中国石油大学(北京)2011年秋《化工热力学》作业二答案

中国石油大学（北京）远程教育学院期末考核《化工热力学》
一、请学生运用所学的化工热力学知识，从以下给定的题目中选择至少选择2个题目进行论述：（总分100分）
1.在众多的状态方程中,写出三个常用的状态方程。

根据本人的工作或者生活选择一个体系、选择其中一个状态方程、对其PVT关系的计算准确度进行分析，并提出改进的方向和意见。

2.根据功热转换的原理，选择一个体系或者工况进行节能过程分析。

要求给出详细的计算步骤和过程分析。

知识点提示：选择一个热工转换或者制冷、热泵系统，运用热力学第一定律、热力学第二定律进行过程计算。

3.在众多的活度系数模型，请写出三个常用的活度系数模型摩尔过量Gibbs自由能gE 表达式以及对应的二元组分活度系数的表达式。

4.为石油化工过程中的含有乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯-1的混合物的分离过程选择合适的相平衡计算方法，给出详细的计算过程和步骤，并对其结果进行分析和讨论。

知识点提示：根据本体系的性质选择逸度系数法或者活度系数法进行相平衡的计算，一定要对方法的选择给出依据，并进行准确的计算。

5. 通过实验测定了一系列的相平衡数据，请给出判定该数据有无大的错误的方法，要求有详细的方法、步骤、结论。

知识点提示：利用吉布斯-杜亥姆方程进行讨论。

二、要求：
1、首先给出分析这一问题的化工热力学基础知识
2、给出详细的计算步骤
3、对问题进行详细的分析
4、字数不少于2000字或者篇幅不少于2页。

5、写出你所应用的文献的出处。

习题：2－1．为什么要研究流体的pVT 关系？答：在化工过程的分析、研究与设计中，流体的压力p 、体积V 和温度T 是流体最基本的性质之一，并且是可以通过实验直接测量的。

而许多其它的热力学性质如内能U 、熵S 、Gibbs 自由能G 等都不方便直接测量，它们需要利用流体的p –V –T 数据和热力学基本关系式进行推算；此外，还有一些概念如逸度等也通过p –V –T 数据和热力学基本关系式进行计算。

因此，流体的p –V –T 关系的研究是一项重要的基础工作。

2－2．理想气体的特征是什么？答：假定分子的大小如同几何点一样，分子间不存在相互作用力，由这样的分子组成的气体叫做理想气体。

严格地说，理想气体是不存在的，在极低的压力下，真实气体是非常接近理想气体的，可以当作理想气体处理，以便简化问题。

理想气体状态方程是最简单的状态方程：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 srTp 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。

第1题是活度系数模型的为您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第2题 NRTL理论中您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第3题 Van Laar理论中您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第4题二元混合物进行T、P平衡闪蒸时，一定范围内随着进料组成的变化您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第5题二元混合物进行T、P平衡闪蒸时，一定范围内随着进料组成的变化您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第6题原型的Wilson方程您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第7题理想溶液的Wilson 参数的值为您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第8题当gE大于0时，实际溶液液真实溶液呈现您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第9题 NRTL理论的基础是您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第10题过量函数表示的是实际溶液的热力学性质与之间的差您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第11题当组分的摩尔分率趋近于0时您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第12题您的答案：A 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第13题您的答案：B 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第14题您的答案：B 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：第15题您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第16题纯物质的汽液平衡常数K等于1您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第17题对于一般负偏差的体系，液相的活度系数一定小于1您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第18题纯物质在相平衡状态下，汽体比液体的摩尔体积、摩尔焓、化学位均大。

您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第19题对于气体，当P→0时，可视为理想气体，则f/p→∞。

