化工热力学纯流体的热力学性质

《化工热力学》习题

第二章 流体的p-V-T关系

1. 试推导教材第6页上Van der Waals 方程中的常数a、b的计算式。 2. 某气体状态方程式满足 p?RTa?

V?bV式中，a、b是不为零的常数。问此气体是否有临界点？若有，试用a、b表示；

若无，请解释原因。

???3. 某气体的p-V-T行为可用下列状态方程描述： pV?RT??b??p

RT??式中，b为常数，θ仅是T的函数。 证明：此气体的等温压缩系数 k?RT?????p?RT??b??p?RT????

（提示：等温压缩系数的概念见教材第30页）

4. 试从计算精度、应用场合、方程常数的确定三方面对下列状态方程进行比较：

Van der Waals、RK、SRK、Virial、MH、PR方程。 5. 由蒸气压方程lg ps = A－B/T 表达物质的偏心因子，其中A、B为常数。 6. 试分别用下列方法计算水蒸气在10.3MPa、643K下的摩尔体积，并与实验值

0.0232m3/kg进行比较。已知水的临界参数及偏心因子为：Tc=647.3K, pc=22.05MPa, ω=0.344 (1) 理想气体状态方程； (2) 普遍化关系式。 7. 试用三参数普遍化关系估计正丁

《化工热力学》习题

第二章 流体的p-V-T关系

1. 试推导教材第6页上Van der Waals 方程中的常数a、b的计算式。 2. 某气体状态方程式满足 p?RTa?

V?bV式中，a、b是不为零的常数。问此气体是否有临界点？若有，试用a、b表示；

若无，请解释原因。

???3. 某气体的p-V-T行为可用下列状态方程描述： pV?RT??b??p

RT??式中，b为常数，θ仅是T的函数。 证明：此气体的等温压缩系数 k?RT?????p?RT??b??p?RT????

（提示：等温压缩系数的概念见教材第30页）

4. 试从计算精度、应用场合、方程常数的确定三方面对下列状态方程进行比较：

Van der Waals、RK、SRK、Virial、MH、PR方程。 5. 由蒸气压方程lg ps = A－B/T 表达物质的偏心因子，其中A、B为常数。 6. 试分别用下列方法计算水蒸气在10.3MPa、643K下的摩尔体积，并与实验值

0.0232m3/kg进行比较。已知水的临界参数及偏心因子为：Tc=647.3K, pc=22.05MPa, ω=0.344 (1) 理想气体状态方程； (2) 普遍化关系式。 7. 试用三参数普遍化关系估计正丁

一、基本概念题

1．理想气体的压缩因子Z?1，但由于分子间相互作用力的存在，实际气体的压缩因子 。

(A) 小于1 (B) 大于1 (C) 可能小于1也可能大于1 (D) 说不清楚 2．甲烷pc?4.599MPa，处在pr?0.3时，甲烷的压力为 。 (A) 15.33MPa (B) 2.7594 MPa； (C) 1.3797 MPa (D) 1.1746 MPa 3．关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是 。

(A) 可以解决由于实验的p-V-T数据有限无法全面了解流体p-V-T行为的问题。 (B) 可以解决实验的p-V-T数据精确度不高的问题。

(C) 可以从容易获得的物性数据(p、V、T、x)来推算较难测定的数据(H，U，S，G)。 (D) 可以解决由于p-V-T数据离散不便于求导和积分，无法获得数据点以外的p-V-T的问题。 4．对于流体混合物，下面式子错误的是 。

(A) Mi?limMi (B)Hi?Ui?pVi

xi?0?(C) 理想溶液的Vi?Vi，Ui?Ui

化工热力学讲稿

0. 绪论

0.1 热力学发展简史

1593年伽利略制造出第一支温度计 1784年有了比热容的概念 18世纪中期，热质说

18世纪末到19世纪中叶，热动说

蒸汽机发明，1824年，卡诺提出理想热机，热力学的萌芽 1738年，伯努利方程诞生，为其验证能量守恒，即热力学第一定律 1824年出项第一个热功当量，焦耳进行试验测定

