化工热力学陈钟秀第三版14章答案解析.doc

2-1.使用下述方法计算1kmol甲烷贮存在体积为0.1246m3、温度为50℃的容器中产生的压力：〔1理想气体方程；〔2R-K方程；〔3普遍化关系式解：甲烷的摩尔体积V=0.1246 m3/1kmol=124.6 cm3/mol 查附录二得甲烷的临界参数：Tc=190.6K Pc=4.600MPa Vc=99 cm3/mol ω=0.008(1) 理想气体方程P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa(2) R-K方程∴ =19.04MPa(3) 普遍化关系式＜2∴利用普压法计算,∵∴迭代：令Z0=1→Pr0=4.687 又Tr=1.695,查附录三得：Z0=0.8938 Z1=0.4623=0.8938+0.008×0.4623=0.8975 此时,P=PcPr=4.6×4.687=21.56MPa同理,取Z1=0.8975 依上述过程计算,直至计算出的相邻的两个Z值相差很小,迭代结束,得Z和P的值∴ P=19.22MPa2-2.分别使用理想气体方程和Pitzer普遍化关系式计算510K、2.5MPa正丁烷的摩尔体积已知实验值为1480.7cm3/mol。

解：查附录二得正丁烷的临界参数：Tc=425.2K Pc=3.800MPa Vc=99 cm3/mol ω=0.193〔1理想气体方程V=RT/P=8.314×510/2.5×106=1.696×10-3m3/mol 误差：〔2Pitzer普遍化关系式对比参数：—普维法∴=-0.2326+0.193×0.05874=-0.2213=1-0.2213×0.6579/1.199=0.8786∴PV=ZRT→V= ZRT/P=0.8786×8.314×510/2.5×106=1.49×10-3 m3/mol误差：2-3.生产半水煤气时,煤气发生炉在吹风阶段的某种情况下,76%〔摩尔分数的碳生成二氧化碳,其余的生成一氧化碳试计算：〔1含碳量为81.38%的100kg的焦炭能生成1.1013MPa、303K的吹风气若干立方米？〔2所得吹风气的组成和各气体分压 解：查附录二得混合气中各组分的临界参数：一氧化碳<1>：Tc=132.9K Pc=3.496MPa Vc=93.1 cm3/mol ω=0.049 Zc=0.295二氧化碳<2>：Tc=304.2K Pc=7.376MPa Vc=94.0 cm3/mol ω=0.225 Zc=0.274又y1=0.24,y2=0.76∴<1>由Kay规则计算得：—普维法利用真实气体混合物的第二维里系数法进行计算又∴∴∴→V=0.02486m3/mol∴V总=n V=100×103×81.38%/12×0.02486=168.58m3<2>2-4.将压力为2.03MPa、温度为477K条件下的2.83m3NH3压缩到0.142 m3,若压缩后温度448.6K,则其压力为若干？分别用下述方法计算：〔1Vander Waals方程；〔2Redlich-Kwang方程；〔3Peng-Robinson方程；〔4普遍化关系式。

解：查附录二得NH3的临界参数：Tc=405.6K Pc=11.28MPa Vc=72.5 cm3/mol ω=0.250(1) 求取气体的摩尔体积对于状态Ⅰ：P=2.03 MPa、T=447K、V=2.83 m3—普维法∴→V=1.885×10-3m3/mol∴n=2.83m3/1.885×10-3m3/mol=1501mol对于状态Ⅱ：摩尔体积V=0.142 m3/1501mol=9.458×10-5m3/mol T=448.6K(2) Vander Waals方程(3) Redlich-Kwang方程(4) Peng-Robinson方程∵∴∴(5) 普遍化关系式∵＜2 适用普压法,迭代进行计算,方法同1-1〔32-6.试计算含有30%〔摩尔分数氮气〔1和70%〔摩尔分数正丁烷〔2气体混合物7g,在188℃、6.888MPa条件下的体积已知B11=14cm3/mol,B22=-265cm3/mol,B12=-9.5cm3/mol解：→V<摩尔体积>=4.24×10-4m3/mol假设气体混合物总的摩尔数为n,则0.3n×28+0.7n×58=7→n=0.1429mol∴V= n×V<摩尔体积>=0.1429×4.24×10-4=60.57 cm32-8.试用R-K方程和SRK方程计算273K、101.3MPa下氮的压缩因子。

