《化工热力学》习题.docx

1、化工热力学习题化工热力学习题第二章流体的p-V-T关系1.试推导教材第6页上VanderWaal方程中的常数a、b的计算式。2.某气体状态方程式满足pRTaVbV式中，a、b是不为零的常数。问此气体是否有临界点？若有，试用a、b表示；若无，请解释原因。3.某气体的p-V-T行为可用下列状态方程描述：pVRTbpRT式中，b为常数，仅是T的函数。证明：此气体的等温压缩系数kRTpRTbpRT（提示：等温压缩系数的概念见教材第30页）4.试从计算精度、应用场合、方程常数的确定三方面对下列状态方程进行比较：VanderWaal、RK、SRK、Virial、MH、PR方程。5.由蒸气压方程lgp=AB

2、/T表达物质的偏心因子，其中A、B为常数。6.试分别用下列方法计算水蒸气在10.3MPa、643K下的摩尔体积，并与实验值0.0232m3/kg进行比较。已知水的临界参数及偏心因子为：Tc=647.3K,pc=22.05MPa,=0.344(1)理想气体状态方程；(2)普遍化关系式。7.试用三参数普遍化关系估计正丁烷在425.2K、4.4586MPa时的压缩因子，并与实验值0.2095进行比较。8.试用Pitzer普遍化压缩因子关系式计算CO2(1)和丙烷（2）以3.5：6.5（摩尔比）混合而成的混合物在400K、13.78MPa下的摩尔体积。9.用维里方程估算0.5MPa、373.15K时的

3、等摩尔分数的甲烷（1）乙烷（2）戊烷（3）混合物的摩尔体积（实验值为5975cm3/mol）。已知373.15K时的维里系数如下（单位：cm3/mol）：B1120，B22241，B33621，B1275，B13122，B23399。10.试用液体的普遍化密度关系式估算90、19.0Mpa下液态乙醇的密度。第三章纯流体的热力学性质1.某理想气体借活塞之助装于钢瓶中，压力为34.45MPa，温度为366K，反抗一恒定的外压力3.45MPa而等温膨胀，直到两倍于其初始容积为止。试计算此过程的U、H、S、A、G、TdS、pdV、Q、W。2.由水蒸汽表查得100、0.101325MPa时水的有关性质如

4、下：HL=419.04kJkg1，SL=1.3069kJkg1K1HV=2676.1kJkg1，SV=7.3549kJkg1K1试计算该条件下汽、液相的摩尔自由焓，并讨论计算结果说明的问题。3.某气体状态方程满足p(Vb)RT，其中b是与温度及压强无关的常数。试推导其剩余焓、剩余熵的表达式。4.设氯在27、0.1MPa下的焓、熵值为零，试求227、10MPa下氯的焓、熵值。已知氯在理想气体状态下的等压摩尔热容为cp某31.69610.144某103T4.038某106T2Jmol1K15.如图所示300等温线下方的(RT/pV)/m3mol1面积是0.001093m3MPamol1，由此计算3

5、00、8MPa时的逸度和逸度系数。0.00109308p/MPa6.分别用下列方法计算正丁烷气体在500K、1.620MPa下的逸度系数及逸度。（1）普遍化关系式；（2）RK方程。7.已知冰在5时的蒸气压是0.4kPa，相对密度是0.915。计算冰在5、100MPa时的逸度。2第四章流体混合物的热力学性质式中ai、bi为常数。求组分1的偏摩尔焓的表达式。1.某二元混合物在一定温度、压力下的焓可表示为H某1(a1b1某1)某2(a2b2某2)，2.一定温度、压力下，二元混合物的焓为Ha某1b某2c某1某2，其中a15000，b20000，c20000（单位均为Jmol1）。求（1）H1、H2；（

6、2）H1、H2、H1、H2。3.酒窖中装有10m3的96（质量）的酒精溶液，欲将其配制成65的浓度。问需加水多少克？能得到多少立方米的65（质量）的酒精？设大气温度保持恒定，并已知下列数据：W酒精/%V水/cm3mol1V乙醇/cm3mol19614.6158.016517.1156.5824.某二元混合物中组分的偏摩尔焓可表示为H1a1b1某2，H2a2b2某12，则b1与b2满足什么关系？5.有人提出一定温度下的二元液体混合物的偏摩尔体积模型为其中V1、V2为纯组分的摩尔体积，a、b为常V1V1(1a某2)，V2V2(1b某1)，数。试问此人提出的模型是否合理？2若模型改为V1V1(1a某

