化工热力学1全解
化工热力学
化工热力学
一、是否题
1. 纯物质由蒸汽变成固体，必须通过液相。
〔错。能够直截了当变成固体。〕
2. 纯物质由蒸汽变成液体，必须通过冷凝的相变化过程。
〔错。能够通过超临界流体区。〕
3. 当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。
〔错。假设温度也大于临界温度时，那么是超临界流体。〕
4. 纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸汽的摩尔体积随着温度的升高而减小。
〔对。由那么纯物质的T－V相图上的饱和汽体系和饱和液体系曲线可知。〕
5. 在同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的吉氏函数相等。
〔对。这是纯物质的汽液平稳准那么。〕
6. 纯物质的平稳汽化过程，摩尔体积、焓、热力学能、吉氏函数的变化值均大于零。
〔错。只有吉氏函数的变化是零。〕
7. 气体混合物的virial系数，如B，C…，是温度和组成的函数。
〔对。〕
8. 在压力趋于零的极限条件下，所有的流体将成为简单流体。
(错。简单流体系指一类非极性的球形流体，如Ar等，与所处的状态无关。) 饱和液相线〔泡点线〕 饱和汽相线〔露点线〕
水的P－V相图 临界点 二、选择题
1. 指定温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，那么气体的状态为〔 〕
(C。参考P－V图上的亚临界等温线。)
A. 饱和蒸汽 B. 超临界流体 C. 过热蒸汽
2. T温度下的过冷纯液体的压力P
〔A。参考P－V图上的亚临界等温线。〕
3. T温度下的过热纯蒸汽的压力P
〔B。参考P－V图上的亚临界等温线。〕
4. 纯物质的第二virial系数B
〔A。virial系数表示了分子间的相互作用，仅是温度的函数。〕
5. 能表达流体在临界点的P-V等温线的正确趋势的virial方程，必须至少用到
〔A。要表示出等温线在临界点的拐点特点，要求关于V的立方型方程〕
6. 关于纯物质，一定温度下的泡点压力与露点压力是 (A)
化工热力学第三版课后答案完整版朱自强
第二章 流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式
2-1试分别用下述方法求出400C、4.053MPa下甲烷气体的摩尔体积。（1）理想气体 方程；（2） RK方程；（3）PR方程；（4）维里截断式（2-7）。其中B用Pitzer的普遍化 关联法计算。
［解］（1）根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积 Vid为
（2）用RK方程求摩尔体积
将RK方程稍加变形，可写为
RT b a(V b) p T0.5 pV (V b)
其中
从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为Tc=190.6K, pc =4.60MPa,将它们代入a, b
表达式得
以理想气体状态方程求得的Vid为初值，代入式（E1）中迭代求解，第一次迭代得到y值为
第二次迭代得V2为
1.3897 10 3m3 mol
V1和V2已经相差很小，可终止迭代。故用 RK方程求得的摩尔体积近似为(E1)
V2 3
1.381 10 2.9846 10 3 5
3.2217 (1.3896 10
2.9846 10 )
0 5 6 3 3 5
673.15 . 4.053 10 1.3896 10 (1.3896 10 2.9846 10 ) 1.381 10 2.9846 10 2.1120 10 (3) 用PR方程求摩尔体积
将PR方程稍加变形，可写为
V RT b a(^—
p pV(V b) pb(V b)
R1 2? 3
式中 a 0.45724—-
Pc
从附表1查得甲烷的 =0.008。
将Tc与代入上式 用Pc、Tc和求a和b， 以RK方程求得的V值代入式(E2)，同时将a和b的值也代入该式的右边，藉此求式(E2) 左边的V值，得
V &4 5615 2.68012 10 5 4.053 106
0.10864 (1.390 10 3 2.68012 10 5)
化工热力学标准答案
化工热力学第二章作业解答