已知实验值为2.0685解：适用EOS的普遍化形式查附录二得NH3的临界参数：Tc=126.2K Pc=3.394MPa ω=0.04〔1R-K方程的普遍化∴①②①、②两式联立,迭代求解压缩因子Z〔2SRK方程的普遍化∴①②①、②两式联立,迭代求解压缩因子Z第三章3-1. 物质的体积膨胀系数和等温压缩系数的定义分别为：,试导出服从Vander Waals状态方程的和的表达式解：Van der waals 方程由Z=f的性质得 又 所以 故 3-2. 某理想气体借活塞之助装于钢瓶中,压力为34.45MPa,温度为93℃,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、、、、、、、Q和W解：理想气体等温过程,=0、=0∴Q=-W==2109.2 J/mol∴ W=-2109.2 J/mol又 理想气体等温膨胀过程dT=0、∴∴=5.763J/=-366×5.763=-2109.26 J/=-2109.26 J/=-2109.26 J/=2109.2 J/mol3-3. 试求算1kmol氮气在压力为10.13MPa、温度为773K下的内能、焓、熵、、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时氮的与温度的关系为；〔2假定在0℃及0.1013 MPa时氮的焓为零；〔3在298K及0.1013 MPa时氮的熵为191.76J/3-4. 设氯在27℃、0.1 MPa下的焓、熵值为零,试求227℃、10 MPa下氯的焓、熵值已知氯在理想气体状态下的定压摩尔热容为解：分析热力学过程 -H1R H2R -S1R S2R查附录二得氯的临界参数为：Tc=417K、Pc=7.701MPa、ω=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 Tr= T1/ Tc=300/417=0.719 Pr= P1/ Pc=0.1/7.701=0.013—利用普维法计算又 代入数据计算得=-91.41J/mol、=-0.2037 J/< mol·K><2>理想气体由300K、0.1MPa到500K、10MPa过程的焓变和熵变 =7.02kJ/mol=-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/ Tc=500/417=1.199 Pr= P2/ Pc=10/7.701=1.299—利用普维法计算又 代入数据计算得=-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. 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/.解：查附录二得二氧化碳的临界参数为：Tc=304.2K、Pc=7.376MPa、ω=0.225∴ Tr= 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：∴由、计算得：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>3-6.试确定21℃时,1mol乙炔的饱和蒸汽与饱和液体的U、V、H和S的近似值乙炔在0.1013MPa、0℃的理想气体状态的H、S定为零乙炔的正常沸点为-84℃,21℃时的蒸汽压为4.459MPa3-7. 将10kg水在373.15K、0.1013 MPa的恒定压力下汽化,试计算此过程中、、、和之值3-8. 试估算纯苯由0.1013 MPa、80℃的饱和液体变为1.013 MPa、180℃的饱和蒸汽时该过程的、和。

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95.7cm3/mol；定压摩尔热容；第二维里系数解：1.查苯的物性参数：Tc=562.1K、Pc=4.894MPa、ω=0.271 2.求ΔV 由两项维里方程3.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ΔHV=30733KJ/KmolΔSV=ΔHV/T=30733/353=87.1 KJ/Kmol·K〔2饱和蒸汽〔353K、0.1013MPa→理想气体∵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∴∴〔3理想气体〔353K、0.1013MPa→理想气体〔453K、1.013MPa〔4理想气体〔453K、1.013MPa→真实气体〔453K、1.013MPa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∴4.求3-9. 有A和B两个容器,A容器充满饱和液态水,B容器充满饱和蒸气两个容器的体积均为1L,压力都为1MPa如果这两个容器爆炸,试问哪一个容器被破坏的更严重？假定A、B容器内物质做可逆绝热膨胀,快速绝热膨胀到0.1 MPa。

3-10. 一容器内的液体水和蒸汽在1MPa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焓解：查按压力排列的饱和水蒸汽表,1MPa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3-11. 过热蒸汽的状态为533Khe 1.0336MPa,通过喷嘴膨胀,出口压力为0.2067MPa,如果过程为可逆绝热且达到平衡,试问蒸汽在喷嘴出口的状态如何？3-12. 试求算366K、2.026MPa下1mol乙烷的体积、焓、熵与内能设255K、0.1013MPa时乙烷的焓、熵为零已知乙烷在。