《化工热力学》课后知识题目解析.docx

1、化工热力学课后知识题目解析第1章绪言、是否题3.封闭体系中有两个相 ：。在尚未达到平衡时，：两个相都是均相敞开体系；达到平衡时， * 两个相都等价于均相封闭体系。（对）4.理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对）5.理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。）第2章P-V-T关系和状态方程、是否题2.纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。（错。可以通过超临界流体区。）3.当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。（错。若温度也大于临界温度时，则是超临界流体。）4.由于分子间相互作用力的存在，实际气体的摩尔体积一定小于同温同压下的理想气体的摩尔体积，所以，理想

2、气体的压缩因子 Z= 1，实际气体的压缩因子 Z尸） B. 尸） B. ：/：，.77 - ./ - / ： - .，7 :- -.：，.7 : 其中，下标相同的相互作用参数层其艸为丄；下标不同的相互作用参数有 至打在没有实验数据时，近似作零处理。，通常它们值是如何得到？从实验数据拟合得7.简述对应态原理在对比状态下，物质的对比性质表现出较简单的关系。8.偏心因子的定义是=-1-igEli 甘含 胡览厅简单流体）-览肌该溢体）匸丁，其含义是9.正丁烷的偏心因子 =0.193，临界压力P =3.797MPa 则在T = 0.7时的蒸汽压为 v c rirP5 二 = 0 24芳M ial系数B与

3、vdW方程常数a, b之间的关系为四、计算题2.在常压和0C下，冰的熔化热是334.4Jg -1，水和冰的质量体积分别是 1.000和1.091cm 3 g-1,且的饱和蒸汽压和汽化潜热分别为 610.62Pa和2508Jg -1，请由此估计水的三相点数据。解：在温度范围不大的区域内，汽化曲线和熔化曲线均可以作为直线处理。对于熔化曲线，已知曲线上的一点是 273.15K，101325Pa ;并能计算其斜率是已知曲线上的一点是 273.15K，610.62Pa ;也能计算其斜率是汽化曲线方程是mt汀二二解两直线的交点，得三相点的数据是: = 615.09 Tt = 273.1575Pa， K7.

4、用Antoine方程计算正丁烷在50 C时蒸汽压；用PR方计算正丁烷在50 C时饱和汽、液相摩尔体积（用 软件计算）；再用修正的 Rackett方程计算正丁烷在50 C时饱和液相摩尔体积。（液相摩尔体积的实验值 是 106.94cm 3 mol ）。解：查附录得 Antoine 常数：A=6.8146, B=2151.63, C=-36.24临界参数 T =425.4K, P =3.797MPa, w =0.193cc修正的Rackett方程常数：a =0.2726,卩=0.0003由软件计算知 =103.0193cW1 ,厂”二47刃.46丸/删。严利用Rackett方程尸=（%电）宓+夙1

5、 - fg严产=107.0kw3/-18.试计算一个125cm 3的刚性容器，在50 C和18.745MPa的条件下能贮存甲烷多少克（实验值是 17 克）？分别比较理想气体方程、 三参数对应态原理和PR方程的结果（PR方程可以用软件计算）。解：查出 T =190.58K, P =4.604MPa, w =0.011c cm = = 0 872 二幽= 14g利用理想气体状态方程PR方程利用软件计算得PV = nRT RTV - 122.7268c3 / mol = n -1.02 = 然=16.3g五、图示题2试定性画出纯物质的P-V相图，并在图上指出（a）超临界流体，（b）气相，（c）蒸汽，

6、（d）固相，（e） 汽液共存，（f）固液共存，（g ）汽固共存等区域；和（h）汽-液-固三相共存线，（i）TT、TU C. H=U气体符合P=RT/（V-b）的状态方程从V1等温可逆膨胀至V2，则体系的S%（ C。A.B. 0J-3.对于一均相体系,A.零B. CC. RP/CV5.吉氏函数变化与P-V-T关系为：，则的状态应该为（C。因为Gis(T,P)-GislTtP 卜尺耳卜 ErinP)A. T和P下纯理想气体B. T和零压的纯理想气体C. T和单位压力的纯理想气体三、填空题1.状态方程 的偏离焓和偏离熵分别是血迟）7砧）还需要什么性质？邙；其计算式分别是 呢咋用“疔筠出卜刑 ）1-忖

