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化工热力学(第三版)答案陈钟秀

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2-1.使用下述方法计算1kmol甲烷贮存在体积为0.1246m3、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K方程；（3）普遍化关系式。

解：甲烷的摩尔体积V=0.1246 m3/1kmol=124.6 cm3/mol

查附录二得甲烷的临界参数：Tc=190.6K Pc=4.600MPa Vc=99 cm3/mol ω=0.008

(1) 理想气体方程

P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa

(2) R-K方程

22.522.560.5268.314190.60.427480.427483.2224.610ccRTaPamKmolP

53168.314190.60.086640.086642.985104.610ccRTbmmolP

∴0.5RTaPVbTVVb

50.5558.314323.153.22212.462.98510323.1512.461012.462.98510

=19.04MPa

(3) 普遍化关系式

323.15190.61.695rcTTT 124.6991.259rcVVV＜2

∴利用普压法计算，01ZZZ

∵ crZRTPPPV

∴ crPVZPRT

654.61012.46100.21338.314323.15crrrPVZPPPRT

迭代：令Z0=1→Pr0=4.687 又Tr=1.695，查附录三得：Z0=0.8938 Z1=0.4623

01ZZZ=0.8938+0.008×0.4623=0.8975

此时，P=PcPr=4.6×4.687=21.56MPa

同理，取Z1=0.8975 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个Z值相差很小，迭代结束，得Z和P的值。

∴ P=19.22MPa

2-2.分别使用理想气体方程和Pitzer普遍化关系式计算510K、2.5MPa正丁烷的摩尔体积。已知实验值为1480.7cm3/mol。

解：查附录二得正丁烷的临界参数：Tc=425.2K Pc=3.800MPa Vc=99 cm3/mol ω=0.193 （1）理想气体方程

V=RT/P=8.314×510/2.5×106=1.696×10-3m3/mol

误差：1.6961.4807100%14.54%1.4807

（2）Pitzer普遍化关系式

对比参数：510425.21.199rcTTT 2.53.80.6579rcPPP—普维法

∴ 01.61.60.4220.4220.0830.0830.23261.199rBT

14.24.20.1720.1720.1390.1390.058741.199rBT

01ccBPBBRT=-0.2326+0.193×0.05874=-0.2213

11crcrBPBPPZRTRTT=1-0.2213×0.6579/1.199=0.8786

∴ PV=ZRT→V= ZRT/P=0.8786×8.314×510/2.5×106=1.49×10-3 m3/mol

误差：1.491.4807100%0.63%1.4807

2-3.生产半水煤气时，煤气发生炉在吹风阶段的某种情况下，76%（摩尔分数）的碳生成二氧化碳，其余的生成一氧化碳。试计算：（1）含碳量为81.38%的100kg的焦炭能生成1.1013MPa、303K的吹风气若干立方米？（2）所得吹风气的组成和各气体分压。

解：查附录二得混合气中各组分的临界参数：

一氧化碳(1)：Tc=132.9K Pc=3.496MPa Vc=93.1 cm3/mol ω=0.049 Zc=0.295

二氧化碳(2)：Tc=304.2K Pc=7.376MPa Vc=94.0 cm3/mol ω=0.225 Zc=0.274

又y1=0.24，y2=0.76

∴(1)由Kay规则计算得：

0.24132.90.76304.2263.1cmiciiTyTK

0.243.4960.767.3766.445cmiciiPyPMPa

303263.11.15rmcmTTT 0.1011.4450.0157rmcmPPP—普维法

利用真实气体混合物的第二维里系数法进行计算

011.61.610.4220.4220.0830.0830.02989303132.9rBT

114.24.210.1720.1720.1390.1390.1336303132.9rBT 016111111618.314132.90.029890.0490.13367.378103.49610ccRTBBBP

021.61.620.4220.4220.0830.0830.3417303304.2rBT

124.24.220.1720.1720.1390.1390.03588303304.2rBT

016222222628.314304.20.34170.2250.03588119.93107.37610ccRTBBBP

又0.50.5132.9304.2201.068cijcicjTTTK

331313131331293.194.093.55/22cccijVVVcmmol

120.2950.2740.284522cccijZZZ

120.2950.2250.13722cij

6/0.28458.314201.068/93.55105.0838cijcijcijcijPZRTVMPa

∴ 303201.0681.507rijcijTTT 0.10135.08380.0199rijcijPPP

0121.61.6120.4220.4220.0830.0830.1361.507rBT

1124.24.2120.1720.1720.1390.1390.10831.507rBT

∴01612121212126128.314201.0680.1360.1370.108339.84105.083810ccRTBBBP

2211112122222mByByyByB

26626630.247.3781020.240.7639.84100.76119.931084.2710/cmmol∴1mmBPPVZRTRT→V=0.02486m3/mol

∴V总=n V=100×103×81.38%/12×0.02486=168.58m3

(2) 1110.2950.240.10130.0250.2845cmZPyPMPaZ 2220.2740.760.10130.0740.2845cmZPyPMPaZ

