化工热力学_第三版_部分课后答案.pdf

第一章 一 是否题 1 封闭体系中有两个相封闭体系中有两个相 在尚未达到平衡时 在尚未达到平衡时 两个相都是均相敞开体系 达到平衡时 则 两个相都是均相敞开体系 达到平衡时 则 两个相都等价于均相封闭体系 两个相都等价于均相封闭体系 答 对 2 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数 答 错 理想气体的熵和吉氏函数不仅与温度有关 还与压力或摩尔体积有关 3 封闭体系的1mol气体进行了某一过程 其体积总是变化着的 但是初态和终态的体积相等 初态和终 态的温度分别为T1和T2 则该过程的 封闭体系的1mol气体进行了某一过程 其体积总是变化着的 但是初态和终态的体积相等 初态和终 态的温度分别为T1和T2 则该过程的 2 1 T T VdT CU 同样 对于初 终态压力相等的过程有 同样 对于初 终态压力相等的过程有 2 1 T T PdT CH 答 对 状态函数的变化仅决定于初 终态与途径无关 二 填空 1 状态函数的特点是 状态函数的变化与途径无关 仅决定于初 终态 2 封闭体系中 温度是T的 1mol 理想气体从 Pi Vi 等温可逆地膨胀到 Pf Vf 则所做的功为 firev VVRTWln 以V表示 或 ifrev PPRTWln 以P表示 3 封闭体系中的1mol理想气体 已知 ig P C 按下列途径由T1 P1和V1可逆地变化至P2 则 A 等容过程的W 0 Q 1 1 2 1T P P RCig P U 1 1 2 1T P P RCig P H 1 1 2 1T P P C ig P B 等温过程的W 2 1 ln P P RT Q 2 1 ln P P RT U 0 H 0 C绝 热 过 程 的W 1 1 211 ig P C R ig P P P R VPRC Q 0 U 1 1 211 ig P C R ig P P P R VPRC H 1 1 2 1T P P C ig P C R ig P 4 1MPa 10 6Pa 10bar 9 8692atm 7500 62mmHg 5 普适气体常数R 8 314MPa cm 3 mol 1 K 1 83 14bar cm3 mol 1 K 1 8 314 J mol 1 K 1 1 980cal mol 1 K 1 三 计算题 1 解 000722 12ln 999 1999 ln ln ln 1 2 1 2 V V RT bV bV RT W W ig rev EOS rev 2 解 a 等温过程 66 11 294314 8 570005 0 294314 8 570001 1 12 1 11 RT VP RT VP n mol b 绝 热 可 逆 过 程 终 态 的 温 度 要 发 生 变 化18 241 1 5 0 294 4 1 14 1 1 1 2 12 r P P TT K 课后答案网 w w w k h d a w c o m 11 9 18 241314 8 570005 0 294314 8 570001 2 12 1 11 RT VP RT VP n mol 第二章 一 是否题 1 纯物质由蒸汽变成液体 必须经过冷凝的相变化过程 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 2 当压力大于临界压力时 纯物质就以液态存在 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 5 在同一温度下 纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的吉氏函数相等 在同一温度下 纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的吉氏函数相等 对 这是纯物质的汽液平衡准则 6 纯物质的平衡汽化过程 摩尔体积 焓 热力学能 吉氏函数的变化值均大于零 纯物质的平衡汽化过程 摩尔体积 焓 热力学能 吉氏函数的变化值均大于零 错 只有吉氏函数的变化是零 7 气体混合物的virial系数 如B C 是温度和组成的函数 气体混合物的virial系数 如B C 是温度和组成的函数 对 二 选择题 1 指定温度下的纯物质 当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时 则气体的状态为 C 指定温度下的纯物质 当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时 则气体的状态为 C A 饱和蒸汽B 超临界流体C 过热蒸汽 2 T温度下的过热纯蒸汽的压力PBT温度下的过热纯蒸汽的压力PB 3 能表达流体在临界点的P V等温线的正确趋势的virial方程 必须至少用到 A能表达流体在临界点的P V等温线的正确趋势的virial方程 必须至少用到 A 三 填空题 1 表达纯物质的汽平衡的准则有 slsvslsv VTGVTGTGTG 或 吉氏函数 vap vaps VT H dT dP Claperyon 方程 