7、卸尺卜恥込）+国临）如（刖-iJJ + f C/dTPi - Jl）+ JCdT弋近禺卜曲広城）-&刖-曲氐用）少出）-曲（近城） p p E p 孚 pjf= -Rln生+尺旳亘+亠丁二一Rin垃+ dT& J T K 了2.由 vdW2方程P=RT/( V-b )- a/V 计算，从仃,P）压缩至（T,P）的焓变为。其中偏离焓是H - ff 證-半-尺H见例竝-4) 。3.对于混合物体系，偏离函数中参考态是与研究态同温同组成的理想气体混合物。四、计算题5试由饱和液体水的性质估算 (a)100 C, 2.5MPa和(b)100 C, 20MPa下水的焓和熵，已知100 C下水的3 -1cm

8、g有关性质如下，护=419 04 Jg-1，刖=1-30(59 J g1K-1cm3 g-1 K-1解：体系有关状态点如图所示(av所要计算的点与已知的饱和点是在同一条等温线上，由-0.00081 cmK-1O.OOOStJP 0 0008( - P5)或 .7= 1 30159- 0.0008(P- 0.101325)得H - 01A5dP = 14P- P5 或 H =419.04 + 0.745P- 0 101325)-1-1 -1当 P=20MPa 时，S= 1.291Jg K ; H=433.86J g7.压力是3MPa的饱和蒸汽置于1000cm 3的容器中，需要导出多少热量方可使一

9、半的蒸汽冷凝 ？（可忽视液体水的体积）解：等容过程，-初态：查P=3MPa的饱和水蒸汽的lcm3g-1 ； 匚时1曰心器i他水的总质量 gU - m 77w - 38766 4 0 5m =7 445则- _ 1 一 J冷凝的水量为 g终态：是汽液共存体系，若不计液体水的体积，则终态的汽相质量体积是 1_ _ cm3g-1，并由此查得= 2594.0, = 840.05 Jmol -1- - ： s.V - - j 移出的热量是、- - 匚；五、图示题2.将下列纯物质经历的过程表示在 P-V , In P-H , T-S图上(a)过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；(b)过冷液体等压加热成过热蒸汽；(

10、c)饱和蒸汽可逆绝热膨胀；(d)饱和液体恒容加热；(e)在临界点进行的恒温膨胀.解：六、证明题分别是压缩系数和膨胀系数，其定义为Y勧和叫融，试证明对于通常状态下的液体,小都是T和P的弱函数，在T，P变化范围不是很大的碍=砲互卜H耳一尺)证明:条件，可以近似处理成常数。证明液体从( T 1? P V1 2另外）变化到（T2，P ）过程中，其体积从 V1变化到2对于液体，厂宀近似常数，故上式从 J 至积分得也浮=尸僞石）好尽R）n想气体状态方程，；二-可以得到7.证明状态方程 表达的流体的（a） C与压力无关；（b）在一个等焓变化过程中，温度是随；：,= ：- P压力的下降而上升。证明:（a）由式

11、3-30 -，并代入状态方程（b）由式3-85得，dT(丽RT RT r - bP F o o) Of8.证明RK方程的偏离性质有肌丁屮）屮七1】又hibRT bPT V札匚戸）一S%7戸）血 0 5a比F+必 RT M715 一 卩证明：将状态RK方程（式2-11 ）分别代入公式3-57和3-52込上血L-i+丄rbarU2RT0.5a V-vb RT 肚严 V第4章非均相封闭体系热力学一、是否题1.偏摩尔体积的定义可表示为3八丽。（错。因对于一个均相敞开系统，n是一个变数，即，/d川：；讥八）2.在一定温度和压力下的理想溶液的组分逸度与其摩尔分数成正比。（对。即._ . . _ 丿-_ +

