化工热力学答案解析(3章)

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1、3-1.物质的体积膨胀系数和等温压缩系数的定义分别为：，。试导出服从VanderWaals状态方程的和的表达式。解：Vanderwaals方程由Z=f(x,y)的性质得又所以故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3.45MPa而等温膨胀，直到两倍于其初始容积为止，试计算此过程之、、、、、、、Q和W。解：理想气体等温过程，=0、=0∴Q=-W==2109.2J/mol∴W=-2109.2J/mol又理想气体等温膨胀过程dT=0、∴∴=5.7

2、63J/(mol·K)=-366×5.763=-2109.26J/(mol·K)=-2109.26J/(mol·K)=-2109.26J/(mol·K)=2109.2J/mol3-3.试求算1kmol氮气在压力为10.13MPa、温度为773K下的内能、焓、熵、、和自由焓之值。假设氮气服从理想气体定律。已知：（1）在0.1013MPa时氮的与温度的关系为；（2）假定在0℃及0.1013MPa时氮的焓为零；（3）在298K及0.1013MPa时氮的熵为191.76J/(mol·K)。3-4.设氯在2

3、7℃、0.1MPa下的焓、熵值为零，试求227℃、10MPa下氯的焓、熵值。已知氯在理想气体状态下的定压摩尔热容为解：分析热力学过程-H1RH2R-S1RS2R查附录二得氯的临界参数为：Tc=417K、Pc=7.701MPa、ω=0.073∴(1)300K、0.1MPa的真实气体转换为理想气体的剩余焓和剩余熵Tr=T1/Tc=300/417=0.719Pr=P1/Pc=0.1/7.701=0.013—利用普维法计算又代入数据计算得=-91.41J/mol、=-0.2037J/(mol·K)(2)理

4、想气体由300K、0.1MPa到500K、10MPa过程的焓变和熵变=7.02kJ/mol=-20.39J/(mol·K)(3)500K、10MPa的理想气体转换为真实气体的剩余焓和剩余熵Tr=T2/Tc=500/417=1.199Pr=P2/Pc=10/7.701=1.299—利用普维法计算又代入数据计算得=-3.41KJ/mol、=-4.768J/(mol·K)∴=H2-H1=H2=-++=91.41+7020-3410=3.701KJ/mol=S2-S1=S2=-++=0.2037-20.3

5、9-4.768=-24.95J/(mol·K)3-5.试用普遍化方法计算二氧化碳在473.2K、30MPa下的焓与熵。已知在相同条件下，二氧化碳处于理想状态的焓为8377J/mol，熵为-25.86J/(mol·K).解：查附录二得二氧化碳的临界参数为：Tc=304.2K、Pc=7.376MPa、ω=0.225∴Tr=T/Tc=473.2/304.2=1.556Pr=P/Pc=30/7.376=4.067—利用普压法计算查表，由线性内插法计算得出：∴由、计算得：HR=-4.377KJ/molSR=

6、-7.635J/(mol·K)∴H=HR+Hig=-4.377+8.377=4KJ/molS=SR+Sig=-7.635-25.86=-33.5J/(mol·K)3-8.试估算纯苯由0.1013MPa、80℃的饱和液体变为1.013MPa、180℃的饱和蒸汽时该过程的、和。已知纯苯在正常沸点时的汽化潜热为3.733J/mol；饱和液体在正常沸点下的体积为95.7cm3/mol；定压摩尔热容；第二维里系数。解：1.查苯的物性参数：Tc=562.1K、Pc=4.894MPa、ω=0.2712.求ΔV由

7、两项维里方程3.计算每一过程焓变和熵变（1）饱和液体（恒T、P汽化）→饱和蒸汽ΔHV=30733KJ/KmolΔSV=ΔHV/T=30733/353=87.1KJ/Kmol·K（2）饱和蒸汽（353K、0.1013MPa）→理想气体∵点（Tr、Pr）落在图2-8图曲线左上方，所以，用普遍化维里系数法进行计算。由式（3-61）、（3-62）计算∴∴（3）理想气体（353K、0.1013MPa）→理想气体（453K、1.013MPa）（4）理想气体（453K、1.013MPa）→真实气体（453K、1

8、.013MPa）点（Tr、Pr）落在图2-8图曲线左上方，所以，用普遍化维里系数法进行计算。由式（3-61）、（3-62）计算∴4.求3-10.一容器内的液体水和蒸汽在1MPa压力下处于平衡状态，质量为1kg。假如容器内液体和蒸汽各占一半体积，试求容器内的液体水和蒸汽的总焓。解：查按压力排列的饱和水蒸汽表，1MPa时，根据题意液体和蒸汽各占一半体积，设干度为x则解之得：所以3-13.试采用RK方程求算在227℃、5MPa下气相正丁烷的剩余焓和剩余熵。解：查附录得正丁烷的临界参数：T