化工热力学答案3章.docx

y\5P)T3-1.物质的体积膨胀系数”和等温压缩系数*的定义分别为：腭\Vander Waals状态方程的和k的表达式解：Van der waals 方程 p= V-b V2•粉，得由 Z=f(x,y)的性质(S£\ (dxdx )dPdVdP8Vla RTt_ V3 (V-^)2次、<5rJvRV-b所以2a V3 (v一矿'丝、V{dTRTd_y\~8T)pRV3(y-h)RTV3-2a(V-b)2/?V2(片 >p RTV3-2a(V-b)2\V2(V-b)2JT~ RTV3-2a(V-b)23-2.某理想气体借活塞之助装于钢瓶中，压力为34.45MPa,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△〃、△"、△$、△■、AG、『邙、j pdV、Q 和 w解:理想气体等温过程，△[/=()、AH =0Q=^W=Q=^W=JpdV = pdV = J；导dV = RTln2 =2109.2 J/moiW=-2109.2 J/molST J,理想气体等温膨胀过程dT=O、句、<^T)PR~PdS=-- diPAS = £ dS = d\nP = -R\nP ? = R\n2 =5.763J/(mol-K)AA = AL/ -T △!=・366x5.763=・2109.26 J/(mol・K)AG = AH -TAS = AA =-2109.26 J/(mol・K)TdS = 77\S = AA =-2109.26 J/(mobK)JpdV = pdV = 导= RTln2 =2109.2 j/moi3.3 .试求算Ikmol氮气在压力为10.13MPa、温度为773K下的内能、嬉、炳、Cv . C”和自由嬉之值。

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 + 0.0041877J /(mol ・ K)；(2) 假定在0°C及0.1013 MPa时氮的培为零；(3) 在 298K 及 0.1013 MPa 时氮的炳为 191.76J/(mol・K)3-4.设氯在27°C、0.1 MPaT的培、嫡值为零，试求227°C、10 MPa T氯的培、炳值已知氯在理想气体 状态下的定压摩尔热容为Cj =31.696 + 10.144xl0~3T-4.038xl0-6T2J/(mobK)解：分析热力学过程300K,0.1 MPa真实气体H=0, S=0△H、A5500K,10MPa真实气体-HiR-S,R300K,0.1 MPa理想气体500K,10MPa理想气体查附录二得氯的临界参数为：・・.(1)3OOK、0.1 MPa的真实气体转换为理想气体的剩余培和剩余嫡Tr= T|/ Tc=300/417=0.719Pr= P】/ Pc=0.1/7.701=0.013—利用普维法计算L=417K、Pc=7.701MPa、co=0.073n 4778° = 0.083 — -=—0.6324竺- = 0.6 於;2 "= 1.5 dTt0 172B[ =0.139 — -= -0.5485丁4.21 r= 0.7 宛"2=J。

dTrdBxhr又留园、(dB° dBl )+ 69{dTr dTr J代入数据计算得町=-9\A\J/mol.=-0.2037 J/( mol • K)⑵理想气体由300K、0.1 MPa到500K、lOMPa过程的治变和嫡变= J；31.696 +10.144 x 10-3 T - 4.038 x 10* T2dT=7.02kJ/mol&dT - R\n% = f50°31.696/T + 10.144xl0-3-4.038x10^77/7-7? In —4 TPx J3()o0.1=-20.39 J/( mol • K)(3) 500K、lOMPa的理想气体转换为真实气体的剩余嬉和剩余墙Tr= T2/ Tc=500/417=1.199Pr= P2/ Pc= 10/7.701 = 1.299—利用普维法计算0 4773° = 0.083 — -=—0.2326rrf\.62 r0 4773° = 0.083 — -=—0.2326rrf\.62 r花= 0.67尾勺0.4：0 172Bl =0.139—-=—0.058743 = 05= 0.2hr 又RTCsRHr()Hr矿-T.741- =。

46(^ = -0.85!卓=-29.由 RTc RTc RTR R R计算得:hJ.377 KJ/mol 哗=・7.635 J/{ mol • K).\H= Hr+ H*=-4.377+8.377=4 KJ/molS= SR+ 龄=・7.635・25.86=・33.5 J/( mol • K)3.8.试估算纯苯由0.1013 MPa、80°C的饱和液体变为1.013 MPa、180°C的饱和蒸汽时该过程的△/、AH 和o己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 cm3/mol； 定压摩尔热容=16.036+ 0.23577J/(mob K)；第二维里系数(IB二-78 -xlO3It、2.4cm3 / mol °(dB°dB'}+ 69顷dTf. J代入数据计算得=-3.41 KJ加o/、S? =_4.768 J/( mol • K)H Rh R:.M =H2-H1=H2=- 1 + '+ 2 =91.41 +7020-3410=3.701 KJ/mol△s = s2.s- s2=- S + 勇1 + S2 =0.2037-20.39-4.768=-24.95 J/( mol • K)3.5.试用普遍化方法计算二氧化碳在473.2K、30 MPa下的嬉与嫡。

