化工热力学第三版答案朱自强.docx

1、化工热力学第三版答案朱自强化工热力学第三版答案朱自强【篇一：化工热力学(第三版)第3章答案】习题解答集 朱自强、吴有庭、李勉编著 前言 理论联系实际是工程科学的核心。化工热力学素以概念抽象、难懂而深深印在学生的脑 海之中。特别使他们感到困惑的是难以和实际问题进行联系。为了学以致用，除选好教科书中的例题之外，很重要的是习题的安排。凭借习题来加深和印证基本概念的理解和运用，补充原书中某些理论的推导，更主要的是使学生在完成习题时能在理论联系实际的锻炼上跨出重要的一步。化工热力学（第三版）的习题就是用这样的指导思想来安排和编写的。 化工热力学自出版以来，深受国内同行和学生的关注和欢迎，但认为习题有一定

2、的难度，希望有一本习题集问世，帮助初学者更有效地掌握基本概念，并提高分析问题和解决问题的能力。为此我们应出版社的要求把该书第三版的习题解撰并付印，以飨读者。 在编写过程中除详尽地进行习题解答外，还对部分习题列出了不同的解题方法，便于读者进一步扩大思路，增加灵活程度；对部分有较大难度的习题前加上“*”号，如果教学时间较少，可以暂时不做，但对能力较强的学生和研究生也不妨一试。使用本题解的学生，应该先对习题尽量多加思考，在自学和独自完成解题的基础上加以利用和印证，否则将与出版此书的初衷有悖。 参加本习题题解编写的人员是浙江大学化工系的朱自强教授、南京大学化工系的吴有庭教授、以及李勉博士等，浙江大学的

3、林东强教授、谢荣锦老师等也对本习题编写提供了有益的帮助。在此深表感谢。由于编写时间仓促，有些地方考虑不周，习题题解的写作方法不善，甚至尚有解题不妥之处，希望读者能不吝赐教，提出宝贵意见，以便再版时予以修改完善。 第二章 流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式 2-1 试分别用下述方法求出400、4.053mpa下甲烷气体的摩尔体积。（1） 理想气体方程；（2） rk方程；（3）pr方程；（4） 维里截断式（2-7）。其中b用pitzer的普遍化关联法计算。 解 （1） 根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积v为 id vid? rt8.314?(400?273.15) ?1

4、.381?10?3m3?mol?1 6p4.053?10 （2） 用rk方程求摩尔体积 将rk方程稍加变形，可写为 v? 其中 rta(v?b) ?b?0.5 ptpv(v?b) （e1） 0.42748r2tc2.5 a? pcb? 0.08664rtc pc 从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为tc=190.6k, pc =4.60mpa，将它们代入a, b表达式得 0.42748?8.3142?190.62.5a?3.2217m6?pa?mol-2?k0.5 6 4.60?10b? 0.08664?8.314?190.6?53?1 ?2.9846?10m?mol 6 4.60?10 i

5、d 以理想气体状态方程求得的v为初值，代入式（e1）中迭代求解，第一次迭代得到v1值为 v1? 8.314?673.15?5 ?2.9846?10 4.053?106 3.2217?(1.381?10?3?2.9846?10?5) ?0.56?3?3?5 673.15?4.053?10?1.381?10?(1.381?10?2.9846?10) ?1.381?10?3?2.9846?10?5?2.1246?10?5 ?1.3896?10?3m3?mol?1 第二次迭代得v2为 3.2217?(1.3896?10?3?2.9846?10?5) v2?1.381?10?2.9846?10? 673

6、.150.5?4.053?106?1.3896?10?3?(1.3896?10?3?2.9846?10?5) ?3 ?5 ?1.381?10?3?2.9846?10?5?2.1120?10?5?1.3897?10?3m3?mol?1 v1和v2已经相差很小，可终止迭代。故用rk方程求得的摩尔体积近似为 v?1.390?10?3m3?mol?1 （3）用pr方程求摩尔体积 将pr方程稍加变形，可写为 v? rta(v?b) ?b? ppv(v?b)?pb(v?b) （e2） r2tc2 式中a?0.45724? pc b?0.077c rtpc ?0.5?1?(0.3746?41.5?42?26