2.1试用下述三种方法计算673K，4.053MPa下甲烷气体的摩尔体积，（1）用理想气体方程；（2）用R-K方程；（3）用普遍化关系式
解 （1）用理想气体方程（2-4）
V＝RTP＝68.3146734.05310＝1.381×10-3m3·mol-1
（2）用R-K方程（2-6）
从附录二查的甲烷的临界参数和偏心因子为
Tc＝190.6K，Pc＝4.600Mpa，ω＝0.008
将Tc，Pc值代入式（2-7a）式（2-7b）
22.50.42748ccRTap22.560.42748(8.314)(190.6)4.610＝3.224Pa·m6·K0.5·mol-2
0.0867ccRTbp60.08678.314190.64.610＝2.987×10-5 m3·mol-1
将有关的已知值代入式（2-6）
4.053×106＝ 58.3146732.98710V－0.553.224(673)(2.98710)VV
迭代解得
V＝1.390×10-3 m3·mol-1
(注：用式2-22和式2-25迭代得Z然后用PV=ZRT求V也可)
（3）用普遍化关系式
6733.53190.6rTTTc 664.053100.8814.610rPPPc
因为该状态点落在图2-9曲线上方，故采用普遍化第二维里系数法。
由式（2-44a）、式（2-44b）求出B0和B1
B0＝0.083－0.422/Tr1.6＝0.083-0.422/(3.53)1.6＝0.0269
B1＝0.139－0.172/Tr4.2＝0.139－0.172/(3.53)4.2＝0.138
代入式（2-43）
010.02690.0080.1380.0281BPcBBRTc
由式（2-42）得
Pr0.881110.02811.0073.53BPcZRTcTr
化工热力学课后部分习题答案
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：
rsrTp11log 其中，cssrppp
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rT=0.7，1logsrp这一点。对于给定流体对比蒸气压曲线的位置，能够用在rT=0.7的流体与氩、氪、氙（简单球形分子）的srplog值之差来表征。
Pitzer把这一差值定义为偏心因子，即
)7.0(00.1logrsrTp
任何流体的值都不是直接测量的，均由该流体的临界温度cT、临界压力cp值及rT=0.7时的饱和蒸气压sp来确定。
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，0,,pTMpTMig （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00lnppRSSAig，则A的值与参考态压力0p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：
VTTpVS pTpTVUVT 2 2RTHTRTGp RTVpRTGT
化工热力学(第三版)答案与例题--陈新志等
化工热力学课后习题答案
第1章 绪言
一、是否题
1. 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)
2. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数.（对）
3. 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相等，初态和终态的温度分别为T1和T2，则该过程的21TTVdTCU；同样，对于初、终态压力相等的过程有21TTPdTCH。（对.状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关.）
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firevVVRTWln(以V表示)或ifrevPPRTWln （以P表示).
3. 封闭体系中的1mol理想气体（已知igPC），按下列途径由T1、P1和V1可逆地变化至P2,则
A 等容过程的 W= 0 ，Q=1121TPPRCigP，U=1121TPPRCigP，H=
1121TPPCigP.
