化工热力学答案第三版.docx

1、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=0.1246 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 =0.008(1) 理想气体方程P=RT/V=8.314323.15/124.610-6=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=1Pr

2、0=4.687 又Tr=1.695，查附录三得：Z0=0.8938 Z1=0.4623 =0.8938+0.0080.4623=0.8975 此时，P=PcPr=4.64.687=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 =0.193（1）理想气体方程V=R

3、T/P=8.314510/2.5106=1.69610-3m3/mol 误差：（2）Pitzer普遍化关系式对比参数： 普维法 =-0.2326+0.1930.05874=-0.2213=1-0.22130.6579/1.199=0.8786 PV=ZRTV= ZRT/P=0.87868.314510/2.5106=1.4910-3 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

4、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 =0.049 Zc=0.295二氧化碳(2)：Tc=304.2K Pc=7.376MPa Vc=94.0 cm3/mol =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/molV总=n V=10010381.38%/120.02486=168.58m3(2) 2-4.将压力为2.03MPa、温度为477K条件下的2.83m3NH3压缩到

5、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：（1）Vander Waals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=405.6K Pc=11.28MPa Vc=72.5 cm3/mol =0.250(1) 求取气体的摩尔体积对于状态：P=2.03 MPa、T=447K、V=2.83 m3 普维法V=1.88510-3m3/moln=2.83m3/1.88510-3m3/mol=1501mol对于状态：摩尔体积V=0.142 m3/1501mol=9.45810-

6、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（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)=4.2410-4m3/mol假设气体混合物总的摩尔数为n，则0.3n28+0.7n58=7n=0.1429molV= nV(摩尔体积

7、)=0.14294.2410-4=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 =0.04（1）R-K方程的普遍化 、两式联立，迭代求解压缩因子Z（2）SRK方程的普遍化 、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(x,y)的性质得 又 所以 故 3-2. 某理想气体

8、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/(molK) =-3665.763=-2109.26 J/(molK)=-2109.26 J/(molK)=-2109.26 J/(molK)=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

9、。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/(molK)。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、=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

10、/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/( molK)(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/( molK)(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/( molK)=H2-H1= H2=-+=91.41+7020-3410=3.701KJ/mol=

11、 S2-S1= S2=-+=0.2037-20.39-4.768=-24.95 J/( molK)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/(molK).解：查附录二得二氧化碳的临界参数为：Tc=304.2K、Pc=7.376MPa、=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/( molK

12、)H= HR+ Hig=-4.377+8.377=4 KJ/molS= SR+ Sig=-7.635-25.86=-33.5 J/( molK)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、0.1013 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

13、 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；第二维里系数。解：1.查苯的物性参数：Tc=562.1K、Pc=4.894MPa、=0.271 2.求V 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 HV=30733KJ/KmolSV=HV/T=30733/353=87.1 KJ/KmolK（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、1.01

14、3MPa） （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？