7、 0.5 0.?2269t?)(1r92 ) 从附表1查得甲烷的?=0.008。 将tc与?代入上式 ?0.5?1?(0.37464?1.54226?0.008?0.26992?0.0082)(1?( ?0.659747 ?0.435266 用pc、tc和?求a和b， 673.150.5 ) 190.6 8.3142?190.626?2 a?0.45724?0.435266?0.10864m?pa?mol 6 4.60?10b?0.07780 8.314?190.6?53?1 ?2.68012?10m?mol 4.60?106 以rk方程求得的v值代入式（e2），同时将a和b的值也代入该式的右

8、边，藉此求式（e2）左边的v值，得 v? 8.314?673.15 ?2.68012?10?5?6 4.053?10 0.10864?(1.390?10?3?2.68012?10?5) 4.053?106?1.390?10?3?(1.390?10?3?2.68012?10?5)?2.68012?10?5?(1.390?10?3?2.68012?10?5) ?1.381?10?3?2.68012?10?5?1.8217?10?5?1.3896?10?3m3?mol?1 再按上法迭代一次，v值仍为1.3896?10m?mol，故最后求得甲烷的摩尔体积近?33?1 似为1.390?10?3 m3 ?

9、mol?1 。 （4）维里截断式求摩尔体积 根据维里截断式（2-7） z?1? bp bpprt?1?crt(r) ctr bpc rt?b0?b1 c b0?0.083?0.422/t1.6r b1?0.139?0.172/t4.2r 其中 ttr? t?673.15?3.5317 c190.6 ppr? p?4.053?0.8811 c4.60 已知甲烷的偏心因子?=0.008，故由式（e4）（e6）可计算得到 b0?0.083?0.422/3.53171.6?0.02696 b1?0.139?0.172/3.53174.2?0.1381 bpc rt?0.02696?0.008?0.13

10、81?0.02806 c 从式（e3）可得 z?1?0.02806? 0.8811 3.5317 ?1.007 因z? pv rt ，故 e3） e4） e5） e6） （【篇二：化工热力学(第三版)第二章答案】习题解答集 朱自强、吴有庭、李勉编著 前言 理论联系实际是工程科学的核心。化工热力学素以概念抽象、难懂而深深印在学生的脑海之中。特别使他们感到困惑的是难以和实际问题进行联系。为了学以致用，除选好教科书中的例题之外，很重要的是习题的安排。凭借习题来加深和印证基本概念的理解和运用，补充原书中某些理论的推导，更主要的是使学生在完成习题时能在理论联系实际的锻炼上跨出重要的一步。化工热力学（第三

11、版）的习题就是用这样的指导思想来安排和编写的。 化工热力学自出版以来，深受国内同行和学生的关注和欢迎，但认为习题有一定的难度，希望有一本习题集问世，帮助初学者更有效地掌握基本概念，并提高分析问题和解决问题的能力。为此我们应出版社的要求把该书第三版的习题解撰并付印，以飨读者。 在编写过程中除详尽地进行习题解答外，还对部分习题列出了不同的解题方法，便于读者进一步扩大思路，增加灵活程度；对部分有较大难度的习题前加上“*”号，如果教学时间较少，可以暂时不做，但对能力较强的学生和研究生也不妨一试。使用本题解的学生，应该先对习题尽量多加思考，在自学和独自完成解题的基础上加以利用和印证，否则将与出版此书的初

12、衷有悖。 参加本习题题解编写的人员是浙江大学化工系的朱自强教授、南京大学化工系的吴有庭教授、以及李勉博士等，浙江大学的林东强教授、谢荣锦老师等也对本习题编写提供了有益的帮助。在此深表感谢。由于编写时间仓促，有些地方考虑不周，习题题解的写作方法不善，甚至尚有解题不妥之处，希望读者能不吝赐教，提出宝贵意见，以便再版时予以修改完善。 第二章 流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式 2-1 试分别用下述方法求出400、4.053mpa下甲烷气体的摩尔体积。（1） 理想气体方程；（2） rk方程；（3）pr方程；（4） 维里截断式（2-7）。其中b用pitzer的普遍化关联法计算。 解 （1） 根据理想

