理想气体及其混合物的热力性质

理想气体及其混合物的热力性质

第四章 理想气体及其混合物的热力性质

一、判断题

1． 不论何种理想气体都可用pV=mRT计算，其中p的单位是Pa；V的单位是m3；m的单位是kg； R的单位是（J/mol k）；T的单位是K。( )

2． 理想气体常数R仅取决于气体的性质，而与气体的状态无关。( )

3． 理想气体只有取定比热容时，才能满足迈耶公式cp-cv=R。( )

4． 对同一种理想气体，其cp>cv。( )

5． 如两种理想气体的质量比热相等，则它们的体积比热也相等。( )

6． 双原子理想气体的绝热指数k=1.4。( )

7． 理想气体的cp和cv都是温度的单值函数，所以两者之差也是温度的单值函数。( )

8． h=cp T适用于理想气体的任何过程；对于实际气体仅适用于定压过程。( )

9． 公式du= cvdT不仅适用于理想气体，也适用于实际气体的定容过程。 （ ）

10． 理想气体的内能、焓和熵都只是温度的单值函数。 （ ）

11． 工质完成某一个过程，热力学能不变，则焓也不变。（ ）

12． 理想气体温度升高后热力学能、焓一定升高。( )

13． 理想气体的熵增计算式是根据可逆过程推导所得，但适用于任意过程。（ ）

14． 理想气体混合物的定压比热与定容比热之差等于其折合气体常数R。( )

15． 理想气体混合物的总压力一定时某组成气体的含量份额越大，其分压力越大。( )

16． 若无化学反应，理想混合物的体积成分不随其状态而发生变化。( )

二、选择题

1. 理想气体的比热是( )。

A 常数；

B 随气体种类不同而异，但对某种理想气体而言，比热容为常数；

C 随气体种类不同而异，但对某种理想气体某中过程而言，比热容为常数；

D 随气体种类不同而异，但对某种理想气体某中过程而言，比热容是温度的函常数。

2. 迈耶公式cp-cv=R仅适用于( )。

A 理想气体，定比热；

B 任意气体，但要求定比热；

C 理想气体，是否定比热不限；

D 任意气体。

3. 对于( )的理想气体，其状态方程为pV=mRT。

A 1kg；B m kg；C 1kmol；D n kmol

4. 参数关系式du=cvdT适用于（ ）。

A 理想气体的任何过程；

B 理想气体的可逆过程；

C 任何气体的可逆过程；

D 任何气体的任何过程。

5. 理想气体混合物中组成气体的（ ）可以确定其所处的状态。

A 分压力与分容积；

B 分压力与混合物的温度；

C 分容积与混合物的温度；

D 任何两个参数。

三、思考题

1．理想气体的假设条件是什么？实际气体能否作为理想气体处理，其主要依据是什么？

理想气体及其混合物的热力性质

2．气体常数是否不因气体的种类和状态不同而异？

3．应用摩尔（千摩尔）作为物量单位有什么好处？

4．气体的摩尔容积是否不因气体的种类和状态不同而异？

5．通用气体常数是否不因气体的种类和状态而异？

6．理想气体的内能和焓具有什么特点？

7．采用真实比热和平均比热计算热量是否一样准确？理想气体的cp与cv都随温度而变，那么它的差值（cp-cv）是否也随温度而变化？而比热比k又如何？

8．容器内盛有一定质量的理想气体，如果将气体放出一部分后恢复了新的平衡状态，问放气前后两个平衡状态之间参数能否按状态方程表示为下列形式：

（a）p1v1p2v2pVpV； （b）11=22 =T1T2T1T2

9．检查下面计算方法有哪些错误？应如何改正？

已知某压缩空气储罐容积为900L，充气前罐内空气温度为30 C，压力为0.5MPa；充气后罐内空气温度为50 C，压力表读值为2MPa。充入储气罐的空气质量为：

m=m2 m1=p2Vp1V2×9000.5×900=0.073kg =RT2RT1287×50287×30

10．平衡时混合气体中各组成气体具有的温度和压力是否相同？混合气体中质量成分较大的组成气体，其摩尔成分是否也一定较大？

四、计算题

4-1 已知氧的分子量为32，试求：

（1）氧的气体常数；

（2）标准状态下氧的比容和密度；

（3）标准状态下1m3氧的质量；

（4）p=105Pa和t=25°C时氧的比容、密度和千摩尔容积。

4-2 有一容积为3m3的刚性储气罐中，罐内所储CO2气的表压力为30KPa和温度为45°C。若向罐内再充入CO2气，当表压力达300KPa和温度达70°C时，试问充入CO2气的质量为什么？当地大气压为100KPa。