您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第20题对于理想溶液，所有的混合性质的变化都等于零。

化工热力学第二版答案马沛生【篇一：马沛生主编化工热力学第四章习题解答】是否题4-1 对于理想溶液的某一容量性质m，则mi?mi。

解：否4-2 在常温、常压下，将10cm3的液体水与20 cm3的液体甲醇混合后，其总体积为 30 cm3。

解：否4-3 温度和压力相同的两种纯物质混合成理想溶液，则混合过程的温度、压力、焓、gibbs自由能的值不变。

解：否4-4 对于二元混合物系统，当在某浓度范围内组分2符合hey规则，则在相同的浓度范围内组分1符合lewis-randall规则。

解：是4-5 在一定温度和压力下的理想溶液的组分逸度与其摩尔分数成正比。

解：是4-6 理想气体混合物就是一种理想溶液。

解：是4-7 对于理想溶液，所有的混合过程性质变化均为零。

解：否4-8 对于理想溶液所有的超额性质均为零。

解：否4-9 理想溶液中所有组分的活度系数为零。

解：否4-10 系统混合过程的性质变化与该系统相应的超额性质是相同的。

解：否4-11理想溶液在全浓度范围内，每个组分均遵守lewis-randall定则。

解：否4-12 对理想溶液具有负偏差的系统中，各组分活度系数?i均大于1。

解：否4-13 wilson方程是工程设计中应用最广泛的描述活度系数的方程。

但它不适用于液液部分互溶系统。

解：是二、计算题4-14 在一定t、p下，二元混合物的焓为h?ax1?bx2?cx1x2其中，a=15000，b=20000，c = - 20000 单位均为j?mol-1，求 (1) 组分1与组分2在纯态时的焓值h1、h2；(2) 组分1与组分2在溶液中的偏摩尔焓h1、h2和无限稀释时的偏摩尔焓h1?、h2?。

j?molj?mol?1解：（1）h1?limh?a?15000x1?1h2?limh?b?20000x2?1?1（2）按截距法公式计算组分1与组分2的偏摩尔焓，先求导： dhdx1??ddx1ddx1?ax1?bx2?cx1x2???ax1?b?1?x1??cx1?1?x1????a?b?c?2cx1将dh代入到偏摩尔焓计算公式中，得dx1h1?h??1?x1?dhdx1?ax1?bx2?cx1x2?(1?x1)?a?b?c?2cx1??ax1?b?1?x1??cx1?1?x1??a?b?c?2cx1?x1?a?b?c?2cx1? ?a?c?1?x1??a?cx2h2?h?x122dhdx1?ax1?bx2?cx1x2?x1?a?b?c?2cx1??ax1?b?1?x1??cx1?1?x1??x1?a?b?c?2cx1??b?cx12无限稀释时的偏摩尔焓h1?、h2?为：h1?limh1?lim?a?cx2??15000?20000?35000?2x1?0x2?1j?molj?mol-1h??limh2?lim?b?cxx2?0x1?121??20000?20000?40000-14-15 在25℃，1atm以下，含组分1与组分2的二元溶液的焓可以由下式表示：h?90x1?50x2?x1x2（?6x1?9x2）式中h 单位为cal?mol-1，x1、x2分别为组分1、2的摩尔分数，求 (1) 用x1表示的偏摩尔焓h1和h2的表达式； (2) 组分1与2在纯状态时的h1、h2；(3) 组分1与2在无限稀释溶液的偏摩尔焓h1?、h2?；(5) x1=0.5 的溶液中的h1和h2值及溶液的?h值。

.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 id为V id RT8.314(400273.15) 1.381 103m3mol 1p 4.053106（2）用 RK 方程求摩尔体积将RK 方程稍加变形，可写为V RT a(V b)b（E1）p T 0.5 pV (V b)其中0.42748R2T c2.5ap c0.08664 RT cbp c从附表 1 查得甲烷的临界温度和压力分别为T c=190.6K,p c=4.60MPa，将它们代入a, b 表达式得a0.42748 8.3142 190.62.5 3.2217m 6 Pa mol -2 K 0.54.60106b0.086648.314190.6 2.9846 10 5 m3 mol 14.60106以理想气体状态方程求得的V id为初值，代入式（ E1）中迭代求解，第一次迭代得到V1值为V18.314673.15 2.984610 54.053106.3.2217 (1.381 100.56673.15 4.053 10 1.381 103 2.9846 10 5 )3(1.381 10 3 2.984610 5 )1.38110 32.984610 5 2.124610 51.3896331 10m mol第二次迭代得 V2为V2 1.381103 2.98461053.2217(1.389610 3 2.984610 5)673.15 0.5 4.05310 61.389610 3(1.389610 3 2.984610 5)1.38110 32.984610 5 2.112010 51.389710 3 m3 mol1V1和 V2已经相差很小，可终止迭代。