2-4.将压力为2.03MPa、温度为477K条件下的2.83m3NH3压缩到0.142 m3，若压缩后温度448.6K，则其压力为若干？分别用下述方法计算：（1）Vander Waals方程；（2）Redlich-Kwang方程；（3）Peng-Robinson方程；（4）普遍化关系式。

解：查附录二得NH3的临界参数：Tc=405.6K Pc=11.28MPa Vc=72.5 cm3/mol ω=0.250

(1) 求取气体的摩尔体积

对于状态Ⅰ：P=2.03 MPa、T=447K、V=2.83 m3

477405.61.176rcTTT 2.0311.280.18rcPPP—普维法

∴01.61.60.4220.4220.0830.0830.24261.176rBT

14.24.20.1720.1720.1390.1390.051941.176rBT

010.24260.250.051940.2296ccBPBBRT

11crcrBPPVBPPZRTRTRTT→V=1.885×10-3m3/mol

∴n=2.83m3/1.885×10-3m3/mol=1501mol

对于状态Ⅱ：摩尔体积V=0.142 m3/1501mol=9.458×10-5m3/mol T=448.6K

(2) Vander Waals方程

222262627278.314405.60.4253646411.2810ccRTaPammolP

53168.314405.63.737108811.2810ccRTbmmolP

22558.314448.60.425317.659.4583.737103.73710RTaPMPaVbV

(3) Redlich-Kwang方程

22.522.560.5268.314405.60.427480.427488.67911.2810ccRTaPamKmolP

53168.314405.60.086640.086642.591011.2810ccRTbmmolP

0.550.5558.314448.68.67918.349.4582.5910448.69.458109.4582.5910RTaPMPaVbTVVb (4) Peng-Robinson方程

∵448.6405.61.106rcTTT

∴220.37461.542260.269920.37461.542260.250.269920.250.7433k

220.50.51110.743311.1060.9247rTkT

22226268.314405.60.457240.457240.92470.426211.2810cccRTaTaTTPammolP

53168.314405.60.077800.077802.3261011.2810ccRTbmmolP

∴aTRTPVbVVbbVb

510108.314448.60.42629.4582.326109.4589.4582.326102.3269.4582.32610 19.00MPa

(5) 普遍化关系式

∵ 559.458107.25101.305rcVVV＜2 适用普压法，迭代进行计算，方法同1-1（3）

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化工热力学第三版课后答案完整版朱自强

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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℃、下甲烷气体的摩尔体积;1 理想气体方程；2 RK方程；3PR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idV为

2 用RK方程求摩尔体积

将RK方程稍加变形,可写为

0.5()()RTaVbVbpTpVVb E1

其中

从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为cT=, cp =,将它们代入a, b表达式得

以理想气体状态方程求得的idV为初值,代入式E1中迭代求解,第一次迭代得到1V值为

第二次迭代得2V为

353520.563353553313.2217(1.3896102.984610)1.381102.984610673.154.053101.389610(1.3896102.984610)1.381102.9846102.1120101.389710Vmmol1V和2V已经相差很小,可终止迭代;故用RK方程求得的摩尔体积近似为

3用PR方程求摩尔体积

将PR方程稍加变形,可写为 ()()()RTaVbVbppVVbpbVb E2

式中 220.45724ccRTap

从附表1查得甲烷的=;

将cT与代入上式

用cp、cT和求a和b,

以RK方程求得的V值代入式E2,同时将a和b的值也代入该式的右边,藉此求式E2左边的V值,得

563563355353558.314673.152.68012104.053100.10864(1.390102.6801210)4.05310[1.39010(1.390102.6801210)2.6801210(1.390102.6801210)]1.381102.68012101.8217101.3896V33110mmol

《化工热力学》详细课后习题答案陈新志

《化工热力学》详细课后习题答案陈新志

《化⼯热⼒学》详细课后习题答案陈新志

2

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T 1和T 2，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T 1、P 1和V 1可逆地变化⾄P，则

