第四章 化工热力学作业
化工热力学课后习题答案
化工热力学课后习题答案化工热力学课后习题答案解析与实践化工热力学是化学工程专业中的重要课程，它涉及到热力学原理在化工过程中的应用。
课后习题是学生巩固知识、提高能力的重要途径。
本文将针对化工热力学课后习题答案进行解析，并结合实际工程案例进行讨论。
第一题：某化工过程中，液体从100°C冷却至30°C，求其冷却前后的焓变化。
解析：根据热力学知识，焓变化可以通过温度变化和相变潜热来计算。
在这个过程中，液体从100°C冷却至30°C，因此焓变化可以表示为：ΔH = mcΔT + mL其中，m为液体的质量，c为液体的比热容，ΔT为温度变化，L为相变潜热。
实际案例：在化工生产中，液体冷却过程常常会伴随着热量的释放。
比如在冷却塔中，热水经过冷却塔顶部的喷淋装置，通过与空气的接触，将热量传递给空气，使水的温度降低。
这个过程中，热水的焓发生了变化，而释放的热量则被转化为冷却塔底部的冷却水。
第二题：某反应器中，气体从1MPa膨胀至0.1MPa，求其膨胀过程中的焓变化。
解析：气体的膨胀过程可以看作是绝热膨胀，根据绝热过程的热力学关系，焓变化可以表示为：ΔH = C_pΔT其中，C_p为气体的定压比热容，ΔT为温度变化。
实际案例：在化工生产中，气体的膨胀过程常常会伴随着功的输出。
比如在天然气输送管道中，高压天然气经过减压阀膨胀至低压，释放出的能量可以用来驱动压缩机或者发电机，实现能量的转换和利用。
通过以上两个习题的解析和实际案例的讨论，我们可以看到化工热力学的知识在实际工程中的重要性。
掌握热力学原理和应用是化学工程师必备的基本能力，通过课后习题的答案解析和实践案例的讨论，可以帮助学生更好地理解和应用这些知识，提高工程实践能力，为将来的工程实践打下坚实的基础。
马沛生 主编 化工热力学 第四章习题解答
习题四一、是否题M M.4—1 对于理想溶液的某一容量性质M,则 i i解：否4—2 在常温、常压下，将10cm3的液体水与20 cm3的液体甲醇混合后,其总体积为30 cm3。
解：否4-3温度和压力相同的两种纯物质混合成理想溶液，则混合过程的温度、压力、焓、Gibbs自由能的值不变。
解：否4-4对于二元混合物系统，当在某浓度范围内组分2符合Henry规则，则在相同的浓度范围内组分1符合Lewis-Randall规则.解：是4-5在一定温度和压力下的理想溶液的组分逸度与其摩尔分数成正比.解:是4-6理想气体混合物就是一种理想溶液.解：是4-7对于理想溶液，所有的混合过程性质变化均为零。
解：否4-8对于理想溶液所有的超额性质均为零。
解：否4-9 理想溶液中所有组分的活度系数为零。
解：否4—10 系统混合过程的性质变化与该系统相应的超额性质是相同的. 解：否4—11理想溶液在全浓度范围内，每个组分均遵守Lewis-Randall 定则. 解:否4—12 对理想溶液具有负偏差的系统中,各组分活度系数i γ均 大于1。
解：否4-13 Wilson 方程是工程设计中应用最广泛的描述活度系数的方程。
但它不适用于液液部分互溶系统。
解：是二、计算题4-14 在一定T 、p 下，二元混合物的焓为 2121x cx bx ax H ++= 其中，a =15000，b =20000，c = — 20000 单位均为-1J mol ⋅，求 (1) 组分1与组分2在纯态时的焓值1H 、2H ；(2) 组分1与组分2在溶液中的偏摩尔焓1H 、2H 和无限稀释时的偏摩尔焓1∞H 、2∞H 。
解：（1）1111lim 15000J mol -→===⋅x H H a2121lim 20000J mol -→===⋅x H H b（2）按截距法公式计算组分1与组分2的偏摩尔焓，先求导：()()()12121111111d dd d d11d H ax bx cx x x x ax b x cx x x =++=+-+-⎡⎤⎣⎦12=-+-a b c cx将1d d Hx 代入到偏摩尔焓计算公式中,得()()()()()()11112121111111112122d 1d (1)211221H H H x x ax bx cx x x a b c cx ax b x cx x a b c cx x a b c cx a c x a cx =+-=+++--+-=+-+-+-+---+-=+-=+()()()()21121211111111121d 2d 112HH H x ax bx cx x x a b c cx x ax b x cx x x a b c cx b cx =-=++--+-=+-+---+-=+无限稀释时的偏摩尔焓1∞H 、2∞H 为：()()2-1112012-122111221lim lim 150002000035000J mol lim lim 200002000040000J molx x x x H H a cx H H b cx∞→→∞→→==+=+=⋅==+=+=⋅4—15 在25℃，1atm 以下，含组分1与组分2的二元溶液的焓可以由下式表示：121212905069H x x x x x x =++⋅+（）式中H 单位为-1cal mol ⋅，1x 、2x 分别为组分1、2的摩尔分数，求 (1) 用1x 表示的偏摩尔焓1H 和2H 的表达式； (2) 组分1与2在纯状态时的1H 、2H ;(3) 组分1与2在无限稀释溶液的偏摩尔焓1∞H 、2∞H ;(4) ΔH 的表达式；(5) 1x =0。
化工热力学作业
化工热力学作业2-3 试根据R-K 方程2-10（)(2/1b V V T a b V RT P +--=）导出常数a 、b 与临界常数的关系式2-16、2-17（Cc P T R a 5.2242748.0= C C P RT b 08664.0=）。
2-4 某反应器容积为1.213m 3，内有45.40kg 乙醇蒸汽，温度为227℃。
