化工热力学第二版第五章答案

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

第五章 化学热力学基础

1

298 K HO(l) Q-1

H2(g) +1O(g) 的p与QV之差(kJ·mol)是………………………（ ）222 (A) -3.7 (B) 3.7 (C) 1.2 (D) -1.2 2

已知HCN(aq)与NaOH(aq)反应，其中和热是-12.1 kJ·mol-1，

H+(aq) + OH-(aq)

-1

热效应(kJ·mol)是……………………………………………………………………… （ ） = HO(l) ?H2

r?mol-1， m= -55.6 kJ·

则1 mol HCN 在溶液中电离的

(A) -67.7 (B) -43.5 (C) 43.5 (D) 99.1 3

已知 2PbS(s) + 3O2(g)

= 2PbO(s) + 2SO2

(g) ?H?= -843.4 kJ·mol-1rm

则该反应的QV值是…………………………………………………………………………（ (A) 840.9 (B) 845.9 (C) -845.9

无机化学课外习题

第五章 化学热力学基础

1

HO(l) Q-1

H2(g) +1O(g) 的p与QV之差(kJ·mol)是………………………（ ）22 (A) -3.7 (B) 3.7 (C) 1.2 (D) -1.2 2

已知HCN(aq)与NaOH(aq)反应，其中和热是-12.1 kJ·mol-1，

H+(aq) + OH-(aq)

-1

热效应(kJ·mol)是……………………………………………………………………… （ ） = HO(l) H

2

r

mol-1， m= -55.6 kJ·

则1 mol HCN 在溶液中电离的

(A) -67.7 (B) -43.5 (C) 43.5 (D) 99.1 3

已知 2PbS(s) + 3O2(g)

= 2PbO(s) + 2SO2

(g) H

= -843.4 kJ·mol-1r

m

则该反应的QV值是…………………………………………………………………………（ (A) 840.9 (B) 845.9 (C) -8

1、 针对以下体系写出能量平衡方程式的简化形式：

(这是修改后的正确答案)

(1) U Q

(2) H Q

1(3) U2 g Z 02

1(4) H U2 0 2

1(5) H U2 02

(6) U W Q

(7) U Q

2、实验室有一瓶氢气为60atm，0.100m3，由于阀门的原因缓慢漏气。试问到漏完时：

（1）该气体作了多少功？吸收了多少热？

（2）该气体在此条件下最大可以作多少功？吸收多少热量？

（3）该气体焓的变化为多少？瓶中气体焓的变化为多少？已知室温为20℃，气体可以认为是理想气体。

解：（1）id.g，T恒定 U 0；

5W Psur dV Psur(V1 V2) P2V1 P2V2 P2V1 P1V1 (P2 P1)V1 5.978*10J V1V2

Q W 5.978*105J

（2）等温可逆过程做功最大

W PdV nRTlnV1V2V2P2 PVln 2.489*106J 11V1P1

Q W 2.489*106J

（3）id.g, T 恒定 H 0，故总气体的焓变为0。

设起初瓶中气体的焓为H1，则终态总气体的焓仍H1，终态气瓶中气体的焓为

n瓶VP1P59H1 1H1 2H1 H1 H瓶 (1 2)H1 H1 n1V2P60P

3-1. 物质的体积膨胀系数?和等温压缩系数k的定义分别为：

??11??V?，k????VV??T?P??V?。试导出服从????P?TVander Waals状态方程的?和k的表达式。 解：Van der waals 方程P?RT?a

2V?bV由Z=f(x,y)的性质??z????x????y???1得 ??P???????????V?T??x?y??y?z??z?x又 ??P??2a???3??V???T? ????????1??T?P??P?VRT??V?TV?V?b?2 ??P??????T?VR

V?bRT???V?V?b所以 ?2a

???1?3???2???V?b????V???T?PRRV3?V?b???V? ???23??T?PRTV?2a?V?b?故 ??1??V????RV2?V?b?RTV?2a?V?b?32

V??T?PV2?V?b?1??V? k?????23V??P?TRTV?2a?V?b?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，

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