己知在相同条件下，二氧化碳处于理 想状态的嬉为8377 J/mol,嫡为・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、co=0.225・.・ T = T/Tc=473.2/304.2= 1.556 Pr= P/ Pc=30/7.376=4.067—利用普压法计算查表，由线性内插法计算得出：解：1.查苯的物性参数：Tc=562.1K、Pc=4.894MPa、=0.2712.求 AV由两项维里方程=1 +1.013x1068.314x106x45378l453、2.4xlO3 =0.85977分析：具体过程饱和液体苯0.1013MPa,AKAZ/?AS饱和蒸汽L013MPa353K, X \ =95.7cm5/niol453KV2, H,, S2饱和蒸汽0.1013MPa, 353K理想气体理想气体理想气体0.1013MPa, 353K0.1013MPa, 453KAS,1.013MPa, 453K3.计算每一过程粉变和炳变(1) 饱和液体(恒T、P汽化)一饱和蒸汽A Hy=30733KJ/Kmol△ Sy= △ Hv/T=30733/353=87.1 KJ/KmolK(2) 饱和蒸汽(353K、0.1013MPa) 一理想气体点(I；、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(3) 理想气体(353K、0.1013MPa)-理想气体(453K、1.013MPa)\Sid\Sid=C2 ^-dT - Rln^-此T 4、+ 0.2357 打一 8.314/〃7_「453, 16.036J3531.0130.1013453=16.036/n—+ 0.2357(453 — 353)-19.1= KJ/Kmol^K(4)理想气体(453K、1.013MPa) 一真实气体(453K、1.013MPa)点(T『、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4 .求3-10. 一容器内的液体水和蒸汽在IMPa压力下处于平衡状态，质量为1kg假如容器内液体和蒸汽各占一 半体积，试求容器内的液体水和蒸汽的总恰解：查按压力排列的饱和水蒸汽表，IMPa时，根据题意液体和蒸汽各占一半体积，设干度为x 则 解之得: 所以3.13.试采用RK方程求算在227笆、5 MPa下气相正丁烷的剩余培和剩余炳解：查附录得正丁烷的临界参数：Tc=425.2K、Pc=3.800MPa、3=0.1935x 1 M.3质50叩529.。

4V-8.06 rt) 5OO.f^/(V+ 8X)6-• 4 ⑦ 7 « =42748 牛普=29.0皿• E .虹3.8 xlO6b = 0.08664 竺 =0.08664 8314x425,2 = 8.06 x 10_5m3 - mol'1试差求得：V=5.61xl04m3/molM3M31-0.1438-3.8740.1438 \U + 0.1438J=0.681HR z—l—官RT hRT[5ln"+'I y)A=Z-1-1.5 有 ln(l+ /z) = -1.0997Hr = -1.0997 X 8.314 x 500.15 = -4573J / moljP(E)_ 二-R RT 2hRT[5In [1 +] = —0.809I VJSR = -0.809 x 8.314 = -6.726刀(mob K)3-14.假设二氧化碳服从RK状态方程，试计算50°C、10.13 MPa时二氧化碳的逸度解：查附录得二氧化碳的临界参数：、Pc=7.376MPaa = 0.42748 也]=0.42748竺兰迎M = 6.466 IRx • m6 • K0 5 • mor2 P7.376 xlO6b = °°8664f = Of’岑湾=29.71 x 10"虹又尸=又尸=RT aV-b~ T()5V(V + b)B b" 29.71 xl0_6x 8.314 x 323.1515 一'50611-0.1007-4.5060.1007、1+0.1007,=0.69975“ “66.4661•• • x _ V-29.71XIO-6 _ 323.150'5V(V + 29.71 xIO-6)迭代求得：V=294.9cm3/mol/7 =。

翌11 = 0.1007V 294.96.466A a・・・ln/ = Z— P 1』(V_ »——」n+沮=—0二PRT bM [#..•户4.869MPa3.15.试计算液态水在30°C下，压力分别为(a)饱和蒸汽压、(b) 100xl05Pa下的逸度和逸度系数已知: (1)水在30C时饱和蒸汽压/=0. 0424x105Pa； (2) 30°C, 0~100xl05Pa范围内将液态水的摩尔体积视为 常数，其值为0.01809m3/kmol； (3) lxlO5Pa以下的水。