试用下列三种方法求出反应器的压力。
已知实验值为2.75 Mpa 。
（a ）用理想气体方程 （b ）用R-K 方程 （c ）用三参数普遍化关联法。
2-7 试用下列三种方法计算250℃、2000KPa 水蒸气的Z 与V 。
（a ）用维里截断式2-8（21VC V R RT PV Z ++≈=），已知第二和第三维里系数的实验值为B= -0.1525 m 3·kmol -1 和C=-0.5800×10-2 m 6·kmol -2；（b ）用维里截断式2-7（RTBP RT PV Z +≈=1），其中B 用皮策普遍化关联法求出；（c ）用水蒸气表计算。
2-9 在50℃、60.97Mpa 时由0.401（摩尔分数）的氮和0.599的乙烯组成混合气体，试用下列四种方法求算混合气体的摩尔体积。
已知实验数据求出的Z 实=1.40。
（a ）理想气体方程（b ）阿玛格定律和普遍化压缩因子图；（c ）虚拟临界常数法（Kay 规则）；（d ）混合物的第二维里系数法。
2-12 选择合适的普遍化关联法计算1Kmol 丁二烯-1,3从2.53MPa 、127℃压缩到12.67 MPa 、227℃时的△H 、△S 和△V 。
已知丁二烯-1,3的T C =425.0K ，P C =4.326MPa ，V C =0.221 m 3·kmol -1，ω=0.181，理想气体等压热容C *p =22.738+222.796×10-3T －73.879×10-6T 2（kj · kmol -1K -1），或G *P /R=2.735+26.7977×10-3－8.8861×10-6T 2(T ：K)。
化工热力学作业 (4)
第四章溶液热力学性质的计算一、选择题1. 关于偏离函数M R ，理想性质M *，下列公式正确的是（）A. *R M M M =+B. *2R M M M =-C. *R M M M =-D. *R M M M =+ 2. 下面的说法中不正确的是( )（A ）纯物质无偏摩尔量。
（B ）任何偏摩尔性质都是T ，P 的函数。
（C ）偏摩尔性质是强度性质。
（D ）强度性质无偏摩尔量。
3. 关于逸度的下列说法中不正确的是( ) （A ）逸度可称为―校正压力‖ 。
（B ）逸度可称为―有效压力‖ 。
（C ）逸度表达了真实气体对理想气体的偏差。
（D ）逸度可代替压力，使真实气体的状态方程变为fv=nRT 。
（E ）逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。
4. 二元溶液，T, P 一定时,Gibbs —Duhem 方程的正确形式是 ( ). a. X 1dlnγ1/dX 1+ X 2dlnγ2/dX 2 = 0 b. X 1dlnγ1/dX 2+ X 2 dlnγ2/dX 1 = 0 c. X 1dlnγ1/dX 1+ X 2dlnγ2/dX 1 = 0 d. X 1dlnγ1/dX 1– X 2 dlnγ2/dX 1 = 0 5. 关于化学势的下列说法中不正确的是( )A. 系统的偏摩尔量就是化学势B. 化学势是系统的强度性质C. 系统中的任一物质都有化学势D. 化学势大小决定物质迁移的方向 6. 关于活度和活度系数的下列说法中不正确的是 ( )（A ）活度是相对逸度，校正浓度,有效浓度；(B) 理想溶液活度等于其浓度。
（C ）活度系数表示实际溶液与理想溶液的偏差。
（D ）任何纯物质的活度均为1。
（E ）的偏摩尔量。
7．等温等压下，在A 和B 组成的均相体系中，若A 的偏摩尔体积随浓度的改变而增加，则B 的偏摩尔体积将：( )A. 增加B. 减小C. 不变D. 不一定 8．下列各式中，化学位的定义式是 ( )9．混合物中组分i 的逸度的完整定义式是。
化工热力学第四章 作业讲解
由于 ， mol
所以，
2.常压下的三元气体混合物的 ，求等摩尔混合物的 。
解：
同ห้องสมุดไป่ตู้得
组分逸度分别是
同样得
3.三元混合物的各组分摩尔分数分别0.25，0.3和0.45，在6.585MPa和348K下的各组分的逸度系数分别是0.72，0.65和0.91，求混合物的逸度。
解：
6.已知环己烷（1）－苯（2）体系在40℃时的超额吉氏函数是 和 kPa，求（a） ；（b） ；(c) 。
第四章作业
三、填空题
1.填表
偏摩尔性质( )
溶液性质(M)
关系式( )
lnf
ln
lni
2.有人提出了一定温度下二元液体混合物的偏摩尔体积的模型是 ，其中V1，V2为纯组分的摩尔体积，a，b为常数，问所提出的模型是否有问题？由Gibbs-Duhem方程得， ，a,b不可能是常数，故提出的模型有问题；若模型改为 ，情况又如何？由Gibbs-Duhem方程得， ，故提出的模型有一定的合理性_。
解：（a）由于 是 的偏摩尔性质，由偏摩尔性质的定义知
同样得到
（b）
同样得
同理
由（c）的计算结果可得
(c)由 得到
7.已知苯（1）－环己烷（2）液体混合物在303K和101.3kPa下的摩尔体积是 （cm3mol-1）,试求此条件下的（a） ；(b) ；(c) （不对称归一化）。
解：（a）
(b)由混合过程性质变化的定义，得
3.常温、常压条件下二元液相体系的溶剂组分的活度系数为 （ 是常数），则溶质组分的活度系数表达式是 。
解：由 ，得
从 至任意的 积分，得
四、计算题
化工热力学习题解答第二～四章
例题
Z 0.8918
习 题 解 答
18
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ZRT 0.8918 8.314 743 7 3 V 5509 10 m / mol 6 p 10 10 5509 107 106 30.605cm3 / g 18
（3）用普遍化第二维里系数法