化工热力学 第三版 陈钟秀编-齐齐哈尔大学-化工学院-赵云鹏老师-第四章 习题

化工热力学 第三版 陈钟秀编-齐齐哈尔大学-化工学院-赵云鹏老师-第四章 习题

第四章习题一、概念：混合性质变化：溶液的性质与构成溶液各纯组分性质总和之差。偏摩尔性质：在恒温、恒压下，物系的广度性质随某种组分摩尔数变化率。超额性质：在相同T,P,x下，真实溶液与理想溶液的热力学性质之差值。理想溶液：在任何指定的温度和压力下，在整个组成范围内，溶液中的每一个组分i的逸度都与它的摩尔分数呈比例关系，用数学式表示：活度及活度系数：溶液中组分i的逸度与在溶液T,P下组分i的标准态逸度的比值；实际溶液对理想溶液的偏差，而这种偏差程度常用活度系数来衡量。二、简答1、在化工热力学中引入偏摩尔性质的意义何在？在恒温、恒压下，物系中某组分摩尔数的变化所引起物系的一系列热力学性质的变化。2、简述Gibbs-Duhem方程的用途。(1)检验实验测得的混合物热力学性质数据的正确性；(2)从一个组元的偏摩尔量推算另一组元的偏摩尔量。3、说明在化工热力学中引入逸度计算的理由。在解决实际体系的相平衡和化学平衡计算，直接使用化学位很不方便，常常要借助于辅助函数：逸度或活度。4、解释活度定义中的标准态，为什么要引入不同的标准态？由于活度有不同标准态，所以计算出的标准溶解自由焓随所用活度标准态的不同而有不同值。但无论用哪种活度标准态，对已定条件下的冶金反应，算出的自由焓变量ΔG将永有同一值。5、混合物的逸度和逸度系数与它的组元逸度和逸度系数有什么关系？溶液性质偏摩尔性质二者关系式三、判断1、均相混合物的总性质与纯组分性质之间的关系总是有∑=iitMnM。×2、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。√3、对于理想溶液，所有的混合过程性质变化均为零。×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。×5、对于二元混合物体系，当在某浓度范围内组分2符合Henry规则，则在相同的浓度范围内组分1符合Lewis-Randall规则。√6、因为EHH=∆，所以EGG=∆。×0idiiifxf∧=

中国石油大学(华东)化学工程学院硕士研究生复试化工综合-化工热力学考试大纲

中国石油大学(华东)化学工程学院硕士研究生复试化工综合-化工热力学考试大纲

研究生复试化工综合 ——《化工热力学》考试大纲 一．适用的招生专业 化学工程与技术 二．考试的基本要求 要求考生系统地理解化工热力学的知识结构，掌握热力学基本定律和基本概念，掌握热力学性质数据的获取方法（查阅文献、建立数学模型、利用实验数据等）与评价方法；掌握热力学原理的应用方法（针对化工生产中的相平衡问题、能量转换与利用问题，进行过程条件或系统特性的分析与计算）。具体包括： 1. 掌握纯物质的p-V-T相图； 2. 掌握立方型状态方程、截项virial方程、普遍化关联式的使用；熟悉状态方程的基本选择方法； 3. 掌握剩余性质的概念及计算，单组分流体的焓变与熵变的计算； 4. 掌握水蒸气表、热力学性质图的使用； 5. 掌握偏摩尔性质的概念与计算，混合物性质的计算； 6. 掌握纯气体逸度和逸度系数的计算，纯液体逸度的计算，溶液中i组分的逸度和逸度系数的计算； 7. 熟悉Van Laar方程、Margules方程和Wilson方程的使用（包括模型参数的获取）；熟悉活度系数模型的基本选择方法； 8. 掌握理想溶液与非理想溶液的概念； 9. 掌握VLE关系的基本模型及其选用； 10. 掌握互溶系VLE平衡问题的计算，尤其是低压下汽液平衡的计算； 11. 掌握能量平衡方程、熵平衡方程的表述方法及其应用； 12. 掌握理想功、损失功、有效能的概念及计算； 13. 熟悉有效能平衡方程的表述方法以及有效能分析的基本方法； 14. 掌握典型化工单元过程(流体输送过程、传热过程、传质过程)的热力学分析方法； 15. 掌握气体压缩过程与膨胀过程在T-S图上的分析与计算； 16. 熟悉简单蒸汽动力循环在T-S 图上的分析与计算。 三．考试的方法和考试时间 考试采用闭卷笔试。可以使用电子计算器。考试时间为45分钟。

四．考试的主要内容与要求 1. 流体的pVT关系 掌握纯物质的p-V-T相图，相图上和点、线、面相关的概念及相互关系。 理解气体的非理想性，掌握状态方程的基本选择方法； 掌握立方型状态方程、截项virial方程、普遍化关联式的使用； 熟悉状态方程的混合规则与交互作用参数的使用，熟悉混合物pVT 关系的求解方法； 熟悉饱和液体体积的计算方法； 理解学习流体的pVT关系的应用意义。 2. 纯流体的热力学性质计算 了解单组分流体的热力学基本关系； 掌握剩余性质的概念及计算，单组分流体的焓变与熵变的计算； 掌握水蒸气表、热力学性质图的使用。 3. 溶液热力学性质的计算 了解均相敞开系统的热力学基本关系； 理解化学位、偏摩尔性质、逸度及逸度系数、活度及活度系数、混合性质变化、超额性质等的概念； 掌握偏摩尔性质及其与溶液性质关系的分析与计算；混合性质的计算。 掌握Gibbs-Duhem方程及其应用； 掌握纯气体逸度和逸度系数的计算，纯液体逸度的计算，溶液中i组分的逸度和逸度系数的计算；理解混合物(溶液)的逸度、逸度系数与其组分的逸度和逸度系数间的关系； 掌握溶液的性质及其规律，理想溶液与非理想溶液的性质及其计算； 了解活度与活度系数标准态的规定； 掌握超额Gibbs自由能及其与活度系数的关系； 熟悉Van Laar方程、Margules方程和Wilson方程的使用（包括模型参数的获取）； 熟悉活度系数模型的基本选择方法； 了解其它常用的活度系数模型。 4. 流体相平衡