山东理工大学化工热力学第5章 习题与解答

化工热力学课后答案第1章 绪言一、是否题1. 封闭体系的体积为一常数。

（错）2. 封闭体系中有两个相βα,。

在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。

（对）3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。

（对）4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。

（错。

还与压力或摩尔体积有关。

）5. 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T 1和T 2，则该过程的⎰=21T T V dT C U ∆；同样，对于初、终态压力相等的过程有⎰=21T T P dT C H ∆。

（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(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的功为()f i rev V V RT W ln =(以V 表示)或()i f rev P P RT W ln = (以P 表示)。

3. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知igP C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则A 等容过程的 W = 0 ，Q =()1121T P P R C igP⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--，错误！未找到引用源。

U =()1121T PP R C igP⎪⎪⎭⎫⎝⎛--，错误！未找到引用源。

H = 1121T P P C ig P ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-。

B 等温过程的 W =21lnP P RT -，Q =21ln P PRT ，错误！未找到引用源。

U = 0 ，错误！未找到引用源。

H = 0 。

C 绝热过程的 W =()⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--11211igPC RigPP P R V P R C ，Q = 0 ，错误！未找到引用源。

第五章 蒸汽动力循环和制冷循环5-3设有一台锅炉，每小时产生压力为2.5MPa ,温度为350C 的水蒸汽4.5吨，锅炉的给水温度为30C,给水压力2.5MPa 。

已知锅炉效率为70%,锅炉效率: 如果该锅炉耗用的燃料为煤，每公斤煤的发热量为 29260J • kg -1，求该锅炉每小时的耗煤量。

2.5MPa 40 C H 2OH 169.77kJ kg内插得到 2.5MPa 30C H 2O H 169.7：86.3l28.04kJ kg查水蒸汽表2.0MPa 320 C H 2O H 3069.5kJ kg 1锅炉在等压情况下每小时从锅炉吸收的热量:出口压力P 1 0.008MPa 。

如果忽略所有过程的不可逆损失，试求： （1 ）汽轮机出口乏气 的干度与汽轮机的作功量；（2）水泵消耗的功量；（3）循环所作出的净功；（4）循环热效率。

解：朗肯循环在 T —S 图上表示如下:1点（过热蒸汽）性质：p 1 6MPa , t 1 540 C ,解：查水蒸汽表2.5MPa 20 C H 2O H 86.3kJ kg 锅炉每小时耗煤量：mcoal13490235658.6kg h 10.7 292601(3125.87 128.04) 31490235kJ hQ m H 2O H(H 2 H 1)4.5 1035- 4某朗肯循环的蒸汽参数为：进汽轮机的压力5 6MPa ，温度t 1 540 C ，汽轮机蒸汽吸收的热量 染料可提供的热量内插得到2.0MPa 查水蒸汽表内插得到3.0MPa 内插得到2.5MPa2.0MPa 360 C H 2O350 C H 2OH3.0MPa 320 C H 2O 3.0MPa 360 C H 2O350 C H 2O H 350 C H 2OHH 3159.3kJ 3159.3 3069.540 H 3043.4kJ H 3138.7kJ 3138.7 3043.4kg30 kg kg403114.88 3136.8530 3069.5 3043.4 3125.87kJ 3136.85kJ 3114.88kJkg 1kg 1 kg 12点(湿蒸汽)性质:S g 8.2287kJ kg 1V l 1.0084 cm 3g 11-2过程在膨胀机内完成，忽略过程的不可逆性，则该过程为等熵过程,S 2 S 1 6.9999kJ kg 1 K 12点汽液混合物熵值:循环热效率旦 1326・9 6.°420.3958H 4 3517.0 179.922(2)乏气的干度；(3)循环的气耗率；(4 )循环的热效率； (5)分析以上计算的结果。