sv sl V V slsvs VVPdVVTP Maxwell 等面积规则 它们能 能 不能 推广到其它类型的相平衡 2 对于纯物质 一定温度下的泡点压力与露点压力相同的 相同 不同 一定温度下的泡点与露点 在P T图上是重叠的 重叠 分开 而在P V图上是分开的 重叠 分开 泡点的轨迹称为饱和液体线 露 点的轨迹称为饱和气体线 饱和汽 液相线与三相线所包围的区域称为气液两相共存区 纯物质汽液平衡 时 压力称为蒸汽压 温度称为沸点 3 对于三混合物 展开PR方程常数a的表达式 3 1 3 1 1 ij ijjjiiji kaayya 3113132332321221213 2 32 2 21 2 1 121212kaayykaayykaayyayayay 其中 下 标 相 同 的 相 互 作 用 参 数 有 332211 kkk和 其 值 应 为 1 下 标 不 同 的 相 互 作 用 参 数 有 123132232112123132232112 处理已作和和和kkkkkkkkkkkk 通常它们值是如何得到 从实验数 据拟合得到 在没有实验数据时 近似作零处理 四 计算题 1 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 A TPsB 22 xy 错 若系统存在共沸点 就可以出现相反的情况 3 纯物质的汽液平衡常数K等于1 纯物质的汽液平衡常数K等于1 课后答案网 w w w k h d a w c o m 对 因为1 11 yx 4 在 1 2 的体系的汽液平衡中 若 1 是轻组分 2 是重组分 若温度一定 则体系的压力 随着 在 1 2 的体系的汽液平衡中 若 1 是轻组分 2 是重组分 若温度一定 则体系的压力 随着 1 x的增大而增大 的增大而增大 错 若系统存在共沸点 就可以出现相反的情况 6 对于理想体系 汽液平衡常数Ki yi xi 只与T P有关 而与组成无关 对于理想体系 汽液平衡常数Ki yi xi 只与T P有关 而与组成无关 对 可以从理想体系的汽液平衡关系证明 7 对于负偏差体系 液相的活度系数总是小于1 对于负偏差体系 液相的活度系数总是小于1 对 8 能满足热力学一致性的汽液平衡数据就是高质量的数据 能满足热力学一致性的汽液平衡数据就是高质量的数据 错 10 EOS EOS 法既可以计算混合物的汽液平衡 也能计算纯物质的汽液平衡 法既可以计算混合物的汽液平衡 也能计算纯物质的汽液平衡 错 二 选择题 1 欲找到活度系数与组成的关系 已有下列二元体系的活度系数表达式 欲找到活度系数与组成的关系 已有下列二元体系的活度系数表达式 为常数 请决定每一组的 可接受性 D 为常数 请决定每一组的 可接受性 D A 2211 xx B 1221 1 1xx C 1221 ln lnxx D 2 12 2 21 ln lnxx 三 填空 1 说出下列汽液平衡关系适用的条件 1 l i v i ff 无限制条件 2 i l ii v i xy 无限制条件 3 ii s ii xPPy 低压条件下的非理想液相 2 丙酮 1 甲醇 2 二元体系在98 66KPa时 恒沸组成x1 y1 0 796 恒沸温度为327 6K 已知此温度下的 06 65 39 95 21 ss PPkPa则 van Laar 方程常数是A12 0 587 A21 0 717 已知 van Laar 方程为 221112 212112 xAxA xxAA RT G E 3 组成为x1 0 2 x2 0 8 温度为 300K 的二元液体的泡点组成y1的为 0 334 已知液相的 3733 1866 75 212121 ssE t PPnnnnG Pa 4 若用EOS 法来处理300K时的甲烷 1 正戊烷 2 体系的汽液平衡时 主要困难是MPaP s 4 25 1 饱和蒸气压太高 不易简化 EOS 法对于高压体系需矫正 5 EOS 法则计算混合物的汽液平衡时 需要输入的主要物性数据是 ijCiCiCi kPT 通常如何得到相互 作用参数的值 从混合物的实验数据拟合得到 6 由 Wilson 方程计算常数减压下的汽液平衡时 需要输入的数据是 Antoine 常数 Ai Bi Ci Rackett 方程 常数 能量参数 2 1 Nji iiij Wilson 方程的能量参数是如何得到的 能从混合 课后答案网 w w w k h d a w c o m 物的有关数据 如相平衡 得到 四 计算 1 解 a RSRTH molcmVmolcmVMPaP vapvapslsv slsvS 2049 11 20489 11 0286104 0ln 0286171 0ln 71137 23 118 7332 4659218 0 1313 b RSRTH molcmVmolcmVKT vapvapslsv slsv b 192887 9 192888 9 0709697 0ln 0709683 0ln 41183 25 602 2346 2003 473 1313 2 解 计算结果为最小操作压力0 8465MPa 3 解 由 1111 xPPy s 得 5 5866059 0 1720 5866059 