13、气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积vid为 v id ? rtp ? 8.314?(400?273.15) 4.053?10 6 ?1.381?10m?mol ?33?1 （2） 用rk方程求摩尔体积 将rk方程稍加变形，可写为 v? rtp?b? a(v?b)t 0.5 pv(v?b) （e1） 其中 a?b? 0.42748rtc pc 0.08664rtc pc 2 2.5 从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为tc=190.6k, pc =4.60mpa，将它们代入a, b表达式得 a? 0.42748?8.314?190.6 4.60?10 6 22.5 6 ?3.2

14、217m?pa?mol?k ?5 3 ?1 6-20.5 b? 0.08664?8.314?190.6 4.60?10 ?2.9846?10m?mol 以理想气体状态方程求得的v v1? 8.314?673.154.053?10 6 id 为初值，代入式（e1）中迭代求解，第一次迭代得到v1值为 ?5 ?2.9846?10 ?3?3 ? 3.2217?(1.381?10 673.15 ?3 ?2.9846?10)?(1.381?10 ?3 ?5 0.5 ?4.053?10?1.381?10 ?5 6 ?2.9846?10) ?5 ?1.381?10?2.9846?10 ?3 3 ?1 ?2.1

15、246?10 ?5 ?1.3896?10m?mol 第二次迭代得v2为v2?1.381?10?1.381?10 ?3 ?3 ?2.9846?10 ?5 ?5 ? 3.2217?(1.3896?10 673.15 0.5 ?3 ?2.9846?10) ?3 ?5 ?4.053?10?1.3896?10 6?3 ?(1.3896?10?2.9846?10) ?5 ?2.9846?10 ?3 3 ?1 ?2.1120?10 ?5 ?1.3897?10m?mol v1和v2已经相差很小，可终止迭代。故用rk方程求得的摩尔体积近似为 v?1.390?10m?mol ?33?1 （3）用pr方程求摩尔体积

16、 将pr方程稍加变形，可写为 v? rtp?b? a(v?b) pv(v?b)?pb(v?b) rtcpc 2 2 （e2） 式中a?0.45724? b?0.077c pc rt 0.5 ?4?1?(0.3746 1.5?42?26 0?.269t?92 r 20.5 )(1) 从附表1查得甲烷的?=0.008。 将tc与?代入上式 ? 0.5 ?1?(0.37464?1.54226?0.008?0.26992?0.008)(1?( 2 673.15190.6 ) 0.5 ) ?0.659747 ?0.435266 用pc、tc和?求a和b， 8.314?190.64.60?10 6 22

17、a?0.45724 6 ?0.435266?0.10864m?pa?mol ?5 3 ?1 6?2 b?0.07780 8.314?190.64.60?10 ?2.68012?10m?mol 以rk方程求得的v值代入式（e2），同时将a和b的值也代入该式的右边，藉此求式（e2）左边的v值，得 v? 8.314?673.154.053?10 6 6 ?2.68012?10 ?5 ? ?3?5 0.10864?(1.390?10 4.053?10?1.390?10?1.381?10 ?3 ?3 ?2.68012?10) ?5 ?5 ?(1.390?10 ?5 ?3 ?2.68012?10)?2.6

18、8012?10 ?5 ?(1.390?10 ?3 ?2.68012?10) ?5 ?2.68012?10 ?3 3 ?1 ?1.8217?10 ?1.3896?10m?mol再按上法迭代一次，v值仍为1.3896?10?3m3?mol?1，故最后求得甲烷的摩尔体积近似为1.390?10?3m3?mol?1。 （4）维里截断式求摩尔体积 根据维里截断式（2-7） z?1? bprt ?1? bpc rtctr ( pr ) （e3） bpcrtc ?b?b 1 （e4） b?0.083?0.422/trb?0.139?0.172/tr 1 1.6 （e5） （e6） 4.2 其中 tr? ttc

19、ppc ?673.15190.64.0534.60 ?3.5317 pr? ?0.8811 已知甲烷的偏心因子?=0.008，故由式（e4）（e6）可计算得到 b?0.083?0.422/3.5317b?0.139?0.172/3.5317bpcrtc 10 1.6 ?0.02696 ?0.1381 4.2 ?0.02696?0.008?0.1381?0.02806 从式（e3）可得 z?1?0.02806? 0.88113.5317 ?1.007 因z? pvrt ，故 id ?3 ?3 3 ?1 v? zrtp ?zv?1.007?1.381?10?1.391?10m?mol 四种方法计算