pV B C 1 2 解： (1) 维里方程 Z RT V V
1 V 388 26000 1 8.314 473 V V2
R 8.314MPa cm / mol K
3
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习 题 解 答
7
试差求得
V 3435cm3 / mol
2
8.314 473
下一内容
2
0.114 1013 Pa 2
习 题 解 答
8
上一内容
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Z 1 9.87 108 106 0.114 1013 1012 0.8846
ZRT 0.8846 8.314 473 V p 106 0.003478m3 / mol 3.478 l / mol
例题
14.285Pa m 6 K 0.5 / mol 2
0.08664RTc 0.08664 8.314 647.3 b pc 22.05 106 21.146 10 m / mol
3
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6
习 题 解 答
17
A a 14.285 4.012 1.5 6 1.5 B bRT 21.146 10 8.314 743
Z 0.68
化工热力学课后习题答案
sv sl sv sl 1、表达纯物质的汽平衡的准则有 G (T ) = G (T )或G T ,V = G T ,V （吉氏函数） 、 dT
V sv
(
)
(
)
∆H vap T∆V vap
（Claperyon
（Maxwell 等面积规则） 。它们能（能/不能）推广到其它类型的相平衡。 方程） 、V 2、对于纯物质，一定温度下的泡点压力与露点压力相同的（相同/不同） ；一定温度下的泡点与露点，在 P －T 图上是重叠的(重叠／分开)，而在 P-V 图上是分开的(重叠／分开)，泡点的轨迹称为饱和液相线，露点 的轨迹称为饱和汽相线，饱和汽、液相线与三相线所包围的区域称为汽液共存区。纯物质汽液平衡时，压 力称为蒸汽压，温度称为沸点。
s 汽化曲线方程是 P = 610.62 + 2.4688(T − 273.15)
2508 = 2.4688 8.314 × 273.15 273.15 × -1 610.62 PaK
解两直线的交点，得三相点的数据是： Pt = 615.09 Pa， Tt = 273.1575 K 2. 试由饱和蒸汽压方程（见附录 A-2） ，在合适的假设下估算水在 25℃时的汽化焓。
T2 T 终态的温度分别为 T1 和 T2，则该过程的 ；同样，对于初、终态压力相等的过程有 （对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。 ）
1
∆U = CV dT
∫
T2
∆H = C P dT
T1
∫
。
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 W = RT ln Pf Pi Wrev = RT ln Vi V f (以 V 表示)或 rev (以 P 表示)。
作业解答化工热力学第四章化工过程的能量分析2019
• 根据稳定流动过程的能量平衡方程
H
=
Q
-
WS
-
gZ
-
1 2
u2
• ∵ ∆H=mCp(T2-T1)
225 (0.750) 0.1962 = -224 k J • kg-1
• ∴送入第二贮水罐的水温
T2
H mC p
T1
224 1 4.187
95
41.5℃
• 4-3 将35kg、温度为700K的铸钢件放入135kg而温度为294K的油中冷 却，已知铸钢和油的比热容分别为(Cp)钢=0.5kJ/(kg•K)和(Cp)油 =2.5kJ/(kg•K)，若不计热损失，试求：（1）铸钢件的熵变；（2）铸 钢件和油的总熵变。
• 4-8 6.0MPa，400℃的过热蒸汽（H1=3174 kJ·kg-1，S1=6.535 kJ·kg-1·K-1）在稳流过程 中经透平绝热膨胀到0.004MPa、干度x=0.9。 （已知0.004 MPa下Hg=2554 kJ·kg-1， Sg=8.4808 kJ·kg-1·K-1，HL=120 kJ·kg-1， SL=0.4177 kJ·kg-1·K-1）。T0=298K。求该过 程的Wid、Wac、WL及热力学效率η 。
S2＝S1＝7.488kJ/(kg•K) 当p2=6.868×104Pa，S2＝7.488kJ/(kg•K)时，查得
H2 2659 kJ / kg 由此绝热可逆功
WS H2 H1 2659 3428 769 kJ / kg
• 透平机实际输出的轴功为
WS 80%WS 80% 769 615 .2kJ / kg
u2
u1
p1T2 p2T1
101.03 403 1.02 303
化工热力学习题解答第二～四章PPT课件
n 2 8 2 0 0 1 2 5 8 .9 3 k m o l/h 1 .2 5 9 1 0 6 m o l/h
2 2 .4
习题
pc
3.394106
1.5576Pam6K0.5/mol2
b0.08664RTc 0.086648.314126.2
的体积为：
V 2 3 4 . 7 6 9 . 4 c m 3 / m o l 6 . 9 4 1 0 5 m 3 / m o l
查表得氮的临界参数为：
Tc126.2K pc3.394M Pa
Vc89.5cm 3/m ol 0.04
习题 解答
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23
a0.42748R2Tc2.5 0.427488.3142126.22.5