化工热力学第五章作业讲解第五章 例题一、填空题1.指出下列物系的自由度数目，(1)水的三相点 0 ，(2)液体水与水蒸汽处于汽液平衡状态 1 ，(3)甲醇和水的二元汽液平衡状态 2 ，(4)戊醇和水的二元汽-液-液三相平衡状态 1 。

2.说出下列汽液平衡关系适用的条件(1)l i v i f f ˆˆ= ______无限制条件__________；(2)i l i i v i x y ϕϕˆˆ= ______无限制条件____________； (3)i i s i i x P Py γ= _________低压条件下的非理想液相__________。

3.丙酮(1)-甲醇(2)二元体系在98.66KPa 时，恒沸组成x 1=y 1=0.796，恒沸温度为327.6K ，已知此温度下的06.65,39.9521==s s P P kPa 则 van Laar 方程常数是A 12=______0.587_____，A 21=____0.717____(已知van Laar 方程为 221112212112x A x A x x A A RT G E+=)4.在101.3kPa 下四氯化碳(1)-乙醇(2)体系的恒沸点是x 1=0.613和64.95℃，该温度下两组分的饱和蒸汽压分别是73.45和59.84kPa ，恒沸体系中液相的活度系数693.1,38.121==γγ。

1.组成为x 1=0.2，x 2=0.8，温度为300K 的二元液体的泡点组成y 1的为(已知液相的3733,1866),/(75212121==+=s s E t P P n n n n G Pa) ___0.334____________。

2.若用EOS ＋γ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MPa P s4.251=饱和蒸气压太高，不易简化；（ EOS+γ法对于高压体系需矫正）。

3.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ij Ci Ci Ci k P T ,,,ω，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。

习题第1章绪言一、是否题1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。

(错。

和，如一体积等于2V的绝热刚性容器，被一理想的隔板一分为二，左侧状态是T，P的理想气体，右侧是T温度的真空。

当隔板抽去后，由于Q＝W＝0，，，，故体系将在T，2V，0.5P状态下达到平衡，，，）2. 封闭体系的体积为一常数。

（错）3. 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）4. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。

（对）5. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。

（错。

还与压力或摩尔体积有关。

）6. 要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程P=P(T，V)的自变量中只有一个强度性质，所以，这与相律有矛盾。

（错。

V也是强度性质）7. 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。

）8. 描述封闭体系中理想气体绝热可逆途径的方程是（其中），而一位学生认为这是状态函数间的关系，与途径无关，所以不需要可逆的条件。

(错。

)9. 自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。

（错。

有时可能不一致）10. 自变量与独立变量是不可能相同的。

（错。

有时可以一致）三、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. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是 2 和 2 。

3. 封闭体系中，温度是T的1mol理想气体从(P ，V )等温可逆地膨胀到(P ，V )，则所做的功为i i f f(以V表示)或(以P表示)。

4. 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P ，则第 1 页A 等容过程的 W = 0 ，Q = ，U = ，H = 。

第一章 绪论一、选择题（共3小题，3分）1、(1分）关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是（ ） A.可以判断新工艺、新方法的可行性。

B 。

优化工艺过程。

C 。

预测反应的速率。

D.通过热力学模型，用易测得数据推算难测数据；用少量实验数据推算大量有用数据。

E 。

相平衡数据是分离技术及分离设备开发、设计的理论基础.2、（1分）关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是( ） （A ）研究体系为实际状态。

（B )解释微观本质及其产生某种现象的内部原因. （C )处理方法为以理想态为标准态加上校正。

（D ）获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型。

(E ）应用领域是解决工厂中的能量利用和平衡问题.3、（1分）关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是（ ） A.判断新工艺的可行性. B.化工过程能量分析。

C.反应速率预测。

D 。

相平衡研究参考答案一、选择题（共3小题，3分) 1、（1分）C 2、（1分)B 3、(1分）C第二章 流体的PVT 关系一、选择题(共17小题，17分)1、（1分）纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压,则此物质的状态为( ）。

