化工热力学(第三版)答案陈新志等.doc

第1章 绪言一、是否题1. 封闭体系中有两个相。在尚未达到平衡时，两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则两个相都等价于均相封闭体系。（对）2. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对）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；同样，对于初、终态压力相等的过程有。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。）二、填空题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(以V表示)或 (以P表示)。3. 封闭体系中的1mol理想气体(已知)，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=，U=，H= 。B 等温过程的 W=，Q=，U= 0 ，H= 0 。C 绝热过程的 W=，Q= 0 ，U=，H=。4. 1MPa=106Pa=10bar=9.8692atm=7500.62mmHg。5. 普适气体常数R=8.314MPa cm3 mol-1 K-1=83.14bar cm3 mol-1 K-1=8.314 J mol-1 K-1 =1.980cal mol-1 K-1。四、计算题1. 某一服从P（V-b）=RT状态方程（b是正常数）的气体，在从1000b等温可逆膨胀至2000b，所做的功应是理想气体经过相同过程所做功的多少倍？解：2. 对于为常数的理想气体经过一绝热可逆过程，状态变化符合下列方程 ，其中，试问，对于的理想气体，上述关系式又是如何? 以上a、b、c为常数。解：理想气体的绝热可逆过程，3. 一个0.057m3气瓶中贮有的1MPa和294K的高压气体通过一半开的阀门放入一个压力恒定为0.115MPa的气柜中，当气瓶中的压力降至0.5MPa时，计算下列两种条件下从气瓶中流入气柜中的气体量。(假设气体为理想气体)(a)气体流得足够慢以至于可视为恒温过程；(b)气体流动很快以至于可忽视热量损失（假设过程可逆，绝热指数）。解：（a）等温过程mol(b)绝热可逆过程，终态的温度要发生变化Kmol第2章关系和状态方程一、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。（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。（错。若温度也大于临界温度时，则是超临界流体。）3. 由于分子间相互作用力的存在，实际气体的摩尔体积一定小于同温同压下的理想气体的摩尔体积，所以，理想气体的压缩因子Z=1，实际气体的压缩因子ZB. Tc、TUC. H=UD. 不能确定2. 一气体符合P=RT/(V-b)的状态方程从V1等温可逆膨胀至V2，则体系的S为（C。）A.B. 0C.D.3. 等于（D。因为）A.B.C.D.4. 吉氏函数变化与P-V-T关系为，则的状态应该为（C。因为）A. T和P下纯理想气体B. T和零压的纯理想气体C. T和单位压力的纯理想气体三、 填空题1. 状态方程的偏离焓和偏离熵分别是和；若要计算和还需要什么性质？；其计算式分别是 和。2. 对于混合物体系，偏离函数中参考态是与研究态同温同组成的理想气体混合物。四、计算题1. 得压力是3MPa的饱和蒸汽置于1000cm3的容器中，需要导出多少热量方可使一半的蒸汽冷凝?(可忽视液体水的体积)解：等容过程，初态：查P=3MPa的饱和水蒸汽的cm3g-1；Jg-1水的总质量g则J冷凝的水量为g终态：是汽液共存体系，若不计液体水的体积，则终态的汽相质量体积是 cm3g-1，并由此查得Jmol-1J移出的热量是2. 在一0.3m3的刚性容器中贮有1.554106Pa的饱和水蒸汽，欲使其中25%的蒸汽冷凝，问应该移出多少热量? 最终的压力多大?解：同于第6题，结果五、图示题1. 将下列纯物质经历的过程表示在P-V，lnP-H，T-S图上(a)过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；(b)过冷液体等压加热成过热蒸汽；(c)饱和蒸汽可逆绝热膨胀；(d)饱和液体恒容加热；(e)在临界点进行的恒温膨胀.