1850年克劳修斯证明了热机效率，1854年正式命名了热力学第二定律

1913年能斯特提出热力学第三定律 1931年Fowler提出热力学第零定律 0.2化工热力学的主要内容

热力学第一定律和热力学第二定律。

与物化不同之处在于要讨论系统与环境既有物质交换又有能量的情况，偏重的是在实际工程上的应用。 0.3 化工热力学的研究方法及其发展 微观与宏观相结合 微观：分子热力学

宏观：经典热力学

量子力学的发展液位化工热力学的研究提供了新的途径， 0.4 化工热力学在化工中的重要性 定性 定量

0.5 热能转换的基本概念

一、热力系、状态及状态参数 （一）热力系与工质

1、工质：在物化学习当中我门知道热机就是将热能转变为机械能的设备，如气轮机、内燃机等都是热机。在热机中要使热能不断的转变为机械能，需要借助于媒介

第二章 均相反应动力学习题

1. 【动力学方程形式】

有一气相反应，经实验测定在400℃下的速率方程式为:

dPA?3.6P6A2 dt2若转化为rA?kCA(mol/h.l)形式，

求相应的速率常数值及其单位。

2. [恒温恒容变压定级数]

在恒容等温下，用等摩尔H2和NO进行实验，测得如下数据： 总压（MPa）0.0272 0.0326 0.038 0.0435 0.0543 半衰期（s） 256 186 135 104 67 求此反应级数

3.[二级反应恒容定时间]

4.醋酸和乙醇的反应为二级反应，在间歇反应反应器中，5min转化率可达50%，问转化率为75%时需增加多少时间？

4、【二级恒容非等摩尔加料】

溴代异丁烷与乙醇钠在乙醇溶液中发生如下反应： i-C4H9Br+C2H5Na→Na Br+i-C4H9 OC2H5

(A)

(B) (C) (D)

溴代异丁烷的初始浓度为CA0=0.050mol/l 乙醇钠的初始浓度为CB0=0.0762mol/l,在368.15K测得不同时间的乙

第二章 均相反应动力学习题

1. 【动力学方程形式】

有一气相反应，经实验测定在400℃下的速率方程式为:

dPA?3.6P6A2 dt2若转化为rA?kCA(mol/h.l)形式，

求相应的速率常数值及其单位。

2. [恒温恒容变压定级数]

在恒容等温下，用等摩尔H2和NO进行实验，测得如下数据： 总压（MPa）0.0272 0.0326 0.038 0.0435 0.0543 半衰期（s） 256 186 135 104 67 求此反应级数

3.[二级反应恒容定时间]

4.醋酸和乙醇的反应为二级反应，在间歇反应反应器中，5min转化率可达50%，问转化率为75%时需增加多少时间？

4、【二级恒容非等摩尔加料】

溴代异丁烷与乙醇钠在乙醇溶液中发生如下反应： i-C4H9Br+C2H5Na→Na Br+i-C4H9 OC2H5

(A)

(B) (C) (D)

溴代异丁烷的初始浓度为CA0=0.050mol/l 乙醇钠的初始浓度为CB0=0.0762mol/l,在368.15K测得不同时间的乙

第二章 气体热力学性质

第一节 理想气体的性质

一、理想气体：

1、假设：①气体分子是弹性的、不占据体积的特点；

②气体分子间没有相互作用力。

对于气体分子的体积相对气体比容很小，分子间作用力相对于气体压力也很小时，可

作为理想气体处理。 2、状态方程

理想气体在任一平衡状态时的压力P、温度T、比容v之间的关系应满足状态方程，

即克拉佩龙方程 Pv= RT

mkg质量气体为： Pv=mRT=mR0T

R 气体常数，反映气体特征的物理量，和气体所处状态无关； n 物质的量（千克数或摩尔数）； R0 通用气体常数，与气体状态、其他性质无关的普适恒量； R0??R?831415J/Kmol?K