A ．饱和蒸汽 B.饱和液体 C ．过冷液体 D 。

过热蒸汽2、(1分)超临界流体是下列 条件下存在的物质。

A 。

高于T c 和高于P cB 。

临界温度和临界压力下C 。

低于T c 和高于P cD 。

高于T c 和低于P c3、（1分)对单原子气体和甲烷，其偏心因子ω，近似等于 . A 。

0 B. 1 C. 2 D 。

34、（1分)0.1Mpa ，400K 的2N 1kmol 体积约为__________A 3326LB 332。

6LC 3.326LD 33.263m5、(1分)下列气体通用常数R 的数值和单位，正确的是__________ A K kmol m Pa ⋅⋅⨯/10314.833B 1。

987cal/kmol KC 82。

第五章习题解答1. 在一定压力下,组成相同的混合物的露点温度和泡点温度不可能相同。

(错,在共沸点时相同 2. 在(1-(2的体系的汽液平衡中,若(1是轻组分,(2是重组分,则11xy >,22x y <。

(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。

(对,因为111==y x4. 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1x 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5. 下列汽液平衡关系是错误的i i Solvent i v i i x H Py *,ˆγϕ=。

(错,若i 组分采用不对称归一化,该式为正确6. 对于理想体系,汽液平衡常数K i (=y i /x i ,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 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。

(错 9.逸度系数也有归一化问题。

(错10. EOS +γ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,βα,为常数,请决定每一组的可接受性。

(D A 2211;x x βγαγ== B 12211;1x x βγαγ+=+=C 1221ln ;ln x x βγαγ==D 212221ln ;ln x x βγαγ== 2. 二元气体混合物的摩尔分数y 1=0.3,在一定的T ,P 下,8812.0ˆ,9381.0ˆ21==ϕϕ,则此时混合物的逸度系数为。

(C A 0.9097 B 0.89827C 0.8979D 0.9092三、填空题1. 说出下列汽液平衡关系适用的条件(1 l i v i f f ˆˆ= ______无限制条件__________; (2i l i i v i x y ϕϕˆˆ= ______无限制条件____________; (3i i s i i x P Py γ= _________低压条件下的非理想液相__________。

习 题 五一 是否题5-1 汽液平衡关系ˆˆV L i i f f =的适用的条件是理想气体和理想溶液。

解：否。

5-2 汽液平衡关系s i i i i py p x γ=的适用的条件是低压条件下的非理想液相。

解：是。

5-3 在（1）－（2）二元系统的汽液平衡中，若（1）是轻组分，（2）是重组分， 则11y x >， 22y x <。

解：错，若系统存在共沸点，就可以出现相反的情况。

5-4 混合物汽液相图中的泡点曲线表示的是饱和汽相，而露点曲线表示的是饱和液相。

解：错。

5-5 对于负偏差系统，液相的活度系数总是小于1。

解：是。

5-6 在一定压力下，组成相同的混合物的露点温度和泡点温度不可能相同。

解：错，在共沸点时相同。

5-7 在组分（1）-组分（2）二元系统的汽液平衡中，若（1）是轻组分，（2）是重组分，若温度一定，则系统的压力，随着1x 的增大而增大。

解：错，若系统存在共沸点，就可以出现相反的情况。

5-8 理想系统的汽液平衡 K i 等于1。

解：错，理想系统即汽相为理想气体，液相为理想溶液。

5-9 对于理想系统，汽液平衡常数K i ，只与 T 、p 有关，而与组成无关。

解：对，可以从理想体系的汽液平衡关系证明。

5-10能满足热力学一致性的汽液平衡数据就是高质量的数据。

解：错。

5-11当潜水员深海作业时，若以高压空气作为呼吸介质，由于氮气溶入血液的浓度过大，会给人体带来致命影响（类似氮气麻醉现象）。

根据习题5-11表1中25℃下溶解在水中的各种气体的Henry 常数Ｈ，认为以二氧化碳和氧气的混和气体为呼吸介质比较适合。

习题5-11表1 几种气体的Henry 常数气体 H /MPa 气体 H / MPa 气体 H / MPa 气体 H / Pa 乙炔135一氧化碳540氦气12660甲烷4185空气7295乙烷 3060 氢气 7160 氮气 8765 二氧化碳 167 乙烯1155硫化氢55氧气4438解：对。