解： 第4章 非均相封闭体系热力学一、是否题1. 偏摩尔体积的定义可表示为。(错。因对于一个均相敞开系统，n是一个变数，即)2. 对于理想溶液，所有的混合过程性质变化均为零。（错。V，H，U，CP，CV的混合过程性质变化等于零，对S，G，A则不等于零）3. 对于理想溶液所有的超额性质均为零。（对。因）4. 体系混合过程的性质变化与该体系相应的超额性质是相同的。（错。同于4）5. 理想气体有f=P，而理想溶液有。（对。因）6. 温度和压力相同的两种理想气体混合后，则温度和压力不变，总体积为原来两气体体积之和，总热力学能为原两气体热力学能之和，总熵为原来两气体熵之和。（错。总熵不等于原来两气体的熵之和）7. 因为GE (或活度系数)模型是温度和组成的函数，故理论上与压力无关（错。理论上是T，P，组成的函数。只有对低压下的液体，才近似为T和组成的函数）8. 纯流体的汽液平衡准则为f v=f l。（对）9. 混合物体系达到汽液平衡时，总是有。（错。两相中组分的逸度、总体逸度均不一定相等）10. 理想溶液一定符合Lewis-Randall规则和Henry规则。（对。）二、选择题1. 由混合物的逸度的表达式知， 的状态为 （A，）A 系统温度，P=1的纯组分i的理想气体状态B 系统温度，系统压力的纯组分i的理想气体状态C 系统温度，P=1，的纯组分iD 系统温度，系统压力，系统组成的温度的理想混合物2. 已知某二体系的 则对称归一化的活度系数是（A） A B C D 三、填空题 1. 填表偏摩尔性质()溶液性质(M)关系式()ln fln ln i2. 有人提出了一定温度下二元液体混合物的偏摩尔体积的模型是，其中V1，V2为纯组分的摩尔体积，a，b 为常数，问所提出的模型是否有问题？由Gibbs-Duhem方程得， ， a,b不可能是常数，故提出的模型有问题；若模型改为，情况又如何？由Gibbs-Duhem方程得， ，故提出的模型有一定的合理性_。3. 常温、常压条件下二元液相体系的溶剂组分的活度系数为（是常数），则溶质组分的活度系数表达式是。解：由，得从至任意的积分，得四、计算题3. 298.15K， 若干NaCl(B)溶解于1kg水(A)中形成的溶液的总体积的关系为 (cm3)。求=0.5mol时，水和NaCl的偏摩尔。解：当mol时，18.62cm3 mol-1且，1010.35cm3由于，mol所以，4. 常压下的三元气体混合物的，求等摩尔混合物的。解：同样得组分逸度分别是同样得5. 三元混合物的各组分摩尔分数分别0.25，0.3和0.45，在6.585MPa和348K下的各组分的逸度系数分别是0.72，0.65和0.91，求混合物的逸度。解：6. 利用Wilson方程，计算下列甲醇（1）水（2）体系的组分逸度（a）P=101325Pa，T=81.48，y1=0.582的气相；（b）P=101325Pa，T=81.48，x1=0.2的液相。已知液相符合Wilson方程，其模型参数是解：本题是分别计算两个二元混合物的均相性质。给定了温度、压力和组成三个独立变量， 均相混合物的性质就确定下来了。（a）由于系统的压力较低，故汽相可以作理想气体处理，得（kPa）（kPa）理想气体混合物的逸度等于其总压，即（kPa）也能由其它方法计算。（b）液相是非理想溶液，组分逸度可以从活度系数计算，根据系统的特点，应选用对称归一化的活度系数，由于所以其中，蒸汽压由 Antoine方程计算，查附表得纯物质的Antoine常数，并与计算的蒸汽压同列于下表甲醇和水的Antoine常数和蒸汽压组分（i）甲醇（1）9.41383477.90-40.530.190水（2）9.38763826.36-45.470.0503活度系数由Wilson模型计算，由于给定了Wilson模型参数，计算二元系统在K和时两组分的活度系数分别是和所以，液相的组分逸度分别是(MPa)(MPa)液相的总逸度可由式（4-66）来计算（MPa）应该注意：（1） 在计算液相组分逸度时，并没有用到总压P这个独立变量，原因是在低压条件下，压力对液相的影响很小，可以不考虑；（2） 本题给定了Wilson模型参数，故不需要纯液体的摩尔体积数据，一般用于等温条件下活度系数的计算。若给定能量参数时，则还需要用到纯液体的摩尔体积数据，可以查有关手册或用关联式（如修正的Rackett方程）估算。7. 已知环己烷（1）苯（2）体系在40时的超额吉氏函数是和kPa，求（a）；（b）；(c)。解：（a）由于是的偏摩尔性质，由偏摩尔性质