工热力学》第三版课后习题答案陈钟秀顾飞燕胡

作者:化学

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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。

  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。

  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37017.5px3/mol。

  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。

  3-1. 物质的体积膨胀系数和等温压缩系数的定义分别为:,。试导出服从Vander Waals状态方程的和的表达式。

  3-2. 某理想气体借活塞之助装于钢瓶中,压力为34.45MPa,温度为93℃,反抗一恒定的外压力3.45 MPa而等温膨胀,直到两倍于其初始容积为止,试计算此过程之、、、、、、、Q和W。

  3-3. 试求算1kmol氮气在压力为10.13MPa、温度为773K下的内能、焓、熵、、和自由焓之值。假设氮气服从理想气体定律。已知:

  3-4. 设氯在27℃、0.1 MPa下的焓、熵值为零,试求227℃、10 MPa下氯的焓、熵值。已知氯在理想气体状态下的定压摩尔热容为

  3-5. 试用普遍化方法计算二氧化碳在473.2K、30 MPa下的焓与熵。已知在相同条件下,二氧化碳处于理想状态的焓为8377 J/mol,熵为-25.86 J/(mol·K).

  3-6. 试确定21℃时,1mol乙炔的饱和蒸汽与饱和液体的U、V、H和S的近似值。乙炔在0.1013MPa、0℃的理想气体状态的H、S定为零。乙炔的正常沸点为-84℃,21℃时的蒸汽压为4.459MPa。

  3-7. 将10kg水在373.15K、0.1013 MPa的恒定压力下汽化,试计算此过程中、、、和之值。

  3-8. 试估算纯苯由0.1013 MPa、80℃的饱和液体变为1.013 MPa、180℃的饱和蒸汽时该过程的、和。已知纯苯在正常沸点时的汽化潜热为3.733 J/mol;饱和液体在正常沸点下的体积为95.7 cm3/mol;定压摩尔热容;第二维里系数。

  点(Tr、Pr)落在图2-8图曲线左上方,所以,用普遍化维里系数法进行计算。

  点(Tr、Pr)落在图2-8图曲线左上方,所以,用普遍化维里系数法进行计算。

  3-9. 有A和B两个容器,A容器充满饱和液态水,B容器充满饱和蒸气。两个容器的体积均为1L,压力都为1MPa。如果这两个容器爆炸,试问哪一个容器被破坏的更严重?假定A、B容器内物质做可逆绝热膨胀,快速绝热膨胀到0.1 MPa。

  3-10. 一容器内的液体水和蒸汽在1MPa压力下处于平衡状态,质量为1kg。假如容器内液体和蒸汽各占一半体积,试求容器内的液体水和蒸汽的总焓。

  3-11. 过热蒸汽的状态为533Khe 1.0336MPa,通过喷嘴膨胀,出口压力为0.2067MPa,如果过程为可逆绝热且达到平衡,试问蒸汽在喷嘴出口的状态如何?

  3-12. 试求算366K 、2.026MPa 下1mol乙烷的体积、焓、熵与内能。设255K 、0.1013MPa时乙烷的焓、熵为零。已知乙烷在理想气体状态下的摩尔恒压热容

  3-13. 试采用RK方程求算在227℃、5 MPa下气相正丁烷的剩余焓和剩余熵。

  3-14. 假设二氧化碳服从RK状态方程,试计算50℃、10.13 MPa时二氧化碳的逸度。

  3-15. 试计算液态水在30℃下,压力分别为(a)饱和蒸汽压、(b)100×105Pa下的逸度和逸度系数。已知:(1)水在30℃时饱和蒸汽压pS=0.0424×105Pa;(2)30℃,0~100×105Pa范围内将液态水的摩尔体积视为常数,其值为0.01809m3/kmol;(3)1×105Pa以下的水蒸气可以视为理想气体。

  3-16. 有人用A和B两股水蒸汽通过绝热混合获得0.5MPa的饱和蒸汽,其中A股是干度为98%的湿蒸汽,压力为0.5MPa,流量为1kg/s;而B股是473.15K,0.5MPa的过热蒸汽,试求B股过热蒸汽的流量该为多少?