4-3 容积为1m3的刚性储气罐中，原有空气的表压力为50KPa和温度为17°C。压气机每分钟从大气（压力为100KPa和温度为17°C）中将0.2m3的空气压入罐内。试问罐内空气的表压力达700KPa和温度达50°C需要多少分钟？

4-4 一台锅炉每小时烧煤500Kg，燃烧1煤产生烟气10m3（标准状态）。测得烟囱出口处烟气的压力为100KPa和温度为200°C，烟气流速为3m/s。试求烟囱出口截面积。

4-5 发电厂锅炉燃煤需要标准状态下的空气量6.6×104m3/h。而鼓风机实际送入空气的温度为300°C和表压力为20KPa。试求实际送入的空气体积流量？当地大气压为101KPa。 4-6 发电厂有一台功率为2.5×104KW的汽轮发电机组，发电机的效率为0.96。用大气中的空气（20°C）冷却发电机，要求其冷却空气的出口温度不得超过55°C。试求冷却空气的最大质量流量是多少？

4-7 容积为0.027m3的刚性储气罐内盛有压力为700KPa和温度为20°C空气。罐上装有一排气阀，当压力达到875KPa时，排气阀自动开启；当压力降到840KPa时，排气阀自动关闭。由于外界加热使排气阀开启，试问：

（1）当排气阀开启时，罐内空气的温度为多少？

（2）因加热使排气阀开关一次，罐内空气失去多少？

理想气体及其混合物的热力性质

4-8 在容积为0.3m3的刚性容器内，盛有压力为300KPa和温度为20°C的氮。将其温度升高到800°C，问需加入多少热量？试按比热容、直线关系的平均比热容和曲线关系的平均比热容进行计算。

4-9将压力为100KPa和温度为20°C的1m3氧定压加热到80°C，求所加的热量。试按定比热容、直线关系的平均比热容和曲线关系的平均比热容分别计算。

4-10 锅炉空气预热器将温度为40°C的空气定压加热到300°C。空气的流量为3500m3/h（标准状态下）。求每小时加给空气的热量？试按定比热容、直线关系的平均比热容和曲线关系的平均比热容进行计算。

4-11 某种理想气体的千摩尔质量为30kg/kmol，将该气体由280 °C定容加热到840°C，此时内能的变化量为600KJ/Kg，试求焓的变化量。

4-12 将1kg氮由30°C定压加热到400°C，分别按平均比热容和热力性质表计算其内能和焓的变化量。

4-13 将0.1kmol二氧化碳由120°C定容加热到800°C，试按定比热容和平均比热容计算其内能和焓的变化量。

4-14 将1kg二氧化碳由800KPa和900°C膨胀到120KPa和600°C。按定比热容计算其内能、焓和熵的变化量。

4-15 将1kmol氧由100KPa和25°C压缩到600KPa和250°C。按定比热容计算其内能、焓和熵的变化量。

4-16 锅炉中煤燃烧所产生的烟气可视为理想气体混合物。已知烟气中各组成气体的千摩尔数和分子量分别no2=0.02kmol，nN2=0.66kmol，nco2=0.09kmol，

nH2O=00.03kmol.；MO2=32，MN2=28，MCO2=44，MH2O=18试求烟气中各组成气体的容积成分，并求烟气在和时的比容。

4-17 已知烟气各组成气体的容积成分和分子量分别为ZO2=0.0518，ZN2=0.745，

ZCO2=0.104，ZH2O=0.0992；MO2=32，MN2=28，MCO2=44，MH2O=18。现有15.5m3（标准状态）的该种烟气流经空气预热器，由500°C定压冷却到200°C。试按定比热容计算烟气放出的热量。

4-18 一隔板将绝热刚性容器分割成两部分。一部分盛有2kmol氧，其压力为500KPa和温度为300K；另一部分盛有3kmol二氧化碳，其压力为300KPa和温度为400K。将隔板抽去后，氧和二氧化碳均匀混合。试求混合气体的温度和压力，以及内能、焓和熵的变化量。设比热容为定植。

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