第五章蒸汽动力循环和制冷循环5-3设有一台锅炉，每小时产生压力为 2.5MPa,温度为350C的水蒸汽4.5吨，锅炉的给水温度为30C,给水压力2.5MPa。

已知锅炉效率为70%，锅炉效率：-蒸汽吸收的热量染料可提供的热量如果该锅炉耗用的燃料为煤，每公斤煤的发热量为29260J • kg-1，求该锅炉每小时的耗煤量。

1解：查水蒸汽表 2.5MPa 20C出0 H =86.3kJ kg12.5MPa 40C H2O H = 169.77kJ kg2.0MPa 360 C H2O H =3159.3kJ kg3159 3 _ 3069 5 “内插得到 2.0MPa 350CH2。

H二.A。

.30 3069—3136.85kJ kg3.0MPa 360 C H2O H =3138.7kJ kg锅炉在等压情况下每小时从锅炉吸收的热量:Q =m H2O H(H2 -HJ =4.5 1 03(3125.87-128.04) = 31490235kJ h‘锅炉每小时耗煤量：13490235mcoal 658.6kg h0.7X292605- 4某朗肯循环的蒸汽参数为：进汽轮机的压力 5 =6MPa，温度匕=540 C，汽轮机出口压力P1 =0.008MPa。

如果忽略所有过程的不可逆损失，试求：（1 ）汽轮机出口乏气的干度与汽轮机的作功量；（2）水泵消耗的功量；（3）循环所作出的净功；（4）循环热效率。

解：朗肯循环在T—S图上表示如下:1点（过热蒸汽）性质：5 = 6MPa , 1 = 540 C ,内插得到 2.5MPa 30C H2O169.77 86.321= 128.04kJ kg查水蒸汽表 2.0MPa 320 C H2O H =3069.5kJ kg查水蒸汽表 3.0MPa 320 C H2O H =3043.4kJ kg内插得到 3.0MPa 350C H2O内插得到 2.5MPa 350C H2O3138.7 -3043.4 30 • 3043.4 =3114.882 kg，40H =3114.88 3136.85~25.87kJ 心H l =121.46kJ kg 4 S^ 0.4 2 26J kgH ^3517.0kJ kg J 5=6.9999^ kg -2点(湿蒸汽)性质：p 2 =0.008MPa , S 2 = S | =6.9999kJ kg 」K 」H l =173.88kJ kg JS =0.5 0 26J kg JH g =2577kJ kg J S g -8.228U kg J V l = 1.0084cm 3 g J1-2过程在膨胀机内完成，忽略过程的不可逆性，则该过程为等熵过程，S 2=S , =6.9999kJ kg 1 K J(1) 设2点干度为x ，由汽液混合物的性质计算可知：xS g (1 -x)S ] = S 26・9999 一 °592J 0.8398.2287-0.59262点汽液混合物熵值:H 2 =xH g (1_x)H 「2577 0.839 (1 -0.839) 173.88 =2190.10kJ kg ，汽轮机向外作功： W S = H 2 -比= —3117.0 2190.1 =-1326.9kJkg 」6 10666 1W p 二V^p =1.0084 (6 -0.008) 1010 = 6.042kJ kg0.008 106循环所做净功： W 净二-(W S W p )二 -(-1326.9 6.042) = 1320.86kJkg J 循环热效率H 4 =H 3 W p =H l W p -173.88 6.042 =179.922kJ kg'5- 16某蒸汽厂采用朗肯循环操作，已知进入汽轮机的蒸汽温度为500C ，乏气压力为0.004MPa ，试计算进入汽轮机的蒸汽压力分别为 4MPa 和14MPa 时，（1）汽轮机的作功量; （2）乏气的干度；（3）循环的气耗率；（4）循环的热效率；（5）分析以上计算的结果。

