化工热力学课后部分习题答案

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1、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：其中，对于不同的流体，具有不同的值。但Pitzer发现，简单流体（氩、氪、氙）的所有蒸气压数据落在了同一条直线上，而且该直线通过=0.7，这一点。对于给定流体对比蒸气压曲线的位置，能够用在=0.7的流体与氩、氪、氙（简单球形分子）的值之差来表征。Pitzer把这一差值定义为偏心因子，即任何流体的值都不是直接测量的，均由该流体的临界温度、临界压力值及=0.7时的饱和蒸气压来

2、确定。2－4．纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小吗？答：正确。由纯物质的p–V图上的饱和蒸气和饱和液体曲线可知。2－5．同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的热力学性质均不同吗？答：同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的Gibbs自由能是相同的，这是纯物质气液平衡准则。气他的热力学性质均不同。3-1思考下列说法是否正确①当系统压力趋于零时，（M为广延热力学性质）。（F）②理想气体的H、S、G仅是温度的函数。（F）③若，则A的值与参考态压力无关。（T）④对于任何均相物质，焓与热力学能的关系都符合H＞U。（T）⑤对

3、于一定量的水，压力越高，蒸发所吸收的热量就越少。（T）3-2推导下列关系式：11证明：（1）根据热力学基本方程(a)因为A是状态函数，所以有全微分：(b)比较(a)和(b)得：由全微分性质得：即（2）由热力学基本方程将上式两边在恒定的温度T下同除以的dV得：由（1）已经证明则（3）由热力学基本方程当压力恒定时由Gibbs自由能定义式得等式两边同乘以R得11（4）当温度恒定时所以3-4计算氯气从状态1（300K、1.013×105Pa）到状态2（500K、1.013×107Pa）变化过程的摩尔焓变。解：初态压力较低，可视为理想气体。查得氯的临界参数为：＝417.15

4、K，＝7.711MPa，＝0.069ΔH真实气体500K,10.13MPa理想气体300K,0.1013MPaHigHR理想气体500K,10.13MPa，根据图2—9判断，应该使用普遍化的焓差图计算HR。查图（3—4）、（3—6）分别得到：，查附录六，氯气的理想气体热容表达式为：113-5氨的pVT关系符合方程，其中，。计算氨由变化至过程的焓变和熵变。解：由pVT关系得：3-6.某气体符合状态方程，其中b为常数。计算该气体由V1等温可逆膨胀到V2的熵变。解：3-12将1kg水装入一密闭容器，并使之在1MPa压力下处于汽液平衡状态。假设容器内的11液体和蒸汽各占一

5、半体积，试求容器内的水和水蒸气的总焓。解：设有液体mkg，则有蒸气（1-m）kg查饱和水蒸气表，在1MPa下饱和蒸气和液体的密度分别为，则体积分别为：，依照题意：求解得：，即有饱和液体0.9942kg查饱和水蒸气表可以得到：在1MPa下，蒸气和液体的焓值分别为：，则，总焓值为：3-131kg水蒸气装在带有活塞的钢瓶中，压力为6.89×105Pa，温度为260℃。如果水蒸气发生等温可逆膨胀到2.41×105Pa。在此过程中蒸汽吸收了多少热量？解：初始状态为：；末态为：查水蒸气发现，始态和末态均为过热蒸气状态，查过热水蒸气表。题中的温度和压力值只能通过查找过热水蒸气表

6、并内插得到，通过查表和内插计算得到：根据封闭系统的热力学第一定律因为过程可逆，所以11故：问蒸汽作的功为257.4，在此过程中蒸气吸收的热量为268.653-13在T-S示意图上表示出纯物质经历以下过程的始点和终点。(1)过热蒸汽(a)等温冷凝成过冷液体(b);(2)过冷液体(c)等压加热成过热蒸汽(d);(3)饱和蒸汽(e)可逆绝热膨胀到某状态(f);(4)在临界点(g)进行恒温压缩到某状态(h)。3-15利用T－S图和lnp－H图分析下列过程的焓变和熵变：(1)2.0MPa、170K的过热空气等压冷却并冷凝为饱和液体；(2)0.3MPa的饱和氨蒸气可逆绝热压缩

7、至1.0MPa；(3)1L密闭容器内盛有5g氨。对容器进行加热，使温度由初始的-20℃升至50℃。解：（1）由附录九图查得2.0MPa、170K的过热空气的焓和熵分别为：87和0.55。2.0MPa饱和液体的焓和熵分别为：41.5和0.18。11所以（1）查附录十（2）查附录十一5-12某二元混合物中组元1和2的偏摩尔焓可用下式表示：证明必须等于。解：根据Gibbs-Duhem方程得恒温恒压下或当时，得已知则得要使，必须等于。结论得证。115-13，试用合适的状态方程求正丁烷在,时的逸度与逸度系数。解：查附录三得：查图2-9，、点落在图2-9分界线上方，故适用于普

8、遍化第二维