《化工热力学》习题.docx
化工热力学习题其次章流体的P-V-T关系1 .试推导教材第6页上VanderWaals方程中的常数八b的计算式。2 .某气体状态方程式满足p=RT-aV-b式中，、b是不为零的常数。问此气体是否有临界点？假设有，试用小b表示;假设无，请解释缘由。3 .某气体的P-V-T行为可用以下状态方程描述：pV=RT+1-墨%式中，b为常数，。仅是T的函数。证明：此气体的等温压缩系数k=RT、JRT+?一许"LI-L（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、方程常数确实定三方面对以下状态方程进展比较：VanderWaals.RK、SRK、Virial.MH、PR方程。5 .由蒸气压方程/gps=A3表达物质的偏心因子，其中A、3为常数。6 .试分别用以下方法计算水蒸气在10.3MPa、643K下的摩尔体积，并与试验值0.0232m3kg进展比较。水的临界参数及偏心因子为：T=647.3K,P=22.05MPa,=0.344（1）抱负气体状态方程；（2）普遍化关系式。7 .试用三参数普遍化关系估量正丁烷在425.2K、4.4586MPa时的压缩因子，并与试验值0.2095进展比较。8 .试用P"zer普遍化压缩因子关系式计算Co2和丙烷（2）以356.5（摩尔比）混合而成的混合物在400K、13.78MPa下的摩尔体积。9 .用维里方程估算0.5MPa、373.15K时的等摩尔分数的甲烷（1）一乙烷（2）一戊烷混合物的摩尔体积（试验值为5975cm3mol）0373.15K时的维里系数如下（单位:cm3mol）：B11=-20,B22=-241,B33=-621,B12=-75,B13=-122,B23=-399o10 .试用液体的普遍化密度关系式估算90、19.0MPa下液态乙醇的密度。1 .某抱负气体借活塞之助装于钢瓶中，压力为34.45MPa,温度为366K,抵抗一恒定的外压力3.45MPa而等温膨胀，直到两倍于其初始容积为止。试计算此过程的4U、4、45、4A、4G、TdS、pdV>Q、Wo2 .由水蒸汽表查得100、0.101325MPa时水的有关性质如下：/L=419.04kJkg-i,SL=1.3069kJkg-iK-i”v=2676.1kJkgJ，Sv=7.3549kJkgK试计算该条件下汽、液相的摩尔自由焰，并争论计算结果说明的问题。3 .某气体状态方程满足PW一勿=RT,其中匕是与温度及压强无关的常数。试推导其剩余焰、剩余端的表达式。4 .设氯在27、0.1MPa下的熔、燧值为零，试求227、IOMPa下氯的熔、燧值。氯在抱负气体状态下的等压摩尔热容为c*=31.696+10.144×10-3T4.038×10-6T2Jmol-K-1P5 .如以下图300C等温线下方的面积是0.00109311PMPamol-i,由此计算300C、8MPa时的逸度和逸度系数。6 .分别用以下方法计算正丁烷气体在500K、1.620MPa下的逸度系数及逸度。(1)普遍化关系式；(2)RK方程。7.冰在一5时的蒸气压是0.4kPa,相对密度是0.915。计算冰在一5°C、100MPa时的逸度。第四章流体混合物的热力学性质/.某兀混合物在确定温度、压力下的焰可表不为=X（+bX）+x（<z+bX）>I11I2222式中。、b为常数。求组分1的偏摩尔烙的表达式。ii2.确定温度、压力下，二元混合物的焰为H=OX+hx+cxX,其中4=15000,1212b=20230,c=-20230（单位均为JmoU）。求（I）Hi、兄；（2）牙、牙、RhHWG12123.酒窖中装有IOm3的96%（质量）的酒精溶液，欲将其配制成65%的浓度。问需加水多少克？能得到多少立方米的65%（质量）的酒精？设大气温度保持恒定，并以下数据：W/%Vcm3mol-Vcm3mol-9614.6158.016517.1156.584.某二元混合物中组分的偏摩尔培可表示为H=Cl+b2fTJ=a+b2t则III22221与与与满足什么关系？5 .有人提出确定温度下的二元液体混合物的偏摩尔体积模型为F=V（l+r）,T=V（1+反e）,其中V匕为纯组分的摩尔体积，“、力为常I122211/数。试问此人提出的模型是否合理？假设模型改一=V（l+2）,V=V（1÷b2）f则状况又如何？为V,2221I6 .确定温度和压力下，二元溶液中的组分1的偏摩尔焙听从TT=V+am,并已112知纯组分的焰为HrH2o求q和H的表达式。7 .在25C、0.1MPa时测得乙醇（组分1）中水（组分2）的偏摩尔体积近似为V=18.1-3.2x2Cm3mol-,纯乙醇的摩尔体积为V=40.7cm3mol->o求该2I1条件下乙醇的偏摩尔体积和混合物的摩尔体积。8 .某气体状态方程满足P=RTVe），其中b为常数，其混合规章是b二才），是纯物质的常数，N是混合物的组分数。试推导ln（p、ln/、InC、ln/的表达式。9 .计算81.48、Iatm下，甲醇(1)与水(2)的混合蒸气中，当甲醇的摩尔分率为0.582时的炉、,、/、/、/。题给条件下该体系的其次12I2维里系数(Cm3mol-i)如下：B11=981,B22=559,B12=-784。10. 