52299741861016741036例题例题上一内容下一内容回主目录上司的判断和决策在很大程度上是根据秘书的汇报作出来的汇报的内容是否真实汇报的数据是否准确汇报的用语是否恰当习习答答30010pa77315k理想气体110pa29815k理想气体pa77315k真实气体2997418610167410299741861016741037例题例题上一内容下一内容回主目录上司的判断和决策在很大程度上是根据秘书的汇报作出来的汇报的内容是否真实汇报的数据是否准确汇报的用语是否恰当习习ln112997ln418610167410ln773152997ln4186107731529815298153001674108314ln773152981577315500115463059455046154650460021kpmpa38例题例题上一内容下一内容回主目录上司的判断和决策在很大程度上是根据秘书的汇报作出来的汇报的内容是否真实汇报的数据是否准确汇报的用语是否恰当习习2626067506750010275001dbdt16160422042200830083005088500142420172017201390139013885001525207220722000016735001dbdt39例题例题上一内容下一内容回主目录上司的判断和决策在很大程度上是根据秘书的汇报作出来的汇报的内容是否真实汇报的数据是否准确汇报的用语是否恰当习习59450050885001001027002101388500100001673001437dbdbpbtbtrtdtdt5945001027002100001673006108dbdbdtdt40例题例题上一内容下一内容回主目录上司的判断和决策在很大程度上是根据秘书的汇报作出来的汇报的内容是否真实汇报的数据是否准确汇报的用语是否恰当习习hhhhhjmol0101767050781818sssssjmolkln5945005088002101388006395500141例题例题上一内容下一内容回主目录上司的判断和决策在很大程度上是根据秘书的汇报作出来的汇报的内容是否真实汇报的数据是否准确汇报的用语是否恰当习习答答3一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
化工热力学第四章答案
Tr1
320 273.15 647.3
0.9163 ，
pr1
1.62 22.05
0.07347
由式（2-31a）、式（3-46）、式（2-31b）和式（3-47）可得
B10
0.083
0.422 T 1.6
r1
0.083
0.422 (0.9163)1.6
0.4023
dB10 dTr1
Q1
450 18.016
34.5
(115.8
230.4)
=
-98842.5 kJ·h-1
因最后的蒸汽的干度为 0.96，故需移去因相变而产生的冷凝热，从附表 3 查得 0.138MPa 时
的 hfg =2235.91 kJ·kg-1，则
Q2 450 0.04 hf g 450 0.04 2235.91= -40246.4 kJ·h-1
输送 1kg 蒸汽所需时间，
t
1 m
3600 104
0.36skg 1
透平机输出的功率为，
P
Ws t
924.08 0.36
2566.89kW
（2）若忽略进、出口蒸汽的动能和位能变化，则
mgz
0，
1 2
mu 2
0
，所以，
Ws' h (2300 3230) 930kJ kg 1
h2=x·hg+(1-x) hs' = 0.96 2701.7+0.04 485.4=2613.0 kJ·kg-1
化工热力学第四章作业
第四章 作业1 每1kg 温度为373K 的饱和水蒸汽进入一装置后（如图所示），能向450K 的高温储热器输送1860kJ 的热量，另一部分热量输送到温度为273K 的冷却水器（冷却水量很大）。
蒸汽最后在0.1013MPa ，237K 时冷凝为水离开。
用热力学第二定律判定该装置是否合理。
(373K 的饱和水蒸汽的H=2680kJ.kg -1,S=7.37 kJ.kg -1.K -1; 237K 冷凝水的H=0，S=0)解：由题知，蒸汽通过装置能连续的向高温储热器输送热量Q ，所以该过程为一个稳流过程。
因为△H=Q —Ws Ws=0所以Q =△H=H 2—H 1=0—2680kJ/kg=-2680KJ又因为Q=Q 1+Q 2 故 Q 2=Q- Q 1Q 2=-2680+1860=-820Kj每1kg 蒸汽通过该装置所发生的熵变△ S 1=0—7.37=-7.37kJ/K高温储热器的熵变△ S 2=1860/450=4.13kJ冷却水的熵变（冷却水用量不限，故假设温度273K 保持不变）为△ S 3=820/273=3.0kJ/K总熵变为 △S= △S 1 +△S 2 +△S 3=-7.37+4.13+3.0=-0.24<0根据熵增原理，总熵变应为△S ≥0但现在总熵变为负值，所以从理论山来分析，该装置的设计是不合理的。
2．某蒸汽动力循环操作条件如下：冷凝器出来的饱和水（冷凝器压力0.035Mpa ）由泵从0.035Mpa 加压至1.5Mpa 进入锅炉（锅炉压力1.5Mpa ），蒸汽离开锅炉时被过热器加热至280℃。
3311024510.m kg ν--=⨯⋅水。
该循环透平机进行绝热可逆操作，增压泵也进行绝热可逆操作。
求：(1) 上述循环的效率。
(2) 在锅炉和冷凝器的压力的饱和温度之间运行的卡诺循环的效率，以及离开锅炉的过热蒸汽温度和冷凝器饱和温度之间运行的卡诺循环的效率。
提示：如图，各状态点的热力学性质，可由附录水蒸汽表查得解： (1) 各状态点的热力学性质，可由附录水蒸汽表查得 16303.46H KJ kg -=⋅ 123611612() 1.024510(1.50.035)10 1.5P P H H V d P V P P k J k g ---==-=⨯⨯-⨯=⋅⎰ 115.146.303-⋅+=kg kJ H （由于液体压力增加其焓增加很少，可以近似16H H =） 142992.7H KJ kg -=⋅ 4 6.8381S =11--⋅⋅K kg kJ 该循环透平机进行绝热可逆操作，增压泵也进行绝热可逆操作时效率最高。