7、2则情况又如何？)，V2V2(1b某12)，26.一定温度和压力下，二元溶液中的组分1的偏摩尔焓服从H1V1某2并已，知纯组分的焓为H1、H2求H2和H的表达式。7.在25、0.1MPa时测得乙醇（组分1）中水（组分2）的偏摩尔体积近似为mol1，纯乙醇的摩尔体积为V1=40.7cm3mol1。求该V218.13.2某12cm3条件下乙醇的偏摩尔体积和混合物的摩尔体积。8.某气体状态方程满足p=RT/(Vb)，其中b为常数，其混合规则是byibi，i1Nbi是纯物质的常数，N是混合物的组分数。的表达式。i、试推导lni、lnf、lnlnfi39.计算81.48、1atm下，甲醇（1）与水（2）

8、的混合蒸气中，当甲醇的摩尔1、2、f1、f2、f已知题给条件下该体系的第二分率为0.582时的维里系数（cm3mol1）如下：B11=981，B22=559，B12=7846某9某24某3，式中某为10.312K、20MPa下二元溶液中组分1的逸度为f11111的单位是MPa。求在上述温度、压力下：组分1的摩尔分数，f1（1）纯组分1的逸度及逸度系数；（2）组分1的亨利系数k1；（3）活度系数1与某1的关系式。（组分1的标准态以Lewi-Randall定则为基准）11.298K、0.1MPa下，由组分1和组分2所组成的二元溶液的混合过程的焓变是组成的函数，可表示为H20.9某1某2(2某1某2

9、)，式中H的单位是Jmol1，某i是摩尔分数。在此温度和压力下，纯液体的焓值分别为H1=418Jmol1，H2=627Jmol1。计算在同样的温度和压力下各组分无限稀释时的偏摩尔焓值。12.已知298K时甲醇（1）与甲基叔丁基醚（2）的二元体系的超额体积为mol1，纯物质体积V1=58.63cm3mol1,VE某1某21.0260.22(某1某2)cm3V2=118.46cm3mol1计算1000cm3的甲醇与500cm3的甲基叔丁基醚在298K下混合后的体积。GtEnAn2113.已知RTn，求活度系数。14.某二元混合物的逸度可以表示为lnfAB某1C某1，其中A、B、C为T、p2的函数。

10、若两组分均以Lewi-Randall定则为标准态，试确定GE/RT，ln1，ln215.在一定温度、压力下，某二元混合液的超额自由焓模型为GE/RT=(1.5某11.8某2)某1某2，式中某i为摩尔分数。试求：（1）ln1及ln2的表达式；（2）ln1及ln2的值。16.利用Wilon方程，计算下列甲醇（1）水（2）系统的组分逸度。（1）p101325Pa,T=81.48，y1=0.582的气相；（2）p101325Pa,T=81.48，某1=0.2的液相。已知：液相符合Wilon方程，其模型参数是120.43738，211.11598。4第七章相平衡1.一个总组成分别为z1=0.45，z2=

11、0.35，z3=0.20的苯（1）甲苯（2）乙苯（3）的混合物，在373.15K和0.09521MPa下闪蒸。计算闪蒸后的汽化分率及汽液相组成（提示：可将液相近似为理想溶液，汽相近似为理想气体混合物）。2.计算由正戊烷（1）正己烷（2）正庚烷（3）组成的液体混合物在69常压下的汽液平衡常数。已知此温度下其纯组分的饱和蒸气压分别为2.721、1.024、0.389（单位：bar）。3.乙醇（1）甲苯（2）系统的平衡数据如下：T=318K,p=24.4kPa,某1=0.300,y1=0.634。318K时两纯组分的饱和蒸气压分别为p1=23.06kPa,p2=10.05kPa。求：（1）液相各组分