2－3．偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？答：纯物质的偏心因子ω是根据物质的蒸气压来定义的。

实验发现，纯态流体对比饱和蒸气压的对数与对比温度的倒数呈近似直线关系，即符合：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=r s r T p 11log α 其中，cs s r p p p = 对于不同的流体，α具有不同的值。

但Pitzer 发现，简单流体（氩、氪、氙）的所有蒸气压数据落在了同一条直线上，而且该直线通过r T =0.7，1log -=s r p 这一点。

对于给定流体对比蒸气压曲线的位置，能够用在r T =0.7的流体与氩、氪、氙（简单球形分子）的s r p log 值之差来表征。

Pitzer 把这一差值定义为偏心因子ω，即任何流体的ω值都不是直接测量的，均由该流体的临界温度c T 、临界压力c p 值及r T =0.7时的饱和蒸气压s p 来确定。

2－4．纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小吗？ 答：正确。

由纯物质的p –V 图上的饱和蒸气和饱和液体曲线可知。

2－5．同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的热力学性质均不同吗？答：同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的Gibbs 自由能是相同的，这是纯物质气液平衡准则。

气他的热力学性质均不同。

3-1 思考下列说法是否正确① 当系统压力趋于零时，()()0,,≡-p T M p T M ig （M 为广延热力学性质）。

（F ）② 理想气体的H 、S 、G 仅是温度的函数。

（F ）③ 若()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=00ln p p R S S A ig ，则A 的值与参考态压力0p 无关。

（T ） ④ 对于任何均相物质，焓与热力学能的关系都符合H ＞U 。

（T ）⑤ 对于一定量的水，压力越高，蒸发所吸收的热量就越少。

（T ）3-2 推导下列关系式：证明：（1）根据热力学基本方程 V p T S A d d d --= (a)因为A 是状态函数，所以有全微分：V V A T T A A TV d d d ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= (b) 比较(a)和(b)得： p V A S T A TV -=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂, 由全微分性质得：即 VT T p V S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ （2）由热力学基本方程 V p S T U d d d -=将上式两边在恒定的温度T 下同除以的d V 得：由（1）已经证明VT T p V S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ 则 p T p T V U VT -⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ （3）由热力学基本方程 p V T S G d d d +-=当压力恒定时 SdT dG -=由Gibbs 自由能定义式得 S T H G ∆∆∆-=等式两边同乘以R 得 ()2RT H T RT G p∆∆-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ （4）当温度恒定时Vdp dG = ()T V p T G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 所以 ()RTV p RT G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 3-4 计算氯气从状态1（300K 、1.013×105Pa ）到状态2（ 500K 、1.013×107Pa ）变化过程的摩尔焓变。

第5章干燥的习题解答1.已知湿空气的总压强为50Pa,温度为60C,相对湿度为40%试求: (1)湿空气中水汽的分压； ⑵湿度；(3)湿空气的密度。

解：(1)湿空气的水汽分压，P v 二P s由附录查得601时水的饱和蒸汽压p s=19.92KPa p v =0.4 19.92 =7.97KPa (2)湿度0.622了.97=0.118kg/ kg 绝干气50—7.97(1) 密度=2.27m 3湿空气/ kg 绝干气 密度「H — H」°.1180.493kg/m 3湿空气 V H2.272 .在总压101.33KPa 下，已知湿空气的某些参数,利用湿空气的H-I 图查出本题 附表中空格内的数值，并给出序号4中各数值的求解过程示意图。

习题2附表0.622F V P -Pz V H= (0.772 1.244H) 5273 t 1.013 10----- x ---------= (0.772 1.244 0.118)273 6027351.013 10350 10解:上表中括号内的数据为已知，其余值由图H -I查得。