化工热力学混合流体性质习题第四章-流体混合物的热力学性质-习题-解答
第四章 流体混合物的热力学性质思考题1) 在化工热力学中引入偏摩尔性质的意义何在？在进行化工计算时，什么情况下不能使用偏摩尔量？2) 简述Gibbs-Duhem 方程的用途，说明进行热力学一致性检验的重要性。
3) 简述求混合性质变化的实际用途。
4) 讨论理想气体的混合物和气态理想溶液的区别和联系。
5) 真实气体混合物的非理想性表现在哪几个方面？ 6) 说明在化工热力学中引入逸度计算的理由。
7) 解释活度定义中的标准态，为什么要引入不同的标准态？8) 混合物的逸度和逸度系数与它的组元逸度和逸度系数有什么关系？由这种关系我们可以得出什么结论？9) 讨论偏摩尔性质、混合性质变化和超额性质这三个概念在化工热力学中各起的作用。
10) 试总结和比较各种活度系数方程，并说明其应用情况。
计算题1. 某酒厂用96％（wt ）的食用酒精配酒，酒中的乙醇含量为56％（wt ）。
现决定用1吨食用酒精进行配制，问需加多少水才能配成所需的产品？所得酒有多少m 3？已知在25℃和解：1吨食用酒精中乙醇质量：1*0.96=0.96吨 可配成酒的质量：0.96/0.56=1.714(吨) 所需水的质量：1.714-1=0.714（吨）酒中水的质量：1-0.96+0.714=0.754（吨） 配成的酒的体积22H O EtOH H O EtOH30.9530.754 1.2430.960.718562 1.193281.911842(m )Vt V m V m =⋅+⋅=⨯+⨯=+=2. 298.15K 下，有若干NaCl(B)溶解于1kg 水(A)中形成的溶液，其总体积为V n n n t B B B=+++1001381662517730119322..../ (3cm )。
求B n =0.5mol 时，水和NaCl的偏摩尔B A V ,V 。
123(),,316.625 1.7730.1192218.625(cm )B AB B B nV V T P n n n n ⎡⎤∂=⎢⎥∂⎣⎦=+⨯⨯+⨯⨯=3322223()31001.3816.625 1.7730.11916.625 1.77320.11921001.12655.5518.022(cm )t B B A AB B B B B B AV n V V n n n n n n n n -=⎡⎤+++--⨯-⨯⎢⎥⎣⎦===3. 在30℃和10.133kPa 下，苯（1）和环几烷（2）的液体混合物的容积数据可用2611(109.416.8 2.64)10V x x -=--⨯表示。
化工热力学习题及详细解答
化工热力学习题及详细解答习题 (2)第1章绪言 (2)第2章 P－V－T关系和状态方程 (4)第3章均相封闭体系热力学原理及其应用 (8)第4章非均相封闭体系热力学 (13)第5章非均相体系热力学性质计算 (19)第6章例题 (27)答案 (40)第1章绪言 (40)第2章 P－V－T关系和状态方程 (44)第3章均相封闭体系热力学原理及其应用 (51)第4章非均相封闭体系热力学 (68)第5章非均相体系热力学性质计算 (87)附加习题 (103)第2章 (103)第3章 (104)第4章 (107)第5章 (109)习题第1章 绪言一、是否题1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。
2. 封闭体系的体积为一常数。
3. 封闭体系中有两个相βα,。
在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。
4. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。
5. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。
6. 要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程 P=P （T ，V ）的自变量中只有一个强度性质，所以，这与相律有矛盾。
7. 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T 1和T 2，则该过程的⎰=21T T V dT C U ∆；同样，对于初、终态压力相等的过程有⎰=21T T P dT C H ∆。
8. 描述封闭体系中理想气体绝热可逆途径的方程是γγ)1(1212-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=P P T T （其中ig Vig P C C =γ），而一位学生认为这是状态函数间的关系，与途径无关，所以不需要可逆的条件。
9. 自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。
10. 自变量与独立变量是不可能相同的。
二、填空题1. 状态函数的特点是：___________________________________________。
化工热力学计算题
