(完整)化工热力学答案(第三版).doc
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（完整）化工热力学答案（第三版）
化工热力学课后答案（第三版）陈钟秀编著
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；
（2）R-K方程；（3）普遍化关系式。
解:
甲烷的摩尔体积V=0。
1246m3/1kmol=124.6cm3/mol
查附录二得甲烷的临界参数：
Tc=190。
6KPc=4.600MPaVc=99cm3/molω=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=0.8938Z1=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。
22MPa
2-2.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=425.2KPc=3。
800MPaVc=99cm3/molω=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：
（2）Pitzer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=1.49×10-3m3/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。
9KPc=3。
496MPaVc=93.1cm3/molω=0。
049Zc=0.295
二氧化碳
（2）:
Tc=304.2KPc=7。
376MPaVc=94.0cm3/molω=0。
225Zc=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=nV=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0.142m3，若压缩后温度448.6K,则其压力为若干？
分别用下述方法计算：
（1）VanderWaals方程；
（2）Redlich-Kwang方程；（3）Peng-Robinson方程；（4）普遍化关系式.
解：
查附录二得NH3的临界参数：
Tc=405.6KPc=11。
28MPaVc=72。
5cm3/molω=0。
250
（1）求取气体的摩尔体积
对于状态Ⅰ：
P=2。
03MPa、T=447K、V=2。
83m3
—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=0.142m3/1501mol=9。
458×10-5m3/molT=448。
6K
（2）VanderWaals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（3）
2-6.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=60.57cm3
2—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。
2KPc=3。
394MPaω=0.04
（1）R-K方程的普遍化
∴①
②
①、②两式联立，迭代求解压缩因子Z
（2）SRK方程的普遍化
∴①
②
①、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VanderWaals状态方程的和的表达式.
解：
Vanderwaals方程
由Z=f（x,y）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3.45MPa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==2109.2J/mol
∴W=-2109.2J/mol
又理想气体等温膨胀过程dT=0、
∴
∴=5。
763J/（mol·K）
=—366×5。
763=—2109.26J/（mol·K）
=—2109。
26J/（mol·K）
=—2109。
26J/（mol·K）
=2109.2J/mol
3—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。
1013MPa时氮的与温度的关系为；
（2）假定在0℃及0.1013MPa时氮的焓为零；
（3）在298K及0.1013MPa时氮的熵为191.76J/（mol·K）。
解：
（1）熵值的计算
对于理想气体：
（2）焓值的计算
（3）其他热力学性质计算
3-4.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定压摩尔热容为
解：
分析热力学过程
-H1RH2R
-S1RS2R
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。
719Pr=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。
2037J/（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。
39J/（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。
199Pr=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。
768J/（mol·K）
∴=H2—H1=H2=-++=91.41+7020—3410=3.701KJ/mol
=S2-S1=S2=-++=0.2037-20.39-4.768=-24。
95J/（mol·K）
3—5.试用普遍化方法计算二氧化碳在473。
2K、30MPa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8377J/mol,熵为-25.86J/（mol·K）。
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。
556Pr=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=—4.377KJ/molSR=—7。
635J/（mol·K）
∴H=HR+Hig=-4。
377+8。
377=4KJ/mol
S=SR+Sig=-7.635-25.86=—33。
5J/（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。
459MPa.
3-7.将10kg水在373.15K、0.1013MPa的恒定压力下汽化，试计算此过程中、、、和之值。
解法一：
查表U,kJ/kg；H,kJ/kg；S，kJ/kg/K
饱和液体Uf
饱和蒸汽
Ug
饱和液体
Hf
饱和蒸汽
Hg
饱和液体
Sf
饱和蒸汽
Sg
418.94
2506.5
419.04
2676.1
1。
3069
7。
3549
△U=m（Ug－Uf）=20875。
6kJ
△H=m（Hg－Hf）=26570。
6kJ
△S=m（Sg－Sf）=60。
48kJ/k
解法二
思路:
查出水的汽化潜热Hfg,根据热力学基本关系式依次求出△H，△S，△A，△U，△G
•热力学基本关系式：
T,p不变,V变
dH=TdS+Vdp=TdS
dA=－SdT－pdV=－pdV
dU=TdS－pdV
dG=－SdT+Vdp=0
dH=TdS+Vdp
dA=－SdT－pdV
dU
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