化工热力学答案马沛生

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??

习题四

一、是否题

M M。

4-1 对于理想溶液的某一容量性质M，则 i i

解：否

4-2 在常温、常压下，将10cm3的液体水与20 cm3的液体甲醇混合后，其总体积为30 cm3。

解：否

4-3温度和压力相同的两种纯物质混合成理想溶液，则混合过程的温度、压力、焓、Gibbs自由能的值不变。

解：否

4-4对于二元混合物系统，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。

解：是

4-5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。

解：是

4-6理想气体混合物就是一种理想溶液。

解：是

4-7对于理想溶液，所有的混合过程性质变化均为零。

解：否

4-8对于理想溶液所有的超额性质均为零。

解：否

4-9 理想溶液中所有组分的活度系数为零。

解：否

4-10 系统混合过程的性质变化与该系统相应的超额性质是相同的。

解：否

4-11理想溶液在全浓度范围内，每个组分均遵守Lewis-Randall 定则。 解：否

4-12 对理想溶液具有负偏差的系统中，各组分活度系数i γ均 大于1。

解：否

4-13 Wilson 方程是工程设计中应用最广泛的描述活度系数的方程。但它不适用于液液部分互溶系统。

解：是

二、计算题

4-14

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??

第三章 纯流体的热力学性质计算

思考题

3-1气体热容，热力学能和焓与哪些因素有关？由热力学能和温度两个状态参数能否确定气体的状态？

答：气体热容，热力学能和焓与温度压力有关，由热力学能和温度两个状态参数能够确定气体的状态。

3-2 理想气体的内能的基准点是以压力还是温度或是两者同时为基准规定的？ 答：理想气体的内能的基准点是以温度为基准规定的。 3-3 理想气体热容差cp?cv?R是否也适用于理想气体混合物？

答：理想气体热容差cp?cv?R不适用于理想气体混合物，因为混合物的组成对此有关。 3-4 热力学基本关系式dH?TdS?Vdp是否只适用于可逆过程？ 答：否。热力学基本关系式dH?TdS?Vdp不受过程是否可逆的限制

3-5 有人说：“由于剩余函数是两个等温状态的性质之差，故不能用剩余函数来计算性质随

着温度的变化”，这种说法是否正确？

答：不正确。剩余函数是针对于状态点而言的；性质变化是指一个过程的变化，对应有两个状态。

3-6 水蒸气定温过程中，热力学内能和焓的变化是否为零？

答：不是。只有理想气体在定温过程中的热力学内能和焓的变化为零。

3-7 用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的焓值或熵值有时相差很多，为什么？

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

《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