计算题，仅供参考，公式一般没问题，可能会存在计算的错误哈 第三章一、内插法 1、初态时，slm 1=0435.105.01=SLL V VSVV svV V m 11=SVsvSLsl sv sl t U m U m U m m m 1111111.............+=+=终态时为饱和蒸汽，ttt SVm m V V 12==（注意单位转换）根据内插法，5.25250.25635.252549.1567.2149.1522--=--SVSVU V ，解得U 2sv=2556.7J/gU 2=m t U 2sv 因为恒容，故所需热量为Q=U2-U1 3、初态时SVt V Vt m 1=U 1=m t U 1sv终态时，一半的蒸汽冷凝，故ml=mv=0.5mt SVtt SVV m V V 1225.0==根据内插法，19.80665.85019.8060.25903.25950.25904.1275.1564.127222--=--=--SLSVSVU U V)(5.022222SVSLt SVV SLL U U m U m U m U +=+=因为恒容，故导出热量为Q=U2-U1二、干度2、⑴70℃时，干度为95%的湿蒸汽的H=95%Hsv+5%Hsl S=95%Ssv+5%Ssv ⑵因为S ＞6.0701J/(g ·k)，故为过热蒸汽状态。
由内插法2568.64553.62568.64.6280320280--=--T2568.64553.62568.64.68.29014.30158.2901--=--H 解得温度T 、H第四章 4-13⑴725.1235.096.1])235.096.1([])ln ([ln)(,,11)(,,111=-=∂-∂=∂∂=≠≠∧i j nj P T i j nj P T n n n n f n x f（此处不懂得看高数课本微积分哈）解得，f1帽子/x1，继而求得f1帽子，f2帽子同理⑵6125.5lim11111==∧→x f f x ，同理可求f2四、计算题㈡偏摩尔性质、过量性质、超额性质2、⑴H=90x1+50x2+x1x2（6x1+9x2）=503124931211++-x x x ，则211192449x x dx dH +-=312111116212499)1(x x x dx dH x H H -+-=-+=312111261250x x dx dH x H H -+=-=⑵9060212499lim 1111=-+-==→H H x 50lim 2122==→H H x⑶99lim 1011==→∞H H x 56lim 20221==→∞H H x⑷3121122113129)(x x x H x H x H H +-=+-=∆ (此外，H H E∆=)㈢逸度、活度系数、超额性质2、⑴因为21458.0x x RTGE=，故21212,,11,,])458.0([])/([ln n P T n nn n n RT nG n P T E∂∂=∂∂=γ222122212458.0458.0458.0)1458.0(458.0x x x x nn n x =-=-+=则22458.01x =γ ，同理可得21458.02x =γ458.01011lim==→∞γγx 458.02022lim==→∞γγx⑵1111111ˆγγx p x p f s l l ≈= 2222222ˆγγx p x p f sl l ≈=222111ˆlnˆlnln x f x x f x f += 解得lnf⑶1112,1limx f H lx ∧→= 2221,2limx f H lx ∧→=⑷∞*=111γγγ ∞*=222γγγ1、⑴10ˆlim11111==→*x f f x⑵40ˆlim11012,1==→x f H x⑶2111111364ˆx x x f f +-==γ⑷12,111ˆx H f =*γ3、2,,111])ln ([ˆlnn P T n f n x f ∂∂= 即可求得f1帽子，同理可求f2帽子11111ˆlimx f f x →=，同理可求f2第五章㈠理想体系 5-21⑴TC B A p s+-=1111ln T C B A p s+-=2222ln 即可求得泡点压力p1、p2对于理想体系，根据i sii x p py =，有122121y x y x p p ss =，两边取对数得122121lnln ln y x y x p p ss =-即可求得y1、y2⑵又上题可知，==-122121lnln ln y x y x p p ss -+-TC B A 111)(222TC B A +-，即可求得温度T ，根据TC B A p s+-=1111ln TC B A p s+-=2222ln 即可求得p1、p2对于理想体系2211x p x p p ss+=，带入求得压力p ⑶冷凝率 根据TC B A p s+-=1111ln TC B A p s+-=2222ln 得p1、p2又2211x p x p p ss+=得x1、x2 又111x p py s= 222x p py s=得y1、y2根据3.0)1(21=+-=ly y l z ， 解得冷凝率l （此处z 为题目中的y1，与上式解得的y1不同） ㈡半理想体系2、⑴根据i i si i x p py γ=即可求得γ1、γ2⑵根据2211ln ln γγx x RTGE+=，可求得RTGE⑶2211ln ln x RTx x RTx G G E ++=∆ 可得ΔG/RT 4-26⑴因为气相11ˆpy f v = 22ˆpy f v = 又v v vf f f 21ˆˆ+=，21py py p +=，可得p f v=⑵根据TC B A p s+-=1111ln TC B A p s+-=2222ln 求得p1、p2根据)()ln(ln 11,221,222,112,1122,11x x x x x x x i Λ-Λ-Λ-Λ+Λ+-=γ（忘记分母是加还是减了，可查课本哈），同理可求γ 2带入1111ˆγx p f s l = 2222ˆγx p f s l =中求得液相组分逸度l f 1ˆ、lf 2ˆ㈣共沸混合物3、⑴2221212,,11,,])([])/([ln Bx n P T n nn Bn n RT nG n P T E=∂∂=∂∂=γ，同理得212ln Bx =γ⑵221Bx =γBx ==→∞1011lim γγ，则688.27.14ln ln 1===∞γB⑶因为为恒沸点组成，故xi=yi 根据i i sii x p py γ=得i s ip p γ=，则2122211221ln ln lnln Bx Bx pp s s-=-==γγγγ代入数值得恒沸点组成x1、x2 根据11γsp p =求得平衡蒸汽总压p ⑷2211ln ln x RTx x RTx G G E++=∆。
