR)=1.2RR(HR)2=(HR)0+w(HR)=-3.175RTcRTcRTcSR亠=1.7+0.25x(1.2)=2RHr=3.715x8.314x405.6=10706.6k2Sr=2x8.314=16.628kJkmol-1K-12R)+AH+AHid2V+ASid=121.67kJ.kmol-1.K-1U,H,S。設(shè)飽和液態(tài)的丁烯-1在273K解：T=竺=1.14r1420p=竺=1.71r1402故=26969.1

19、8kJ.kmol1S=S0+(SR1)+(SR2)+ASV4.求丁烯-1在477.4K和6.89MPa的條件下的V,時的H,S為零。已知:T=420Kp=4.02MPaw=0.187T=267KCCb理想氣體狀態(tài)時=16.363+263.082x10-3T82.117x10-6T2kJ-kmol-1K-1用普遍化壓縮因子法查圖得：z=z0zi=0.477+0.187x0.136=0.5026.89V=絲=.502x8314x4774=289cm3mol-1pps=1.27x105Pa查得T=273.15K時，Hs273.15K0.127MP飽和氣I4774K6.89MP;真實氣體27315K0

20、.127M*飽和液273.15K0.127MPa理想氣4774K6.89MPa理想氣體273.15K飽和液體丁烯-1的汽化AH二21754kJ-kmol-1ASVAHk=217354=79.68kJkmol-1K-1T273273.15K，0.127MPa的真實氣體轉(zhuǎn)變?yōu)?73.15K，0.127MPa的理想氣體Tr2益0.65Pr2-監(jiān)=用普遍化壓縮因子法：HR(dB0B0)(dB1B1)TOC o 1-5 h z1pT()+w()RTrrdTTdTTcrrrr0.0316x0.65x(0.06+0.756)+0.187x(16.73+0.904)0.0872dB1)dT)rSRdB0 HYPERLINK l bookmark190 1=P(+wRrdTr=0.0316x(2.06+0.187x6.73)=0.1049HR0.0872RT0.0872x8.314x4201c305.5kJkm