CV,CP分别表示定压比容及定容比容，对于理想气体，他们仅是温度的单值函

数，CV?CP 其 CV?CP?R 比值CV/CP?k（绝热指数） 标准状态时（压力未101.325Kpa, 0℃） 单原子气体 k=1.66?1.67 双原子气体 k=1.40?1.41

第二章 气体热力学性质

第一节 理想气体的性质

一、理想气体：

1、假设：①气体分子是弹性的、不占据体积的特点；

②气体分子间没有相互作用力。

对于气体分子的体积相对气体比容很小，分子间作用力相对于气体压力也很小时，可

作为理想气体处理。 2、状态方程

理想气体在任一平衡状态时的压力P、温度T、比容v之间的关系应满足状态方程，

即克拉佩龙方程 Pv= RT

mkg质量气体为： Pv=mRT=mR0T

R 气体常数，反映气体特征的物理量，和气体所处状态无关； n 物质的量（千克数或摩尔数）； R0 通用气体常数，与气体状态、其他性质无关的普适恒量； R0??R?831415J/Kmol?K

CV,CP分别表示定压比容及定容比容，对于理想气体，他们仅是温度的单值函

数，CV?CP 其 CV?CP?R 比值CV/CP?k（绝热指数） 标准状态时（压力未101.325Kpa, 0℃） 单原子气体 k=1.66?1.67 双原子气体 k=1.40?1.41

热力学第一定律习题：

1. 封闭系统过程体积功为零的条件是( )。 封闭系统过程的ΔU=0的条件是( )。 封闭系统过程的ΔH=0的条件是( )。

封闭系统过程ΔU=ΔH的条件：(1)理想气体单纯pVT变化过程：( )；

(2)理想气体化学变化过程：( )。

2. 一定量理想气体节流膨胀过程中：μJ-T＝( )；ΔH=( )； ΔU=( )； W＝( )。

某状态下空气经过节流膨胀过程的Δ(pV)＞0，则μJ-T ( )；ΔH ( )； ΔU ( )。(判断大于0、等于0还是小于0.)

3. 一定量的单原子理想气体某过程的Δ(pV)＝20kJ，则此过程的ΔU=( )kJ， ΔH=( )kJ。

4. 绝热恒容非体积功为0的系统，过程的??H/?p?V,Q?0?( )。 5. 在300K及常压下，2

2 热力学第一定律

本章学习要求：

1．掌握热力学的基本概念，重点掌握状态函数的特点。

2．明确热力学能（U）和焓（H）都是状态函数，热（Q）和功（W）都是与过程相关的物理量。

3．初步掌握用状态函数分析和处理问题的方法。 4．理解可逆过程与最大功的概念。

5．掌握热力学第一定律的表述与数学表达式，学会计算理想气体单纯状态变化过程、相变、化学变化过程的△U、△H、Q及W。

6．理解反应进度与反应热效应的概念，掌握热力学第一定律与黑斯定律的关系，能熟练地应用黑斯定律由生成热与燃烧热计算常温下的反应热。 7．学会应用基尔霍夫定律计算不同温度下的反应热。

在生产实践与科学研究中，我们常碰到这样一些问题：一个物理或化学过程发生后能量得失关系如何？是吸热还是放热？一个新的制备方案能否实现？如何反映最佳反应条件？在一定条件下反应的最高产量可达多少？热力学就是解决这些关系的。

热力学是研究能量互相转换所遵循规律的科学。将热力学基本原理用来研究化学现象以及与化学有关的物理现象就是化学热力学。它的主要内容是利用热力学第一定律计算化学反应的热效应；利用热力学第二定律解决化学反应的方向与限度以及与平衡有关的问题。

热力学两个定律在化学过程以及与化学有关的物理过程中