12、】；（）3.理想气体混合物就是一种理想溶液。（对）4.对于理想溶液，所有的混合过程性质变化均为零。（错。V，H，U，C， CP V的混合过程性质变化等于零，对S, G, A则不等于零）5.对于理想溶液所有的超额性质均为零。（对。因冷 / ）6.理想溶液中所有组分的活度系数为零。（错。理想溶液的活度系数为1）7.体系混合过程的性质变化与该体系相应的超额性质是相同的。（错。同于4）8.对于理想溶液的某一容量性质 M，则（错，同于4）9.理想气体有f=P，而理想溶液有 爪叽（对。因10.温度和压力相同的两种理想气体混合后，则温 度和压力不变，总体积为原来两气体体积之和， 总热力学能为原两气体热力学能

13、之和，总熵为原 来两气体熵之和。（错。总熵不等于原来两气体 的熵之和）11.温度和压力相同的两种纯物质混合成理想溶 液，则混合过程的温度、压力、焓、热力学能、吉氏函数的值不变。（错。吉氏函数的值要发生变化）12.因为GE （或活度系数）模型是温度和组成的函 数，故理论上与压力无关.（错。理论上是T, P,组成的函数。只有对低压下的液体，才近似为T和组成的函数）13.在常温、常压下，将10cm 3的液体水与20cm 3的液体甲醇混合后，其总体积为30 cm3。（错。混合过程的体积变化不等于零，或超额体积（对称归一化的）不等于零）14.纯流体的汽液平衡准则为f v=f 1。（对）15.混合物体系达

14、到汽液平衡时，总是有总体逸度均不一定相等）16.均相混合物的总性质与纯组分性质之间的关系总是有（错。应该用偏摩尔性质来表示）17.对于二元混合物体系，当在某浓度范围内组分2符合Henry规则，则在相同的浓度范围内组分 1符合 Lewis-Randall 规则。（对。）18.二元混合物，当 时， _，,小咕。（对。因为血讥也-叱）19.理想溶液一定符合Lewis-Randall规则和Henry则。（对。）20.符合Lewis-Randall规则或Henry规则的溶液一定是理想溶液。（错，如非理想稀溶液。）21.等温、等压下的N元混合物的Gibbs-Duhem 方的形式之一是22.等温、等压下的二

15、元混合物的 Gibbs-Duhem方 程也可表示成。（对。因为：In K 十巧4In + 七日（in +ln 席）二 In Xi + y； = 0、23.二元溶液的Gibbs-Duhem 方程可以表示成曲1J In drL J簫必，常数）警7厂/ H如（对。在等压或等温条件下， 召朋三常数）从x=0至=1,对二元形式的Gibbs-Duhem 方程x积1 1分）Rr -lnr1+lnZ1即-；（d）V； （e）(7= ta 。（对。对于b，21 = ln/；-ln/24.下列方程式是成立的:(b)，故正确；其余均正确）25.因为,所以宀“。（错，后者错 误，原因同于7）26.二元溶液的Henry

16、常数只与T、P有关，而与组成无关，而多元溶液的Henry常数则与T、P、组 成都系，一门组成已定）1、选择题1.由混合物的逸度的表达式 知，护的状态为（A，$（7：只吗）二警（?；&）+肘InG/旷）因対1）A 系统温度，P=1的纯组分i的理想气体 状态B 系统温度，系统压力的纯组分i的理 想气体状态C系统温度，P=1，的纯组分iD 系统温度，系统压力，系统组成的 温度的理想混合物活度系数是（A）12AiD三、填空题1.二元混合物的焓的表达式为 ；一:，则_ 2 - 2 （由偏摩尔性质的定义求= g ；虽=% + 旳得）2.填表偏摩尔性质（溶液性质(M)In fIn* *关系式（5妙=込殆In

