材料热力学第二版课后答案

第1章 绪言

一、是否题

1. 封闭体系的体积为一常数。（错） 2. 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）

3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对） 4. 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。） 5. 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

T2相等，初态和终态的温度分别为T1和T2，则该过程的?U?CVdT；同样，对于初、

T1T2?终态压力相等的过程有?H?CPdT。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径

T1?无关。） 二、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. 封闭体系中，温度是T的1mol理想气体从(Pi，Vi)等温可逆地膨胀到(Pf，Vf)，则所做的

功为Wrev?RTlnViVf(以V表示)或Wrev?RTlnPfPi (以P表示)。

ig3. 封闭体系中的1mol理想气体(已知CP)，按下列途径由T1、P1和V1可逆地变化至P2，则

?????P2??P2?igig???A 等容过程的 W= 0 ，Q=CPU=，

第二章 流体的p-V-T关系

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：

pV?RT

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?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：

?1logp???1??Tr?sr?pss??

第二章 流体的p-V-T关系

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：

pV?RT

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?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：

?1logp???1??Tr?sr?pss??

第二章 流体的p-V-T关系

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：

pV?RT

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?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：

?1logp???1??Tr?sr?pss??

Rupture9

第二章 吸收

1. 从手册中查得101.33 KPa、25 ℃时，若100 g水中含氨1 g，则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987 KPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H (kmol/ (m3·kPa))及相平衡常数m。 解：（1） 求H 由PNH3??CNH3H.求算.

已知：PNH3??0.987kPa.相应的溶液浓度CNH3可用如下方法算出：

以100g水为基准，因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为

1000kg/m3.则：

1/17?0.582kmol/m3100?1 10000.582?H?CNH3/PNH3???0.590kmol/(m3?kPa)0.987CNH3?yNH3??mNH3xNH30.987?0.00974P101.33(2). 求m.由 1/17xNH3??0.01051/17?100/180.00974m?yNH3?/xNH3??0.9280.0105 2. 101.33 kpa、10 ℃时，氧气在水中的溶解度可用pO2=3.31×106x表示。式中：PO2为氧在气相中的分压，kPa、x为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的

习题及部分解答

第一篇 工程热力学 第一章 基本概念

1. 2. 3.

指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量： 答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。

指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高

200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。已知大气压力为735mmHg，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa？解：根据压力单位换算

pH2O?200?9.80665?1.961?103?1.96.kPapHg?800?133.32?1.006?105Pa?106.6kPap?pb?(pH2O?pHg)?98.0?(1.961?106.6)?206.6kPa4.

锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角?使用?

?30?，压力计中

?0.8g/cm3的煤油，斜管液体长度L?200mm，当地大气压力pb?0.1MPa，求烟

p?L?gsin??200?0.8?9.81?0.5?784.8Pa?784.8?10?6MPa

气的绝对压力（用MPa表示）解：

p?pb?pv?0.1

工程热力学(第五版)习题答案

工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社

第二章 气体的热力性质

2-2.已知N2的M＝28，求（1）N2的气体常数；（2）标准状态下N2的比容和密度；（3）p?0.1MPa，t?500℃时的摩尔容积Mv。 解：（1）N2的气体常数

R?R08314?M28＝296.9J/(kg?K)

（2）标准状态下N2的比容和密度

v?RT296.9?273?p101325＝0.8m3/kg 13v＝1.25kg/m

??（3）p?0.1MPa，t?500℃时的摩尔容积Mv

R0TMv ＝p＝64.27m3/kmol

2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力pg1?30kPa，终了表压力pg2?0.3Mpa，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO2的质量。当地大气压B＝101.325 kPa。 解：热力系：储气罐。 应用理想气体状态方程。 压送前储气罐中CO2的质量

m1?p1v1RT1 p2v2RT2

压送后储气罐中CO2的质量

m2?根据题意

容积体积不变；R＝188.9

p1?pg1?B （1） （2） （3） （4）

p2?pg2?B

T1?t1?273 T2

第三章 热力学第二定律

【复习题】

【1】指出下列公式的适用范围。 （1）?minS??R?nBBlnxB;