312K、20MPa下二元溶液中组分1的逸度为/=6x-9壮+4汇,式中X为111!1组分1的摩尔分数，f的单位是MPao求在上述温度、压力下：I(1)纯组分1的逸度及逸度系数；(2)组分1的亨利系数kl；(3)活度系数与X的关系式。I1(组分1的标准态以Lewis-Rci/加定则为基准)11. 298K、0.1MPa下，由组分1和组分2所组成的二元溶液的混合过程的焙变是组成的函数，可表示为AH=20.9xx(2x+x)，式中”的单位是1212Jmol-i,X是摩尔分数。在此温度和压力下，纯液体的熔值分别为H=418/,Jmol-i,H2=627Jmol1。计算在同样的温度和压力下各组分无限稀释时的偏摩尔焰值。12. 298K时甲醇(1)与甲基叔丁基酸(2)的二元体系的超额体积为Ve=xX-1.026+0.22(X-x)Cm3moL,纯物质体积V=58.63cnPmol-1,I2I21V2=118.46cm3mol-10计算100Ocm3的甲醇与500Cm3的甲基叔丁基醒在298K下混合后的体积。GEn13. 古=”片,求活度系数。14. 某二元混合物的逸度可以表示为nf=A+Bx+C2t其中A、B、C为T、P11的函数。假设两组分均以Lewis-Randall定则为标准态，试确定GrRT,ln1,InY2。15. 在确定温度、压力下，某二元混合液的超额自由烙模型为Ge/RT=(1.5x厂1.8x2)X式中当为摩尔分数。试求：InY1及ln2的表达式；(2)ln1Rln2c0的值。16. 利用Wilson方程，计算以下甲醇(1)一水(2)系统的组分逸度。(1) p=101325Pa,T=81.48oC,y=0.582的气相；(2) p=101325Pa,T=81.48°C,x=0.2的液相。：液相符合WilSOn方程,其模型参数是A2=°43738,A21=I.11598«第七章相平衡1 .一个总组成分别为Z=0.45,Z2=0.35,Z3=0.20的苯（1）一甲苯（2）一乙苯（3的混合物，在373.15K和0.0952iMPa下闪蒸。计算闪蒸后的汽化分率及汽液相组成（提示：可将液相近似为抱负溶液，汽相近似为抱负气体混合物）。2 .计算由正戊烷（1）一正己烷（2）正庚烷（3）组成的液体混合物在69常压下的汽液平衡常数。此温度下其纯组分的饱和蒸气压分别为2.721、1.024、0.389（单位：bar）O3 .乙醇（1）一甲苯（2）系统的平衡数据如下：T=318K,p=24.4kPa,x=0.300,y1=0.634o318K时两纯组分的饱和蒸气压分别为p1s=23.06kPa,p2s=10.05kPa<,求：（1）液相各组分的活度系数；（2）液相的AG和GE；（3）该溶液是正偏差还是负偏差？4 .环己烷一苯（2）系统在40时的GE模型为GE=0.458RTx1x2,纯组分的饱和蒸气压分别为pj=24.62kPa,p2s=24.42kPa0求该条件下的px关系式。5 .确定丙酮（1）一水（2）二元液体混合物体系在温度为30、液相组成x为0.30时的汽液平衡常数和相对挥发度。30时PIS=O.380X105Pa,V1=78.886cm3mol>；三0.042×105Pa,7=18.036cm3mol-i.L分I的饱和蒸气隹，Vj为纯组分i的液相摩尔体积）o设该体系可承受WiISOn方程作为活陵系数关联式，查得WiISon方程的二元交互作用能量参数如下：（g2-gll）=611.37Jmol-I（g2-g22）=6447.57Jmol-I6 .A-B混合物在80的汽液平衡数据说明，在0<Xb0.02的范围内，B组分符合Henry定律，且其分压可表示为Pb=66.66x13（单位：kPa）,两组分的饱和蒸气压分别为PAS=I33.32kPa,pBS=33.33kPa。求此温度下XB=0.01时的平衡压力和汽相组成。假设将该液相视为抱负溶液、汽相视为抱负气体，则结果如何？第五章化工过程的能量分析1 .甲烷由98.06kPa>300K压缩后冷却到6.667kPa,300K。假设压缩过程耗功1021.6kJkg,求(1)冷却器中需要移去的热量；(2)压缩与冷却过程的损失功；(3)压缩与冷却过程的抱负功；(4)压缩与冷却过程的热力学效率。设环境温度为300K,：98.06kPa.300K时,H1=953.74kJkg-i,S1=7.0715kJkg-K-16.667kPa、300K时，H2=886.76kJkg-i,S1=4.7198kJkg-iK-2 .某厂用功率为2.4kW的泵将90的热水由第一贮水罐送到换热器，热水流量为3.2kgs0在换热器中以720kJs的速率将热水冷却，冷却后送入比第一贮水罐高20m的其次贮水罐中。求其次贮水罐的水温。3 .求298K、0.81MPa下压缩空气的用。设环境温度298K,压力0.1013MPao4 .速率为150ms的稳定流淌水蒸汽，压力为3MPa,温度为723.15K<>求Ikg此水蒸汽的有效能。环境温度298.15K,压力0.1013MPa。5 .某热电厂的烟囱以IoOOm3h(标准体积)的流量，将300C的烟道气排入大气，求排出气体的火用损失。假设烟道气以CO。表征，可视为抱负气体，其恒压热容为C=19.73+7.356X10-2T5.618×10-5T2(单位：Jmol-iK-i)oP6 .计算ImoI氮气在300K、1.0MPa下的火用，假设氮气此时听从抱负气体方程。