分题4的求解示意图如附图所示，其中 A为状态点。

3.干球温度为20C、湿度为0.009kg水/kg绝干气的温空气通过预热器加热到50C后,再送至常压干燥器中,离开干燥器时空气的相对温度为80%若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求：(1)1m3原温空气在预热过程中始的变化；(2)1m3原温空气在干燥器中获得的水分量。

解：(1) 1m3原湿空气在预热器中焓的变化当t。

=20乜屮0 =0.009kg/kg绝干气时，由H -1图查出l0=43KJ/kg绝干气。

当 t o =50；C,H i =H°=0.009kg/kg绝干气时，由 H -1 图查出h =74KJ / kg 绝干气1kg 绝干空气在预热器中焓的变化为: I =74-43=31 KJ /kg 绝干气 原湿空气的比容为273 t 1.013 105273 20v H =(0.772 1.244H)(0.772 1.244 0.009)H273 P273=0.84m 3湿空气/ kg 绝干气 1m 3原湿空气的焓变为(2) 1m 3原湿空气在干燥器中获得的水分当t 。

2－3．偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？答：纯物质的偏心因子w 是根据物质的蒸气压来定义的。

实验发现，纯态流体对比饱和蒸气压的对数与对比温度的倒数呈近似直线关系，即符合：÷÷øöççèæ-=r srTp 11log a 其中，css rp p p =对于不同的流体，a 具有不同的值。

但Pitzer 发现，简单流体（氩、氪、氙）的所有蒸气压数据落在了同一条直线上，而且该直线通过r T =0.7，1log -=sr p 这一点。

对于给定流体对比蒸气压曲线的位置，能够用在r T =0.7的流体与氩、氪、氙（简单球形分子）的ssr p log 值之差来表征。

Pitzer 把这一差值定义为偏心因子w ，即)7.0(00.1log =--=rs r T p w任何流体的w 值都不是直接测量的，均由该流体的临界温度c T 、临界压力c p 值及r T =0.7时的饱和蒸气压sp 来确定。

2－4．纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小吗？答：正确。

由纯物质的p –V 图上的饱和蒸气和饱和液体曲线可知。

2－5．同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的热力学性质均不同吗？答：同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的Gibbs 自由能是相同的，这是纯物质气液平衡准则。

气他的热力学性质均不同。

3-1思考下列说法是否正确①当系统压力趋于零时，()()0,,º-p T Mp T M ig（M 为广延热力学性质）。

（F ）②理想气体的H 、S 、G 仅是温度的函数。

（F ）③若()÷÷øöççèæ+-=00ln p p R S S A ig ig，则A 的值与参考态压力0p 无关。

（T ）④对于任何均相物质，焓与热力学能的关系都符合H ＞U 。

第五章 作业题5-13 二元气体混合物的摩尔分数1y =0.3，在一定的T 、p 下，12ˆˆ0.93810.8812ϕϕ==、， 计算混合物的逸度系数。

5-13 In the binary gas mixture, the mole fraction of component 1 y1= 0.3. Under acertain T and p , 12ˆˆ0.93810.8812ϕϕ==、, calculate the fugacity coefficient of the mixture.Answer ： 1122ˆˆln ln ln 0.3ln 0.93810.7ln 0.8812m y y =+=⨯+⨯ϕϕϕ0.8979m =ϕ5-16 在常压和25℃时，测得10.059x =的异丙醇(1)-苯(2)溶液的汽相分压（异丙醇的）是1720 Pa 。