（2）?S?nRlnp1?CTV2?CT2pPln2?nRlnvln; 2T1V1T1（3）dU?TdS?pdV； （4）?G??Vdp

（5）?S,?A,?G作为判据时必须满足的条件。

【解】 （1）封闭体系平衡态，理想气体的等温混合，混合前后每种气体单独存在时的压力都相等，且等于混合后气体的总压力。

（2）非等温过程中熵的变化过程，对一定量的理想气体由状态到状态A（P2、V2、T2）时，可由两种可逆过程的加和而求得。（3）均相单组分（或组成一定的多组分）封闭体系，非体积功为成可变的多相多组分封闭体系，非体积功为0的可逆过程。 （4）非体积功为0，组成不变的均相封闭体系的等温过程。 （5）?S：封闭体系的绝热过程，可判定过程的可逆与否； 隔离体系，可判定过程的自发与平衡。

?A：封闭体系非体积功为0的等温等容过程，可判断过程的平衡与否；?G：封闭体系非体积功为0的等温等压过程，可判断过程的平衡与否；【2】判断下列说法是否正确，并说明原因。

（1）不可逆过程一定是自发的，而自发过程一定是不可逆的； （

第二章 热力学第二定律

一、选择题

1．25℃时，将11.2升O2与11.2升N2混合成11.2升的混合气体，该过程( )

(A) ?S > 0，?G < 0 ；(B) ?S < 0，?G < 0 ； (C) ?S = 0，?G = 0 ；(D) ?S = 0，?G < 0 。 2．?G = ?F的过程是 ( )

(A) H2O(l,373K,p(B) N2

(C) 等温等压下，N2(g) + 3H2(D) Ar(g,T,p

T+100,p)。

2O(g,373K,p)

；

；

2(g,400K,100kPa)

3(g)

；

3．等温等压下进行的化学反应，其方向由?rHm和?rSm共同决定，自发进行的反应应满足下列哪个关系式 ( )

(A) ?rSm = ?rHm/T ； (B) ?rSm > ?rHm/T ； (C) ?rSm ≥ ?rHm/T ； (D) ?rSm ≤ ?rHm/T 。 4．已知水的六种状态：①100℃，p④100℃、2p序是 ( )

(A) μ2 > μ4 > μ3 > μ1 > μ5 > μ6 ； (B) μ6 > μ5 > μ4 > μ3 > μ2 > μ1 ； (C) μ4 > μ5 > μ3 > μ1 > μ2 > μ6 ； (D) μ1 > μ2 > μ4 > μ3 > μ6 > μ5 。 5.下列过程中?S为负值的是哪一个

第二章 热力学第二定律

一、单选题

1) 求任一不可逆绝热过程的熵变DS，可以通过以下哪个途径求得？ （ ） A. 始终态相同的可逆绝热过程。 B. 始终态相同的可逆恒温过程。 C. 始终态相同的可逆非绝热过程。 D. B 和C 均可。

2) 在绝热恒容的系统中，H2和Cl2反应化合成HCl。在此过程中下列各状态函数的变化值哪个为零？（ ） A. DrHm B. DrUm C. DrSm D. DrGm

3) 将氧气分装在同一气缸的两个气室内，其中左气室内氧气状态为p1=101.3kPa，V1=2dm3,T1=273.2K;右气室内状态为p2=101.3kPa,V2=1dm3,T2=273.2K；现将气室中间的隔板抽掉，使两部分气体充分混合。此过程中氧气的熵变为： ( )

A. DS >0 B. DS <0 C. DS =0 D. 都不一定

4) 1mol Ag(s)在等容下由273.2K加热到303.2K。已知在该温度区间内Ag(s)的Cv,m=24.48J·K-1·mol-1则其熵变为：( )

A.2.531J·K-1 B. 5.622J·K-1 C. 25.31J·K-1 D. 56.22J·K-1

5) 298K, p? 下，双原