.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 id为V id RT8.314(400273.15) 1.381 103m3mol 1p 4.053106（2）用 RK 方程求摩尔体积将RK 方程稍加变形，可写为V RT a(V b)b（E1）p T 0.5 pV (V b)其中0.42748R2T c2.5ap c0.08664 RT cbp c从附表 1 查得甲烷的临界温度和压力分别为T c=190.6K,p c=4.60MPa，将它们代入a, b 表达式得a0.42748 8.3142 190.62.5 3.2217m 6 Pa mol -2 K 0.54.60106b0.086648.314190.6 2.9846 10 5 m3 mol 14.60106以理想气体状态方程求得的V id为初值，代入式（ E1）中迭代求解，第一次迭代得到V1值为V18.314673.15 2.984610 54.053106.3.2217 (1.381 100.56673.15 4.053 10 1.381 103 2.9846 10 5 )3(1.381 10 3 2.984610 5 )1.38110 32.984610 5 2.124610 51.3896331 10m mol第二次迭代得 V2为V2 1.381103 2.98461053.2217(1.389610 3 2.984610 5)673.15 0.5 4.05310 61.389610 3(1.389610 3 2.984610 5)1.38110 32.984610 5 2.112010 51.389710 3 m3 mol1V1和 V2已经相差很小，可终止迭代。

中国石油大学（北京）
石大远程
化工热力学-第二阶段在线作业
参考答案
试读一页
化工热力学-第二阶段在线作业
1. 流体（T1、P1）经节流膨胀后，流体的温度
A、不变
B、下降
C、增加
D、前三者都可能
正确答案：D
2. 对于内能是体系的状态的单值函数概念的错误理解是
A、体系处于一定的状态,具有一定的内能
B、对应于某一状态,内能只能有一数值,不能有两个以上的数值
C、状态发生变化,内能也一定跟着变化
D、对应于一个内能值,可以有多个状态
正确答案：C
3. 对于一均匀的物质，其H和U的关系为
A、H
B、H> U
C、H=U
D、不能确定。

第1题蒸汽经过不可逆绝热透平膨胀后您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第2题纯物质的偏心因子是根据（）来定义的.您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第3题若分别以某一真实气体和理想气体为工质在两个恒温热源T1、T2之间进行卡诺理想循环，试比较这两个循环的热效率。

您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第4题在相同的初态（T0，P0）和膨胀压力（P）的条件下，等熵膨胀与节流膨胀两种方案相比，哪种方案的降温大？您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第5题下列论述错误的是您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第6题经历一个实际热机的循环过程，体系工质的熵变您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第7题以下措施中既能提高蒸汽朗肯循环的热效率，又提高汽轮机出口乏气的干度的是您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第8题高压氮气从同一始态出发，分别经历两个不同的膨胀过程达相同的终态。

其中已知一个可逆过程的工质熵变为20KJ/（kg.K），另一个不可逆过程的工质熵变 KJ/（kg.K）。

您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第9题冬天要给-10℃房间供热取暖，消耗500Ｗ的功率给房间供热，采用可逆热泵循环、电热器两种供热方式，哪种供热方式的供热量多您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第10题流体（T1、P1）经节流膨胀后，流体的温度您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第11题对于内能是体系的状态的单值函数概念的错误理解是您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第12题对于一均匀的物质，其H和U的关系为您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第13题对于同样的气体压缩终态和始态您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第14题您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第15题您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第16题您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第17题您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第18题您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：第19题由于剩余函数是两个等温状态的热力学性质之差，故不能用剩余函数来计算热力学性质随着温度的变化关系。