已知25℃时异丙醇和苯的饱和蒸汽压分别是 5866 和13252 Pa 。

(1) 求液相异丙醇和苯的活度系数（均采用L-R 标准态）； (2) 求该溶液的E G 。

5-16 At atmospheric pressure, 25 ℃ and x 1=0.059, the vapor phase partial pressure of isopropanol in isopropanol (1) -benzene (2) solution is 1720 Pa. It is known that the saturated vapor pressures of isopropanol and benzene at 25 ℃ are 5866 and 13252 Pa, respectively.(1) Calculate the activity coefficients of isopropanol and benzene in the liquid phase, respectively (Both use the L-R standard state). (2) Calculate the E G of the solution.Answer ：From the vapor-liquid equilibrium equation 1111s py p x γ=11111101325172050.05958660.0595866spy y p x γ===≈⨯⨯Similar ： ()22221013251720810.05913252spy p x γ-==≈-⨯28ln 941.05ln 059.0ln ln 2211≈⨯+⨯=+=γγx x RT G E-128.314298.154957.6J mol E G ∴=⨯⨯=⋅5-19 A-B 混合物在80℃的汽液平衡数据表明，在0<B x ≤ 0.02 的范围内，B 组分符合Henry 定律，且B 的分压可表示为6666B B p .x = kPa 。

2－3．偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？答：纯物质的偏心因子ω是根据物质的蒸气压来定义的。

实验发现，纯态流体对比饱和蒸气压的对数与对比温度的倒数呈近似直线关系，即符合：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=r sr Tp 11log α 其中，c s s r p p p =对于不同的流体，α具有不同的值。

但Pitzer 发现，简单流体（氩、氪、氙）的所有蒸气压数据落在了同一条直线上，而且该直线通过r T =0.7，1log -=sr p 这一点。

对于给定流体对比蒸气压曲线的位置，能够用在r T =0.7的流体与氩、氪、氙（简单球形分子）的s r p log 值之差来表征。

Pitzer 把这一差值定义为偏心因子ω，即)7.0(00.1log =--=r s r T p ω任何流体的ω值都不是直接测量的，均由该流体的临界温度c T 、临界压力c p 值及r T =0.7时的饱和蒸气压s p 来确定。

2－4．纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小吗？答：正确。

由纯物质的p –V 图上的饱和蒸气和饱和液体曲线可知。

2－5．同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的热力学性质均不同吗？答：同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的Gibbs 自由能是相同的，这是纯物质气液平衡准则。

气他的热力学性质均不同。

3-1 思考下列说法是否正确① 当系统压力趋于零时，()()0,,≡-p T Mp T M ig（M 为广延热力学性质）。

（F ） ② 理想气体的H 、S 、G 仅是温度的函数。

（F ） ③ 若()⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-=00ln p p R S S A ig，则A 的值与参考态压力0p 无关。

（T ） ④ 对于任何均相物质，焓与热力学能的关系都符合H ＞U 。

（T ） ⑤ 对于一定量的水，压力越高，蒸发所吸收的热量就越少。

（T ） 3-2 推导下列关系式：V T T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂ p T p T V U VT -⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂()2RT H T RT G p ∆∆-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ ()RTV p RT G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 证明：（1）根据热力学基本方程 V p T S A d d d --= (a)因为A 是状态函数，所以有全微分：V V A T T A A TV d d d ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫⎝⎛∂∂= (b) 比较(a)和(b)得： p V A S T A TV -=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂, 由全微分性质得：V V T T p T T p p A T T A p V S ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-即 VT T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂（2）由热力学基本方程 V p S T U d d d -= 将上式两边在恒定的温度T 下同除以的d V 得：p V S T V U TT -⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂由（1）已经证明VT T p V S ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂ 则 p T p T V U VT -⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂（3）由热力学基本方程 p V T S G d d d +-= 当压力恒定时 SdT dG -=由Gibbs 自由能定义式得 S T H G ∆∆∆-=()()()222T H T S T H S T T GT GTT T G p∆∆∆∆∆∆∆-=---⋅=-∂∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂等式两边同乘以R 得()2RT H T RT G p∆∆-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂（4）当温度恒定时Vdp dG =()T V p T G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 所以 ()RTVp RT G T ∆∆=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂ 3-4 计算氯气从状态1（300K 、1.013×105Pa ）到状态2（ 500K 、1.013×107Pa ）变化过程的摩尔焓变。