0 101325 1 11 1 1 y xP Py s 同样有 8 13252059 01 1720101325 22 2 2 xP Py s 28ln941 05ln059 0lnln 2211 xx RT G E 1 6 495715 298314 8 2 molJG E 4 解 查出Antoine方程常数 物质ABC 苯 1 6 94192769 42 53 26 甲苯 2 7 05803076 65 54 65 K 15 36315 27390 T 由Antoine方程得 a kPa136 995 1 26 5315 363 42 2769 9419 6ln 11 ss PP 同样得kPa 2 54 2 s P 由理想体系的汽液平衡关系得 52 074 783 0136 kPa74 787 0 2 543 0136 111 2211 PxPy xPxPP s ss b 由 576 012 54136325 101 1112211 xxxxPxPP ss 773 0325 101576 0136 111 PxPy s c 由 222111 xPPyxPPy ss 得 12 21 21 12 21 2 1 lnlnln xy xy PP xy xy P P ss s s 即 K64 369 55 0 25 0 45 0 75 0 ln 65 54 65 3076 0580 7 26 53 42 2769 9419 6 T TT 所以kPa 6 66 4 163 21 ss PPkPa84 119 2211 xPxPP ss d K 15 37315 273100 T 由Antoine方程得kPa 1 74 180 21 ss PP 课后答案网 w w w k h d a w c o m 743 0 257 011 74180325 101 2111 xxxx 544 0 456 0325 101257 0180 21 yy 设最初混合物汽相有10mol 即苯3mol 甲苯7mol 冷凝后汽 液相分别为 10 a 和amol 则 mol839 7 257 0456 0 3456 010 456 0 10 257 03 aaa 冷凝率 39 78 10 839 7 10 a 5 解 a 已知P 101325Pa y1 0 582 属于等压露点计算 由于压力较低 气相可以作理想气体 21 yyT 可以从 222111 2222 1111 xPxPP PxPy PxPy ss s s 其中 RTV V RTV V l l l l 2221 2 1 21 1112 1 2 12 exp exp 活度系数用 Wilson 方程计算 1212 21 2121 12 221211 lnln xxxx xxx 2121 12 1212 21 112122 lnln xxxx xxx 纯组分的液体摩尔体积由 Rackett 方程 纯分的饱和蒸汽压由 Antoine 方程计算 查得有关物性常数 并列于下表 纯组分的物性常数 纯组分 i Rackett 方程参数Antoine 常数 ci T K ci P MPa i i i A i B i C 甲醇 1 512 588 0970 22730 02199 41383477 90 40 53 水 2 647 3022 1190 22510 03219 38763826 36 45 47 用软件来计算 输入独立变量 Wilson能量参数和物性常数 即可得到结果 KT9816 356 和 2853034 0 1 x b 已知T 67 83 y1 0 914 属于等温露点计算 同样由软件得到结果 kPaP051 97 7240403 0 1 x 6 解 a 液液平衡准则 2121 1111 11xx xx 得 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 lnln lnln x x x x 课后答案网 w w w k h d a w c o m 将vanLaar方程 2 221112 112 212 2 221112 221 121 ln ln xAxA xA A xAxA xA A 代入上式 1 1 2 221112 112 2 221112 112 21 1 1 2 221112 221 2 221112 221 12 1 1 ln ln x x xAxA xA xAxA xA A x x xAxA xA xAxA xA A 再 代 入 数 据 121211 1 1 0150 0 8931 0 xxxxxx 解 方 程 组 得 结 果 55 2 32 4 2112 AA b 30 T 915 0 1 x的液相活度系数是 89 9 085 055 2915 032 4 915 032 4 55 2exp 012 1 085 055 2915 032 4 085 055 2 32 4exp 2 2 2 1 设汽相是理想气体 由汽液平衡准则得 kPaxPxPP yy PxPy ss s 012 30548 3464 26 1182 01 8818 0 222111 12 1111 7 解 由于液相是理想溶液 固体A在B中的溶解度随温度的变化曲线是 T