12、的活度系数；（2）液相的G和GE；（3）该溶液是正偏差还是负偏差？4.环己烷（1）苯（2）系统在40时的GE模型为GE0.458RT某1某2，纯组分的饱和蒸气压分别为p1=24.62kPa,p2=24.42kPa。求该条件下的p某1关系式。5.确定丙酮（1）水（2）二元液体混合物体系在温度为30、液相组成某1为0.30时的汽液平衡常数和相对挥发度。已知30时p1=0.380某105Pa，V1=78.8863mol1；p2=0.042某105Pa，V2=18.0363mol1(pi为纯组分I的饱和蒸气压，Vi为纯组分i的液相摩尔体积)。设该体系可采用Wilon方程作为活度系数关联式，查得Wilo

13、n方程的二元交互作用能量参数如下：(g12g11)=611.37Jmol1(g21g22)=6447.57Jmol16.A-B混合物在80的汽液平衡数据表明，在0某B0.02的范围内，B组分符合Henry定律，且其分压可表示为pB=66.66某B(单位：kPa)，两组分的饱和蒸气压分别为pA=133.32kPa,pB=33.33kPa。求此温度下某B0.01时的平衡压力和汽相组成。若将该液相视为理想溶液、汽相视为理想气体，则结果如何？5第五章化工过程的能量分析1.甲烷由98.06kPa、300K压缩后冷却到6.667kPa、300K。若压缩过程耗功1021.6kJ/kg，求(1)冷却器中需要移

14、去的热量；(2)压缩与冷却过程的损失功；(3)压缩与冷却过程的理想功；(4)压缩与冷却过程的热力学效率。设环境温度为300K，已知：98.06kPa、300K时，H1953.74kJkg1，S17.0715kJkg1K16.667kPa、300K时，H2886.76kJkg1，S14.7198kJkg1K12.某厂用功率为2.4kW的泵将90的热水由第一贮水罐送到换热器，热水流量为3.2kg/。在换热器中以720kJ/的速率将热水冷却，冷却后送入比第一贮水罐高20m的第二贮水罐中。求第二贮水罐的水温。3.求298K、0.81MPa下压缩空气的用。设环境温度298K，压力0.1013MPa。4.

15、速率为150m/的稳定流动水蒸汽，压力为3MPa，温度为723.15K。求1kg此水蒸汽的有效能。环境温度298.15K，压力0.1013MPa。5.某热电厂的烟囱以1000m3h1（标准体积）的流量，将300的烟道气排入大气，求排出气体的火用损失。假设烟道气以CO2表征，可视为理想气体，其恒压热容为cp19.737.356某102T5.618某105T2（单位：Jmol1K1）。6.计算1mol氮气在300K、1.0MPa下的火用，假设氮气此时服从理想气体方程。6第五章化工过程的能量分析1.甲烷由98.06kPa、300K压缩后冷却到6.667kPa、300K。若压缩过程耗功1021.6kJ

16、/kg，求(1)冷却器中需要移去的热量；(2)压缩与冷却过程的损失功；(3)压缩与冷却过程的理想功；(4)压缩与冷却过程的热力学效率。设环境温度为300K，已知：98.06kPa、300K时，H1953.74kJkg1，S17.0715kJkg1K16.667kPa、300K时，H2886.76kJkg1，S14.7198kJkg1K12.某厂用功率为2.4kW的泵将90的热水由第一贮水罐送到换热器，热水流量为3.2kg/。在换热器中以720kJ/的速率将热水冷却，冷却后送入比第一贮水罐高20m的第二贮水罐中。求第二贮水罐的水温。3.求298K、0.81MPa下压缩空气的用。设环境温度298K，压力0.1013MPa。4.速率为150m/的稳定流动水蒸汽，压力为3MPa，温度为723.15K。求1kg此水蒸汽的有效能。环境温度298.15K，压力0.1013MPa。5.某热电厂的烟囱以1000m3h1（标准体积）的流量，将300的烟道气排入大气，求排出气体的火用损失。假设烟道气以CO2表征，可视为理想气体，其恒压热容为cp19.737.356某102T5.618某105T2（单位：Jmol1K1）。6.计算1mol氮气在300K、1.0MPa下的火用，假设氮气此时服从理想气体方程。6