沈阳化工大学化工热力学第二三章习题课-答案

第二、三章习题课答案一、填空题(1)处于单相区的纯物质，可以独立改变的参数为2。log(pS)1.00。Tr0.7(2)Pitzer三参数普遍化方法以偏心因子为第三参数，其定义式为r(3)纯物质的维里系数是物质和温度的函数，混合物的维里系数是物质、温度和组成的函数。2pp0。0(4)纯物质的临界等温线在临界点的斜率和曲率均为零，数学上可以表示为2vvTTcTTcSVT(5)由热力学基本关系式dGSdTVdp，写出对应的Maxwell关系式为。pTpHT2CigdTpig(6)理想气体等温过程的焓变为0，等压过程的焓变为。pT1,-,MTpMTpig(7)剩余性质的定义式为M。R(8)某物质符合状态方程p(Vb)RT，对应的剩余焓为bp；若理想气体的热容为，则该Cigp为真实气体的焓变。HT,pHT,p11b(pp)T2CigdT2221pT1二、判断题(1)恒温下的任何气体，当压力趋于零时，(2)对给定的化合物Tc、Vc、Pc和Zc是常数。(√)(3)压缩因子Z总是小于或等于1。(×)(4)纯物质由蒸变汽成液体，必须经过冷凝的相变化过程。(×)(5)纯物质的三相点(×)pV乘积也趋于零。(×)来说，其临界性质随着所处的压力或温度的不同而改变。yb。(×)ii(6)RK方程中，常数的混合规则分别为amyaibmi(7)热力学基本关系式dH=TdS+Vdp只适用于可逆过程。(×)(8)理想气体的焓只与温度有关，与压力无关。(√),0(M为广度性质)。(×)(9)当系统压力趋于零时，,MTpMTpig(10)普遍化压缩因子法计算剩余性质的表达式无应用条件限制。(×)三、选择填空(1)T温度下过热①＞ps(T)②=ps(T)③＜ps(T)(2)R-K方程中的a和b④。p有关②仅与V有关③仅与T有关④仅与物质有关(3)指定温度下的纯物质，当压力高于该温度下的饱和蒸压汽时，则气体的状态为④。①饱和蒸汽②超临界流体③过热蒸汽④压缩液体(4)理想气体等温压缩过程③①△H>0②△H<0③△S<0④△S>0蒸气的压力p③。①仅与。四、在T-S图上画出下列过程TV（1）处于某压力p下的饱和液体等焓膨胀；（2）将过冷液体定压加热为过热蒸气；（3）饱和蒸气的可逆绝热压缩；（4）定容加热饱和蒸气；(4)p(2)CH（5）T温度下的过冷液体等温膨胀为过热蒸汽。(3)(5)(1)BSA五、欲在一7810cm3的钢瓶中装入1kg的丙烷，且在253.2℃下工作，若钢瓶的安全工作压力为10Mpa，问是否有危险？解法一：由RK方程求装入1kg丙烷后钢瓶的操作压力从附录二中查得丙烷的临界参数为c：T＝369.8K，p＝4.246MPa，＝0.152c0.427488.314369.822.5＝18300928MPacm6K0.5mol-2式中：a0.42748R2T2.5/p＝4.246ccRTc＝0.086648.314369.8＝62.74cm3mol1b0.08664p4.246cVV/n＝10007810＝343.64cm3mol1t44RTaT0.5V(Vb)pVb8.314526.35－526.3518300928＝343.64－62.74343.64343.64＋62.740.5＝9.9MPap接近p所以危险安解法二：由普遍化方法求安全工作压力下允许装入的丙烷量T526.351.4233Tpp102.3552T369.8p4.246rrCC查图2-8，在曲线下方，用压缩因子法由附录三表A查得Z00.7692Z10.2062则Z=Z0+ωZ1=0.8005VZRT0.8005526.35350.31p10781044981g1000gVmtV/44350.31所以危险。六、一个0.5m3的压力容器，其极限压力为2.75MPa，出于安全的考虑，要求操作压力不得超过极限压力的一半。试问容器在130℃条件下最多能装入多少丙烷？＝0.152TcpcV解：从附录二中查得丙烷：＝369.8K，＝4.246MPa，＝203cm3/molcpp/p＝2.75/2＝0.3238TT/T403.15369.81.09024.246rCrC（1）普遍化第二维里系数法B(0)0.0830.422＝0.0830.4220.2845B(1)0.1390.172＝0.1390.1720.01931.09024.2T1.61.09021.6T4.2rrpTZ1BB10.28450.1520.01930.9163(0)(1)rrZRT0.91638.314403.152233.8cm/mol3Vp2.75/2V0.5106449849gmtV2233.82233.8203VV/VC11.22在普遍化第二维里系数法适用区r（2）普遍化压缩因子法由附录三表A查得Z00.9112Z10.0006ZZ0Z10.91120.1520.00060.9113ZRT0.91138.314403.152221.5cm0.5106449903g/molmV3V2.75/22221.5p2221.5203VV/VC10.92不在普遍化压缩因子法适用区r七、某气体符合状态方程p(Vb)RT，其中b为常数。计算该气体由V1等温可逆压缩到V2的熵变。S气体(rg)气体(rg)T、p1=RT/(V1-b)T、p2=RT/(V2-b)理想化-SRSR真实化Sig12气体(ig)气体(ig)T、p1=RT/(V1-b)T、p2=RT/(V2-b)S-SRSigS1R2dppTVRRRSRdp0pppp00pTTpVbVb1SSigRlnRln1p22八、在一刚性的容器中装有1kg水，其中汽相占90%（V），压力是0.1985MPa，加热使液体水刚好汽化完毕，试确定终态的温度和压力，计算所需的热量，内能、焓、熵的变化。解：初态是汽液共存的平衡状态，初态的压力就是饱和蒸汽压，p=0.1985MPa，由此查饱和水性质s表（附录四表B）得初态条件下的有关性质：性质Ps／MPa饱和液体0.1985饱和蒸汽0.1985ts℃120V/cm3g-11.0603891.9U／kJ.kg-1503.5H／kJ.kg-1S／kJ.kg-1K-1503.71.52767.12961202529.32706.30.9891.90.1初态的干度x0.010590.91.0603891.9m1xm10.010591000989.41glmxm0.01059100010.59gg由M1xMxM，得lgV1xVxV10.010591.06030.01059891.910.491cm3g-11lgU1xUxU10.01059503.50.010592529.3524.945kJkg-11lgH1xHxH10.01059507.30.010592706.3527.017kJkg-1g1lS1xSxS10.010591.52760.010597.12961.5869kJkg-1K11lg终态是由于刚刚汽化完毕，故是一个饱和水蒸汽。由于过程等容，所以其质量体积是VV10.5cm3g-1，21也就是饱和蒸汽的质量体积，即Vsv=10.5cm3g-1，并由此查出终的有关性质如下表(为了方便，附录四表B的Vsv=10.34cm3g-1一行的数据)，列于下表中性质沸点或蒸汽压U／kJ.kg-1H／kJ.kg-1S／kJ.kg-1.K-1饱和蒸汽342.2℃或15MPa2455.52610.55.3098所以，