  解:A股:查按压力排列的饱和水蒸汽表, 0.5MPa(151.9℃)时,

  忽略混合过程中的散热损失,绝热混合 Qp = 0,所以 混合前后焓值不变

  4-1. 在20℃、0.1013MPa时,乙醇(1)与H2O(2)所形成的溶液其体积可用下式表示:

  4-2. 某二元组分液体混合物在固定T及P下的焓可用下式表示:。式中,H单位为J/mol。试确定在该温度、压力状态下(1)用x1表示的和;(2)纯组分焓H1和H2的数值;(3)无限稀释下液体的偏摩尔焓和的数值。

  (3)和是指在x1=0及x1=1时的和,将x1=0代入式(C)中得:,将x1=1代入式(D)中得:。

  4-3. 实验室需要配制30000px3防冻溶液,它由30%的甲醇(1)和70%的H2O(2)(摩尔比)组成。试求需要多少体积的25℃的甲醇与水混合。已知甲醇和水在25℃、30%(摩尔分数)的甲醇溶液的偏摩尔体积:,。25℃下纯物质的体积:,。

  4-4. 有人提出用下列方程组表示恒温、恒压下简单二元体系的偏摩尔体积:

  式中,V1和V2是纯组分的摩尔体积,a、b只是T、P的函数。试从热力学角度分析这些方程是否合理?

  比较上述结果,式(A)≠式(B),即所给出的方程组在一般情况下不满足Gibbs-Duhem方程,故不合理。

  4-5.试计算甲乙酮(1)和甲苯(2)的等分子混合物在323K和2.5×104Pa下的、和f。

  4-9.344.75K时,由氢和丙烷组成的二元气体混合物,其中丙烷的摩尔分数为0.792,混合物的压力为3.7974MPa。试用RK方程和相应的混合规则计算混合物中氢的逸度系数。已知氢-丙烷系的kij=0.07, 的实验值为1.439。

  解:已知混合气体的T=344.75K P=3.7974MPa,查附录二得两组分的临界参数

  4-10.某二元液体混合物在固定T和P下其超额焓可用下列方程来表示:HE=x1x2(40x1+20x2).其中HE的单位为J/mol。试求和(用x1表示)。

  4-12.473K、5MPa下两气体混合物的逸度系数可表示为:。式中y1和y2为组分1和组分2 的摩尔分率,试求、的表达式,并求出当y1 =y2=0.5时,、各为多少?

  4-13.在一固定T、P下,测得某二元体系的活度系数值可用下列方程表示: (a)

  试求出的表达式;并问(a)、(b)方程式是否满足Gibbs-Duhem方程?若用(c)、(d)方程式表示该二元体系的活度数值时,则是否也满足Gibbs-Duhem方程?

  4-17.测得乙腈(1)—乙醛(2)体系在50℃到100℃的第二维里系数可近似地用下式表示:

  式中,T的单位是K,B的单位是cm3mol。试计算乙腈和乙醛两组分的等分子蒸气混合物在0.8×105Pa和80℃时的与。

  例1.某二元混合物在一定T、P下焓可用下式表示:。其中a、b为常数,试求组分1的偏摩尔焓的表示式。

  例2.312K、20MPa条件下二元溶液中组分1的逸度为,式中x1是组分1的摩尔分率,的单位为MPa。试求在上述温度和压力下(1)纯组分1 的逸度和逸度系数;(2)组分1 的亨利常数k1;(3)活度系数与x1的关系式(组分1的标准状态时以Lewis-Randall定则为基准)。

  例3.在一定的T、P下,某二元混合溶液的超额自由焓模型为(A)式中x为摩尔分数,试求:(1)及的表达式;(2)、的值;(3)将(1)所求出的表达式与公式相结合,证明可重新得到式(A)。

  例4已知在298K时乙醇(1)与甲基叔丁基醚(2)二元体系的超额体积为,纯物质的体积V1=58.63cm3·mol-1, V2=118.46cm3·mol-1,试问当1000 cm3的乙醇与500 cm3的甲基叔丁基醚在298K下混合时其体积为多少?

  若将两种组分的体积简单加和,将为1500 cm3,而形成溶液时则为1496.979 cm3,体积要缩小0.202%。

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