17、為ln i 护网G3/RTri3.有人提出了一定温度下二元液体混合物的偏摩尔体积的模型是其中V , V为1 2纯组分的摩尔体积，a， b为常数，问所提出的模型是否有问题？由 Gibbs-Duhem 方程得，注，a,b不可能是常数，故提出的模型有问题；若模型改为；“，情况又如何？由 Gibbs-Duhem 方稈得， -: 故提出 的模型 有一定的合理性 。4.某二元混合物的中组分的偏摩尔焓可表示为厂，则b与b的关系是。1 25.等温、等压下的二元液体混合物的活度系数之+ x3Jln/3 = 0 间的关系 。6.常温、常压条件下二元液相体系的溶剂组分的活度系数为；（ *是常数），则溶质组分24+3

18、0 2 3的活度系数表达式是:。解：由可由片+兀上In y2 = 0 得dIn匕=九|叱=-旦（2% + 3尿加2 = （2a + 30瓜+ 3徴；収无从- - -至任意的积分，得In - In 1 = j |（2a+ 3Q）兀 +3 住汁心=2a+3 彳 + 曲 2四、计算题3. 298.15K ,若干NaCI( B)溶解于1kg水(A)中形成的溶液的总体积的关系为和NaCl的偏摩尔解:当 mol 时， 18.62cm 3 mol -1且,1010 35cm 3所以,解:7.二元气体混合物的和- 求 。角军. 山屮一-. ； - -.1 / - L 1. .：一：； : - : 18.常压下

19、的三元气体混合物的, 求等摩尔混合物的-（0.2 旳旳 - 0.知 1%/旳 + 0,1 刘 / J旳）同样得In 禺二 0.2+065+0.15In 直=0.3+0.2572 +0.15/J组分逸度分别是同样得h=ln(a)= 10.5059.三元混合物的各组分摩尔分数分别 0.25, 0.3和0.45 ,在6.585MPa和348K下的各组分的逸度系数分别是0.72，0.65和0.91，求混合物的逸解：In 誌=0.251n 0.72 + 0.31n 0.65 + 045ki 0.91-0 254ln/ = hi（p）=ln 6.585 + （-0.254）= 1.631/ = 5.109

20、（MPa）15.已知环己烷（1）苯（2）体系在40 C时的超额吉氏函数是和kPa，求（a）：（b ） ; ； （） i解：（a）由于是川的偏摩尔性质，由偏摩尔性质的定义知同样得到In y2 = 0.458彳（b）fi = 了;珀 w用烦Fi = 24隔丿则 同样得 =加恥爲玫Z = 24一弘# 翊同理由（c ）的计算结果可得丄In Xi = 0 458 -1)Inr； = O.458(J? -1)16.已知苯（1）环己烷（2）液体混合物在303K和1013kPa下的摩尔体积是心 wr（c）L（不对称归一化）。 解：（a）（b）由混合过程性质变化的定义，得氐萨二卩X芮乃冬=卩一两巩咼“心=0)-

21、;V”(皿=0尼=1) =109.4-16,8 -2.64xf-X!(109 4-16.E-2.64)-x3109.4-246码(1 一（c）由对称归一化超额性质的定义知 Vs =矿一旷 =7乞再片由不对称归一化的定义知lini 仮)=92.比肿-w2oZl卩,=linijE)二 1120 牝籾 L所以= V-V =$_ 另松=-2.64(x? - Xj +1)五、图示题1.下图中是二元体系的对称归一化的活度系数与组成的关系部分曲线，请补全两图中的活度系 数随液相组成变化的曲线；指出哪一条曲线是或 :；曲线两端点的含意；体系属于何种偏差。0 1 0 1解，以上虚线是根据活度系数的对称归一化和不对称归一化条件而得 到的。六、证明题1.对于二元体系，证明不同归一化的活度系数之间的关系和-。证明：因为； *或*二 对于二元溶液，仅与T, P有关，由于与浓度无关系的常数，我们取时的极限得到该常数代入上式得 我们也可以取，时的极限来得到该常数，代入上式得zi =片/尸；hi fi)第5章非均相体系热力学性质计算、是否题3.在一定压力下，组成相同的混合物的露点温度和泡点温度不可能相同。（错，在共沸点时相同）4.一定压力下，纯物质的泡点温度和露点温度是相同的，且等于沸点。（对）6.在（1）-（2）的体系的汽液平衡中，若（1 ）是轻