化工热力学作业答案
一、试计算一个125cm 3的刚性容器，在50℃和18.745MPa 的条件下能贮存甲烷多少克（实验值是17克）？分别比较理想气体方程、三参数对应态原理和PR 方程的结果。
解：查出T c =190.58K,P c =4.604MPa,ω=0.011(1) 利用理想气体状态方程nRT PV = g m RTPVn 14872.0=⇒== (2) 三参数对应态原理查表得 Z 0=0.8846 Z 1=0.2562(3) PR 方程利用软件计算得g m n mol cm V 3.1602.1/7268.1223=⇒=⇒= 二、用virial 方程估算0.5MPa ，373.15K 时的等摩尔甲烷（1）-乙烷（2）-戊烷（3）混合物的摩尔体积(实验值5975cm 3mol -1)。
已知373.15K 时的virial 系数如下（单位：cm 3 mol -1），399,122,75,621,241,20231312332211-=-=-=-=-=-=B B B B B B 。
解：混合物的virial 系数是44.230939921222752621241202223113233212213232221213131-=⨯-⨯-⨯----=+++++==∑∑==B y y B y y B y y B y B y B y B yy B iji j j i298.597444.2305.0/15.373314.8/=-⨯=+=B P RT V cm 3 mol -1三、(1) 在一定的温度和常压下，二元溶液中的组分1的偏摩尔焓如服从下式2211x H H α+=，并已知纯组分的焓是H 1，H 2，试求出H 2和H 表达式。
解： ()11222122121121222dx x dx x x x dx dx H d x x H d x x H d αα-=-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=得2122x H H α+=同样有2211x H H α+= 所以212211x x x H x H H x H i i α++==∑()()1,,o r r r r Z Z P T Z P T ω=+323.1518.7451.696 4.071190.58 4.604r r T P ====0.88640.0110.25620.8892Z =+⨯=30.88928.314323.15127.4/18.745ZRT V cm molP ⨯⨯===1250.9812127.4t V n mol V ===15.7m g=(2)298.15K ， 若干NaCl(B )溶解于1kg 水(A )中形成的溶液的总体积的关系为22/3119.0773.1625.1638.1001BB B t n n n V +++= (cm 3)。
化工热力学第四章作业
1. 在一定的温度和常压下，二元溶液中的组分1的偏摩尔焓如服从下式 2211x H H α+=，并已知纯组分的焓是H 1，H 2，试求出H 2和H 表达式。
2. 298.15K ， 若干NaCl(B )溶解于1kg 水(A )中形成的溶液的总体积的关系为22/3119.0773.1625.1638.1001BB B t n n n V +++= (cm 3)。
求B n =0.5mol 时，水和NaCl 的偏摩尔B A V V ,。
3. 对于二元气体混合物的virial 方程和virial 系数分别是RTBPZ +=1和iji j ji By y B ∑∑===2121，试导出21ˆln ,ˆln ϕϕ的表达式。
计算20kPa 和50℃下，甲烷(1)－正己烷(2)气体混合物在5.01=y 时的f vv ,,ˆ,ˆ21ϕϕϕ。
已知virial 系数 B 11=-33，B 22=-1538，B 12=-234cm 3 mol -1。
4. 利用Wilson 方程，计算下列甲醇（1）－水（2）体系的组分逸度（a ）P =101325Pa ，T =81.48℃，y 1=0.582的气相；（b ）P =101325Pa ，T =81.48℃，x 1=0.2的液相。
已知液相符合Wilson 方程，其模型参数是11598.1,43738.02112==ΛΛ 提示：按部分理想系计算，其中，蒸汽压si P 由 Antoine 方程计算，查附表得纯物质的Antoine常数甲醇和水的Antoine 常数和蒸汽压5. 在T 、P 为常数时，曾有人推荐用下面一对方程来表达某二元系的偏摩尔体积数据： 1－ V1 = a + (b-a)*x1 + b* x12 2 —V2 = a + (b-a)*x2 + b* x22式中：只是温度和压力的函数，试问从热力学角度考虑，上述方程是否合理？。
化工热力学习题及答案第四章化工过程的能量分析
化⼯热⼒学习题及答案第四章化⼯过程的能量分析第四章化⼯过程的能量分析4-1设有⼀台锅炉，⽔流⼊锅炉是之焓为62.7kJ ? kg -1，蒸汽流出时的焓为 2717 kJ ? kg -1,锅炉的效率为70%，每千克煤可发⽣ 29260kJ 的热量，锅炉蒸发量为 4.5t ? h -1，试计算每⼩时的煤消耗量。