化⼯热⼒学第⼆章习题及答案化⼯热⼒学第⼆章作业解答2.1试⽤下述三种⽅法计算673K ，4.053MPa 下甲烷⽓体的摩尔体积，（1）⽤理想⽓体⽅程；（2）⽤R-K ⽅程；（3）⽤普遍化关系式解（1）⽤理想⽓体⽅程（2-4） V ＝R T P＝68.3146734.05310＝1.381×10-3m 3·mol -1（2）⽤R-K ⽅程（2-6）从附录⼆查的甲烷的临界参数和偏⼼因⼦为 T c ＝190.6K ，Pc ＝4.600Mpa ，ω＝0.008 将T c ，Pc 值代⼊式（2-7a ）式（2-7b ）22.50.42748ccR T a p ==2 2.560.42748(8.314)(190.6)4.610＝3.224Pa ·m 6·K 0.5·mol -20.0867ccRT b p ==60.08678.314190.64.610＝2.987×10-5 m 3·mol -1将有关的已知值代⼊式（2-6） 4.053×106＝ 58.3146732.98710V -?-?－0.53.224(673)( 2.98710)V V -+?迭代解得V ＝1.390×10-3 m 3·mol -1(注：⽤式2-22和式2-25迭代得Z 然后⽤PV=ZRT 求V 也可) （3）⽤普遍化关系式673 3.53190.6r T T T c=== 664.053100.8814.610r P P Pc===? 因为该状态点落在图2-9曲线上⽅，故采⽤普遍化第⼆维⾥系数法。

由式（2-44a ）、式（2-44b ）求出B 0和B 1B 0＝0.083－0.422/T r 1.6＝0.083-0.422/(3.53)1.6＝0.0269 B 1＝0.139－0.172/T r 4.2＝0.139－0.172/(3.53)4.2＝0.138 代⼊式（2-43）010.02690.0080.1380.0281B P c B B RTcω=+=+?=由式（2-42）得Pr 0.881110.0281 1.0073.53BPc Z RTc Tr=+=+?= ? ?V ＝1.390×10-3 m 3·mol -12.2试分别⽤（1）Van der Waals,（2）R-K ，（3）S-R-K ⽅程计算273.15K 时将CO 2压缩到⽐体积为550.1cm 3·mol －1所需要的压⼒。

作业第1题水处于饱和蒸气状态，其自由度为您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：自由度的定义第2题如要查询水的饱和蒸气热力学性质表，则需要个独立状态参数的已知条件。

您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：独立状态参数的定义第3题经历一个不可逆循环过程，体系工质的熵您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：熵的定义第4题范德华方程与R－K方程均是常见的立方型方程，对于摩尔体积V存在三个实根或者一个实根，当存在三个实根时，最大的V值是您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：范德华方程的定义第5题可以通过测量直接得到数值的状态参数是您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：状态函数的定义第6题处于平衡的气体的摩尔体积vg和液体的摩尔体积vL的关系为您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：状态方程的定义第7题随着温度的增加，处于平衡的气体的摩尔体积vg和液体的摩尔体积vL的变化规律为您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：状态方程的定义第8题处于临界点的平衡的气体和液体您的答案：B题目分数：0.5此题得分：0.5批注：临界点定义第9题超临界流体是下列条件下存在的物质您的答案：A题目分数：0.5此题得分：0.5批注：超临界的特点第10题对应态原理认为，在相同的对比态下，所有物质表现出相同的性质。

即您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：对应泰的定义第11题关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：状态方程的定义第12题纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则此物质的状态为您的答案：D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：纯流体的特点第13题利用麦克斯韦关系式，其目的是将难测的（）与易测的（）联系起来。

您的答案：C题目分数：0.5此题得分：0.5批注：麦克斯韦关系式的定义第14题真实气体在的条件下，其行为与理想气体相近。