20、得到的甲烷气体的摩尔体积分别为1.381?10 1.390?10 ?3 ?3 、1.390?10 ?3 、 和1.391?10 ?3 m?mol 3?1 。其中后三种方法求得的甲烷的摩尔体积基本相等， 且与第一种方法求得的值差异也小，这是由于该物系比较接近理想气体的缘故。【篇三：化工热力学知识点】工热力学是化学工程学科的一个重要分支，是化工类专业学生必修的基础技术课程。 二、教学目的 培养学生运用热力学定律和有关理论知识，初步掌握化学工程设计与研究中获取物性数据；对化工过程中能量和汽液平衡等有关问题进行计算的方法，以及对化工过程进行热力学分析的基本能力，为后续专业课的学习及参加实际工作奠定基础

21、。 三、教学要求 化工热力学是在基本热力学关系基础上，重点讨论能量关系和组成关系。本课程学习需要具备一定背景知识，如高等数学和物理化学等方面的基础知识。采用灵活的课程教学方法，使学生能正确理解基本概念，熟练掌握各种基本公式的应用领域及应用技巧，掌握化学工程设计与研究中求取物性数据与平衡数据的各种方法。以课堂讲解、自学和作业等多种方式进行。 四、教学内容 第一章 绪论 本章学习目的与要求： 了解化工热力学的发展简史、主要内容及研究方法。 第二章 流体的p-v-t关系 本章学习目的与要求： 了解纯物质pvt的有关相图中点、线、面的物理意义，掌握临界点的物理意义及其数学特征；理解理想气体的基本概念和

22、数学表达方法，掌握采用状态方程式计算纯物质pvt性质的方法；了解对比态原理，掌握用三参数对比态原理计算纯物质pvt性质的方法；了解真实气体混合物pvt性质的计算方法。 第一节 纯物质的pvt关系 1. 主要内容： p-v相图，流体。 2. 基本概念和知识点：临界点。3. 能力要求：掌握临界点的物理意义及其数学特征。 第二节 气体的状态方程式 1. 主要内容：理想气体状态方程，维里方程，r-k方程。 2. 基本概念和知识点：理想气体的数学表达方法，维里方程，van der waals方程，r-k方程。 3. 能力要求：掌握采用状态方程式计算纯物质pvt性质的方法。 第三节 对比态原理及其应用 1

23、. 主要内容：三参数对比态原理，普遍化状态方程。 3. 能力要求：了解对比态原理，掌握用三参数对比态原理计算纯物质pvt性质的方法。 第四节 真实气体混合物的pvt关系 1. 主要内容：混合规则，气体混合物的虚拟临界参数，气体混合物的第二维里系数。 2. 基本概念和知识点：气体混合物的虚拟临界参数，气体混合物的第二维里系数。 3. 能力要求：了解真实气体混合物pvt性质的计算方法。 第三章 纯物质（流体）的热力学性质 本章学习目的与要求： 理解maxwell关系式，掌握热力学性质间的基本关系式和用p-v-t推算其他热力学性质的关系式；理解热容和剩余性质的概念，了解蒸发焓与蒸发熵的计算方法，掌握

24、用状态方程和三参数对应态原理计算焓变与熵变的方法；了解热力学性质图、表的制作原理，会使用热力学性质图或表进行计算。 第一节 热力学性质间的关系 1. 主要内容：热力学基本方程，maxwell关系式。 2. 基本概念和知识点：热力学基本方程，maxwell关系式及应用。 3. 能力要求：理解maxwell关系式，掌握热力学性质间的基本关系式和用p-v-t推算其他热力学性质的关系式。 第二节 焓变与熵变的计算 1. 主要内容：热容，理想气体的h、s随t、p的变化，真实气体的h、s随t、p的变化，真实气体焓变与熵变的计算。 2. 基本概念和知识点：热容，剩余性质，真实气体焓变与熵变的计算，蒸发焓与蒸

25、发熵。 3. 能力要求：理解热容和剩余性质的概念，了解蒸发焓与蒸发熵的计算方法，掌握用状态方程和三参数对比态原理计算焓变与熵变的方法。 第三节 纯物质两相系统的热力学性质及热力学图表 1. 主要内容：两相系统的热力学性质，热力学性质图表。 2. 基本概念和知识点：两相系统的热力学性质，热力学性质图表。 3. 能力要求：了解热力学性质图、表的制作原理，会使用热力学性质图或表进行计算。 第四章 均相混合物热力学性质 本章学习目的与要求： 理解化学位的概念，掌握变组成体系的热力学基本方程；理解偏摩尔性质的概念，掌握偏摩尔性质的热力学关系、gibbs-duhem方程及计算方法；理解混合过程性质变化的概