1 2L H u g =Z ⼆W sQ体系与环境间没有功的交换：W s =0，并忽动能和位能的变化,设需要煤mkg ，则有： 4.5 103(2717 _62.7) = 29260m 70%解得：m = 583.2kg4-5 ⼀台透平机每⼩时消耗⽔蒸⽓ 4540kg ，⽔蒸⽓在4.482MPa 、728K 下以61m - s 的速度进⼊机内，出⼝管道⽐进⼝管到底 3m,排⽓速度366 m ?s 1。
透平机产⽣的轴功为 703.2kW , 热损失为1.055 X 105kJ ? h -1。
乏⽓中的⼀⼩部分经节流阀降压⾄⼤⽓压⼒，节流阀前后的流速变化可忽略不计。
式计算经节流后⽔蒸⽓的温度及其过热度。
1 2解：稳态流动体系能量衡算⽅程： H u 2 g.lZ =W sQ2以每⼩时单位⽔蒸⽓作为计算标准51.055 10 454012 12 21223u (U 2 -⼭)(366 -61 ) 10 =65.117kJ kg2 2 2Z p ⼆ g Z =9.8 (-3) 10^ = -29.4 10‘kJ kg将上述结果代⼊能量衡算⽅程得到： H - -645.93kJ kg 查表得到4.482MPa , 728K 过热⽔蒸汽焓值： H^3340kJ kg 进出⼝焓变为出⼝⽓体焓值减去进⼝⽓体焓值：：H =H 2 - ⽐对于节流膨胀过程，节流膨胀过程为等焓过程，汨'=0--23.24kJ kg 703.2 36004540 =-557.6kJ kg节流后⽔蒸⽓焓值：H 2=⽐：H = 3340 -646 = 2694kJ kg J内插法查0.1MPa 下过热⽔蒸汽表，得到： T =106.5 C ，过热度65C4 — 16 1mol 理想⽓体，400K 下在⽓缸内进⾏恒温不可逆压缩，由 0.1013MPa 压缩到1.013MPa 。
《化工热力学》习题
《化工热力学》习题第二章 流体的p-V-T 关系1. 试推导教材第6页上V an der Waals 方程中的常数a 、b 的计算式。
2. 某气体状态方程式满足 Va b V RT p --= 式中，a 、b 是不为零的常数。
问此气体是否有临界点？若有，试用a 、b 表示；若无，请解释原因。
3. 某气体的p-V-T 行为可用下列状态方程描述： p RT b RT pV ⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=θ 式中，b 为常数，θ仅是T 的函数。
证明：此气体的等温压缩系数 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=p RT b RT p RT k θ（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、方程常数的确定三方面对下列状态方程进行比较：V an der Waals 、RK 、SRK 、Virial 、MH 、PR 方程。
5. 由蒸气压方程lg p s = A －B/T 表达物质的偏心因子，其中A 、B 为常数。
6. 试分别用下列方法计算水蒸气在10.3MPa 、643K 下的摩尔体积，并与实验值0.0232m 3/kg 进行比较。
已知水的临界参数及偏心因子为：c T =647.3K, c p =22.05MPa, ω=0.344(1) 理想气体状态方程；(2) 普遍化关系式。
7. 试用三参数普遍化关系估计正丁烷在425.2K 、4.4586MPa 时的压缩因子，并与实验值0.2095进行比较。
8. 试用Pitzer 普遍化压缩因子关系式计算CO 2(1)和丙烷（2）以3.5：6.5（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）－乙烷（2）－戊烷（3）混合物的摩尔体积（实验值为5975cm 3/mol ）。
已知373.15K 时的维里系数如下（单位：cm 3/mol ）：B 11＝－20，B 22＝－241，B 33＝－621，B 12＝－75，B 13＝－122，B 23＝－399。
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分的逸度与其摩尔分率成正比例； • （2）对于理想溶液，混合过程的所有性质 变化均为零； • （3）对于理想溶液，所有过量(超额)性质 均为零; • （4）当p→0的极限情况下，气体的f/p的比 值趋于无穷，其中f是逸度。
• 7、 在一定温度和压力下，测得某二元
体系的活度系数方程为： lnγ1=x22(0.5+2x1) lnγ2=x12(1.5-2x1) 试问上述方程式是否满足Gibbs-Duhem 方程？
1、某二元液体混合物在固定T 及P下的焓可用 下式表示： H=400 x1+600 x2+x1 x2（40 x1+20 x2） 式中H单位为J/mol。试确定在该温度、压力状 态下： （1）用x1表示的H1和H2； （2）纯组分焓H1和H2的数值； （3）无限稀释下液体的偏摩尔焓H1∞ H2∞ 的 数值。
• 2、在25℃下，0.1013 MPa下，n2 mol的 NaCl（2）溶
于1kg H2O（1）中所形成的溶液的总体积 Vt（cm3）
与n2的关系为：
Vt=1001.38 + 16.625 n2 + 1.773 n23/2 + 0.1194 n22
试求n2 = 0.5 mol时，H2O 和 NaCl 的偏摩尔体积 V1和
V2。
பைடு நூலகம்
• 5、在473K，5MPa下两气体混合物的逸度系
数可用下式表示： lnφ=y1y2(1+y2) 式中y1 ，y2为组分1和2的摩尔分率，试求 f f 及 f 的表达式，并求出当y1 =y2=0.5时， ， f 各为多少？
2 1 2
1
• 6、 试判断下列说法是否正确？ • （1）在恒定T和p下的理想溶液，溶液中组