B 等温过程的 W=21lnPPRT，Q=21lnPPRT，U= 0 ，H= 0 。 C 绝热过程的 W=11211igPCRigPPPRVPRC，Q= 0 ，U=11211igPCRigPPPRVPRC，H=1121TPPCigPCRigP。
4. 1MPa=106Pa=10bar=9.8692atm=7500.62mmHg。
5. 普适气体常数R=8.314MPa cm3 mol-1 K-1=83.14bar cm3 mol—1 K—1=8.314 J mol—1 K—1
化工热力学(第三版)课后答案完整版_朱自强
1
第二章 流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式
2-1 试分别用下述方法求出400℃、4.053MPa下甲烷气体的摩尔体积。（1） 理想气体方程；（2） RK方程；（3）PR方程；（4） 维里截断式（2-7）。其中B用Pitzer的普遍化关联法计算。
[解] （1） 根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积idV为
33168.314(400273.15)1.381104.05310idRTVmmolp
（2） 用RK方程求摩尔体积
将RK方程稍加变形，可写为
0.5()()RTaVbVbpTpVVb （E1）
其中
22.50.427480.08664ccccRTapRTbp
从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为cT=190.6K, cp =4.60MPa，将它们代入a, b表达式得种禱團鏷贲鈦礫诖韉湿慮蹑畬謳連俨缵顴泶薮辮谪码钡刹颂烩屜账蚂鱒惮謝練鱗葱鋪轵笕貪餞噲庞顯棧鍶劳渾釁铃囪倫現蹣锯铂乡琿铊锈禀斂鳇浇瓏狭净骟谒廪機锛缈譙賤誚緇审缪樞鎪偾让饬绐鮐閽鳄謾惩蕁簫鲁调枣貪寵颂。
22.56-20.560.427488.314190.63.2217mPamolK4.6010a
53160.086648.314190.62.9846104.6010bmmol
以理想气体状态方程求得的idV为初值，代入式（E1）中迭代求解，第一次迭代得到1V值为
5168.314673.152.9846104.05310V
350.563353.2217(1.381102.984610)673.154.053101.38110(1.381102.984610)
3553311.381102.9846102.1246101.389610mmol
化工热力学答案_冯新_宣爱国_课后总习题答案详解
1 第二章习题解答
一、问答题：
2-1为什么要研究流体的pVT关系？
【参考答案】：流体p-V-T关系是化工热力学的基石，是化工过程开发和设计、安全操作和科学研究必不可少的基础数据。（1）流体的PVT关系可以直接用于设计。（2）利用可测的热力学性质（T，P，V等）计算不可测的热力学性质（H，S，G，等）。只要有了p-V-T关系加上理想气体的idpC，可以解决化工热力学的大多数问题。
2-2在p-V图上指出超临界萃取技术所处的区域，以及该区域的特征；同时指出其它重要的点、线、面以及它们的特征。
【参考答案】：1）超临界流体区的特征是：T>Tc、p>pc。
2）临界点C的数学特征：
3）饱和液相线是不同压力下产生第一个气泡的那个点的连线；
4）饱和汽相线是不同压力下产生第一个液滴点（或露点）那个点的连线。
5）过冷液体区的特征：给定压力下液体的温度低于该压力下的泡点温度。
6）过热蒸气区的特征：给定压力下蒸气的温度高于该压力下的露点温度。
7）汽液共存区：在此区域温度压力保持不变，只有体积在变化。
2-3 要满足什么条件，气体才能液化？
【参考答案】：气体只有在低于Tc条件下才能被液化。
2-4 不同气体在相同温度压力下，偏离理想气体的程度是否相同？你认为哪些是决定偏离理想气体程度的最本质因素？
【参考答案】：不同。真实气体偏离理想气体程度不仅与T、p有关，而且与每个气体的临界特性有关，即最本质的因素是对比温度、对比压力以及偏心因子rT，rP和。
2-5 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？ 点在点在CVPCVPTT0022 2 【参考答案】：偏心因子ω为两个分子间的相互作用力偏离分子中心之间的作用力的程度。其物理意义为：一般流体与球形非极性简单流体（氩，氪、氙）在形状和极性方面的偏心度。为了提高计算复杂分子压缩因子的准确度。
偏心因子不可以直接测量。偏心因子ω的定义为：000.1)plg(7.0Tsrr ， ω由测定的对比温度为0.7时的对比饱和压力的数据计算而得，并不能直接测量。
化工热力学课后部分习题答案 2
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：
rsrTp11log 其中，cssrppp
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rT=0.7，1logsrp这一点。对于给定流体对比蒸气压曲线的位置，能够用在rT=0.7的流体与氩、氪、氙（简单球形分子）的srplog值之差来表征。
Pitzer把这一差值定义为偏心因子，即
)7.0(00.1logrsrTp
任何流体的值都不是直接测量的，均由该流体的临界温度cT、临界压力cp值及rT=0.7时的饱和蒸气压sp来确定。
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，0,,pTMpTMig （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00lnppRSSAig，则A的值与参考态压力0p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：
VTTpVS pTpTVUVT 2 2RTHTRTGp RTVpRTGT
《化工热力学》综合复习资料.