26、念，掌握混合过程性质变化的计算方法；理解逸度和逸度系数的概念，掌握纯物质逸度系数的计算方法，了解混合物组元逸度系数和液体逸度的计算方法；理解理想溶液和标准态的概念，掌握理想溶液混合性质变化的计算方法；理解活度、活度系数和标准态、超额性质的概念，掌握超额gibbs自由能的计算方法；了解正规溶液模型和局部组成型方程，掌握wohl 型方程和wilson方程的计算方法。 第一节 变组成体系的热力学关系 1. 主要内容：变组成体系的热力学关系式。 2. 基本概念和知识点：均相敞开系统的热力学基本关系式，化学位。 3. 能力要求：理解化学位的概念，掌握均相敞开系统的热力学基本关系式。 第二节 偏摩尔性质

27、1. 主要内容：偏摩尔性质，偏摩尔性质的热力学关系，偏摩尔性质的计算，gibbs-duhem方程。 2. 基本概念和知识点：偏摩尔性质，偏摩尔性质的热力学关系，偏摩尔性质的计算，gibbs-duhem方程。 3. 能力要求：理解偏摩尔性质的概念，掌握偏摩尔性质的热力学关系、gibbs-duhem方程及计算方法。 第三节 混合过程性质变化 1. 主要内容：混合过程性质变化，混合过程的焓变化。 2. 基本概念和知识点：混合过程性质变化，混合过程的焓变化。 3. 能力要求：理解混合过程性质变化的概念，掌握混合过程性质变化的计算方法。 第四节 逸度和逸度系数 1. 主要内容：逸度和逸度系数的定义，逸度

28、和逸度系数的计算。 2. 基本概念和知识点：逸度和逸度系数，逸度和逸度系数的计算。 3. 能力要求：理解逸度和逸度系数的概念，掌握纯物质逸度系数的计算方法，了解混合物组元逸度系数和液体逸度的计算方法。 第五节 理想溶液 1. 主要内容：理想溶液，理想溶液的混合性质变化。 2. 基本概念和知识点：理想溶液和标准态，理想溶液的混合性质变化。 3. 能力要求：理解理想溶液和标准态的概念，掌握理想溶液混合性质变化的计算方法。 第六节 活度和活度系数 1. 主要内容：活度和活度系数，活度系数标准态的选择，超额性质。 2. 基本概念和知识点：活度和活度系数，活度系数标准态的选择，超额性质。 3. 能力要求

29、：理解活度、活度系数和标准态、超额性质的概念，掌握超额gibbs自由能的计算方法。 第七节 活度系数模型 1. 主要内容：正规溶液模型，wohl 型方程，局部组成型方程。 2. 基本概念和知识点：正规溶液，wohl 型方程，wilson方程。 3. 能力要求：了解正规溶液模型和局部组成型方程，掌握wohl 型方程和wilson方程的计算方法。 第五章 相平衡 本章学习目的与要求： 理解相平衡判据和相律；掌握用活度系数法表示的汽液平衡计算通式；了解中、低压下二元汽液平衡相图，理解中、低压下泡点和露点的计算过程，掌握低压下汽液平衡的计算方法；了解烃类系统的k值法和闪蒸计算的方法；掌握汽液平衡数据的热力学一致性检验的方法。 第一节 相平衡基础 1. 主要内容：相平衡判据，相律。 2. 基本概念和知识点：相平衡判据，相律。 3. 能力要求：理解相平衡判据和相律。 第二节 互溶系统的汽液平衡关系式 1. 主要内容：状态方程法，活度系数法。 2. 基本概念和知识点：状态方程法，活度系数法。 3. 能力要求：掌握用活度系数法表示的汽液平衡计算通式。 第三节 中低压下汽液平衡 1. 主要内容：中、低压下二元汽液平衡相图，中、低压下泡点和露点的计算，低压下汽液平衡的计算。 2. 基本概念和知识点：中、低压下泡点和露点的计算，低压下汽液平衡的计算，烃类系统的k值法和闪蒸计算。