模拟题一一．单项选择题（每题1分,共20分）T 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( ）饱和蒸汽超临界流体过热蒸汽T 温度下的过冷纯液体的压力P （ ）〉()T P s<()T P s=()T P sT 温度下的过热纯蒸汽的压力P （ ）>()T P s〈()T P s=()T P s纯物质的第二virial 系数B （ )A 仅是T 的函数B 是T 和P 的函数C 是T 和V 的函数D 是任何两强度性质的函数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( )第三virial 系数第二virial 系数无穷项只需要理想气体方程 液化石油气的主要成分是（ ）丙烷、丁烷和少量的戊烷 甲烷、乙烷 正己烷 立方型状态方程计算V 时如果出现三个根，则最大的根表示( ）饱和液摩尔体积 饱和汽摩尔体积无物理意义偏心因子的定义式（ ）0.7lg()1s r Tr P ω==--0.8lg()1s r Tr P ω==-- 1.0lg()s r Tr P ω==-设Z 为x ，y 的连续函数，，根据欧拉连锁式，有( ）A 。

1x y zZ Z x x y y ⎛⎫⎛⎫∂∂∂⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭B. 1y xZ Z x y x y Z ⎛⎫∂∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭C 。

1y xZ Z x y x y Z ⎛⎫∂∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭ D 。

1y Z xZ y y x x Z ∂∂∂⎛⎫⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭关于偏离函数MR,理想性质M*，下列公式正确的是（ ）A. *R M M M =+B. *2RMM M =-C. *RMM M =-D 。

*RM M M =+下面的说法中不正确的是 ( ）（A ）纯物质无偏摩尔量 . （B ）任何偏摩尔性质都是T ，P 的函数. （C)偏摩尔性质是强度性质。

化⼯热⼒学习题及答案第五章蒸汽动⼒循环和制冷循环第五章蒸汽动⼒循环和制冷循环5－3 设有⼀台锅炉，每⼩时产⽣压⼒为2.5MPa ，温度为350℃的⽔蒸汽4.5吨，锅炉的给⽔温度为30℃，给⽔压⼒2.5MPa 。

已知锅炉效率为70％，锅炉效率：染料可提供的热量蒸汽吸收的热量=B η。

如果该锅炉耗⽤的燃料为煤，每公⽄煤的发热量为29260kJ ·kg -1，求该锅炉每⼩时的耗煤量。

解：查⽔蒸汽表 2.5MPa 20℃H 2O 13.86-?=kg kJ H 2.5MPa 40℃H 2O 177.169-?=kg kJ H 内插得到 2.5MPa 30℃H 2O 104.12823.8677.169-?=+=kg kJ H查⽔蒸汽表 2.0MPa 320℃H 2O 15.3069-?=kg kJ H 2.0MPa 360℃H 2O 13.3159-?=kg kJ H 内插得到 2.0MPa 350℃H 2O 185.31365.306930405.30693.3159-?=+?-=kg kJ H查⽔蒸汽表 3.0MPa 320℃H 2O 14.3043-?=kg kJ H 3.0MPa 360℃H 2O 17.3138-?=kg kJ H内插得到 3.0MPa 350℃H 2O 188.31144.304330404.30437.3138-?=+?-=kg kJ H内插得到 2.5MPa 350℃H 2O 187.3125285.313688.3114-?=+=kg kJ H锅炉在等压情况下每⼩时从锅炉吸收的热量：131231490235)04.12887.3125(105.4)(2-?=-??=-?=h kJ H H H m Q O H锅炉每⼩时耗煤量： 16.658292607.013490235-?=?=h kg mcoal5－4 某朗肯循环的蒸汽参数为：进汽轮机的压⼒MPa p 61=，温度C t ?=5401，汽轮机出⼝压⼒MPa p 008.01=。