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第2章 流体的p-V-T关系
一、试用Pitzer三参数普遍化方法计算水蒸汽在107.9×105Pa、593K下的比容。
第3章 流体的热力学性质
一、丙烷气体的始态为1.013×105Pa、400K(可以视为理想气体)，终态为3.013×105Pa、500K。已知丙烷在理想气体状态下的摩尔热容为：
TCigp1775.099.22 (J/mol.K)
试采用三参数普遍化关系式计算始态至终态的焓变与熵变。
二、用三参数普遍化方法计算1kmol的1,3-丁二烯，从25atm及130℃压缩至125atm和280℃时的ΔH、ΔS、ΔU和ΔV。
已知理想气体状态下的定压热容(cal/mol.K)与温度(K)的函数关系为:
26310649.1710224.53432.5TTCigp
第5章 化工过程的能量分析
一、1.57MPa、484℃的过热水蒸气推动透平作功，并在0.0687MPa下排出。此透平既不绝热也不可逆，输出的轴功相当于可逆绝热膨胀功的85％。由于隔热不好，每kg的蒸汽有7.12kJ的热量散失于20℃的环境中。求此过程的理想功、损失功及热力学效率。
二、某炼厂有一台蒸汽透平，已知水蒸汽入口的温度为440℃，压力为40×105Pa，流率为4000kg/h，蒸汽排出的压力为7.0×105Pa。
(1) 假定透平绝热可逆操作，试计算透平的功率；
(2) 若透平绝热操作，输出的轴功等于绝热可逆轴功的82.65％。则蒸汽的出口温度为多少？并计算过程的有效能(火用 )损失。
三、有一逆流式换热器，利用废气加热空气，空气由0.1MPa，293K被加热到398K，空气流量为1.5kg.s–1；而废气从0.13MPa、523K冷却到368K。空气的等压热容为1.04kJ.kg–1.K–1，而废气的等压热容为0.84 kJ.kg–1.K–1，假定空气与废气通过换热器的压力与动能变化可忽略不计，而且换热器与环境无热量交换，环境状态为0.1MPa、293K。试求：
化工热力学第三版)课后答案完整版_朱自强
第二章 流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式
2-1 试分别用下述方法求出400℃、4.053MPa下甲烷气体的摩尔体积。（1） 理想气体方程；（2） RK方程；（3）PR方程；（4） 维里截断式（2-7）。其中B用Pitzer的普遍化关联法计算。
[解] （1） 根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积idV为
33168.314(400273.15)1.381104.05310idRTVmmolp
（2） 用RK方程求摩尔体积
将RK方程稍加变形，可写为
0.5()()RTaVbVbpTpVVb （E1）
其中
22.50.427480.08664ccccRTapRTbp
从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为cT=190.6K, cp =4.60MPa，将它们代入a, b表达式得
22.56-20.560.427488.314190.63.2217mPamolK4.6010a
53160.086648.314190.62.9846104.6010bmmol
以理想气体状态方程求得的idV为初值，代入式（E1）中迭代求解，第一次迭代得到1V值为
5168.314673.152.9846104.05310V
350.563353.2217(1.381102.984610)673.154.053101.38110(1.381102.984610)
3553311.381102.9846102.1246101.389610mmol
第二次迭代得2V为 353520.563353553313.2217(1.3896102.984610)1.381102.984610673.154.053101.389610(1.3896102.984610)1.381102.9846102.1120101.389710Vmmol1V和2V已经相差很小，可终止迭代。故用RK方程求得的摩尔体积近似为