化工热力学
化工热力学
化工热力学化工热力学的第一个问题就是热能的转换。
它包括各种形式的热量之间的转换，如物质之间、设备之间、管线之间、以及反应容器内的气体之间的热量转换，因此这一章讨论各种传热问题。
化工热力学的第二个问题是研究反应中能量的传递问题，包括原料与产品的化学反应，产品与副产品的物理加工过程。
化工热力学的第三个问题是研究物质在溶液、悬浮液和气体中的分散与凝聚，其中包括固体物质的溶解、离析、沉降、升华、凝结、胶体化以及气体中的扩散等问题。
化工热力学的第四个问题是研究燃烧问题，包括燃烧方法的选择、燃烧室的设计和热量的测量等问题。
高温时空气中水蒸气液化变成饱和液态水。
温度降低到100 ℃以下时，液态水全部结冰。
水的结晶温度随压力升高而降低，纯净的水在一定的压力下有固定的熔点，温度在一定范围内变动，由于结构不同，在不同的条件下会发生物理性质上的变化，可制成很多晶体。
如常见的冰、干冰、雪、盐等，熔点不同。
水蒸气在一定条件下可以直接变成水。
水蒸气凝结时要吸收热量。
用途很广，人类生活和生产中大量需要各种各样的水。
水有许多不同的状态，有冰、水汽、水滴、雾、露、湿空气、液态水、盐水、海洋水、地下水、泉水、河流、湖泊、溪水、海水等。
水与水之间有密切的联系，如果我们能够科学地使用水资源，就会避免许多水灾害。
水有自己的运动规律，按照这些规律来观察和认识水，将会给人们带来很大的好处。
在过去的十几年里，世界上许多国家面临着水资源不足的危机。
为了减少用水，保护水资源，世界各国都非常重视节约用水。
全世界每年缺水约500亿立方米。
在干旱的北非、中亚和南美一些地区，每天至少损失100万人口的饮用水。
我国也面临着严峻的缺水问题。
我国人均水资源占有量仅为世界人均量的四分之一。
3。
化学分析是对实验中所得到的数据进行分析和处理，从而得出结论或者通过一定的推理，证明某种结果是否符合事实。
4。
溶液在一定条件下能够导电，且当两种液体互相接触时会发生放热现象，把这两种液体分开的方法叫做分液。
化工热力学知识要点
化工热力学知识要点1、化工热力学的研究方法：宏观研究方法 微观研究方法。
2、热力学体系：孤立体系（无物质无能量） 封闭体系（无物质 有能量） 敞开体系（有物质 有能量）。
3、体系 环境：在热力学分析中，将研究中涉及的一部分物质（或空间）从其余物质（或空间）中划分出来。
其划分出来部分称为体系，其余部分称为环境。
4、状态函数：描述体系所处状态的宏观物理量成为热力学变量（状态函数）。
常用的状态函数有压力、温度、比容、内能、焓、熵、自由焓等。
5、循环：体系经过一系列的状态变化过程后，最后由回到最初状态，则整个的变化称为循环。
分为正向循环和逆向循环。
6、临界点：气化线的另一个端点是临界点C，它表示气液两相能共存的最高压力和温度，即临界压力cp 和临界温度cT 。
7、临界点的数学表达式：临界等温线在临界点上的斜率和曲率都等于零。
数学上表示为0=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=cTT V p 022=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=cTT V p8、直线直径定律：当以饱和液体和饱和蒸气密度的算术平均值对温度作图时，得一近似的直线。
9、纯物质的p-V-T 图：P 510、理想气体状态方程：RT pV =式中，p 为气体压力；V 为气体摩尔体积；T 为绝对温度；R 为通用气体常数 8.314J/(mol ·K)11、范德华方程（van der Waals 方程）：2V ab V RT p --= 其中cc pT R a 642722=；cp RTb 8=。
12、R-K 方程： )(5.0b V V T ab V RT p +--= 其中ccp T R a /42748.05.22=;cc p RT b /08664.0=。
13、维里方程（Virial 方程）：++++==321V DV C V B RT pV Z (2-26) 或者 ++++==32'''1p D p C p B RTpVZ式中， 、、、)'()'()'(D D C C B B 分别称为第二、第三、第四、 Virial 系数。
化工热力学化工工艺
化工热力学（化学工程与工艺专业）（Chemical EngineeringThermodynamics）目的和要求化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，是化工类专业必修的专业基础课程。
化工热力学是将热力学原理应用于化学工程技术领域，其主要任务是以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，研究各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。
化工热力学的主要研究范畴在于决定设计分离过程、化学反应器所需的相平衡以及化学反应平衡数据、参数和平衡时的状态以及对化工过程进行热力学分析。
因而它是化工过程研究、开发与设计的理论基础。
要求通过本课程的学习，掌握常用的几种气体状态方程式，能够熟练进行流体热物理性质的计算，了解化工过程的热力学分析方法及其在化工节能领域的应用，掌握常用的几种活度系数方程以及汽液平衡的计算等关键内容。
学习化工热力学要求具备物理化学的基础。
基本内容及学时分配（54学时）1．绪论（2学时）2．流体的PVT关系（8学时）2．1 纯物质的PVT关系2．2 气体的状态方程式2．3 对比态原理及其应用2．4 真实气体混合物的PVT关系3．流体的热力学性质（10学时）3．1 单相流体系统基本方程式3．2 热力学性质的计算3．3 两相系统的热力学性质及热力学图表4．化工过程的能量分析（10学时）4．1 能量平衡方程4．2 功热间的转化4．3 熵函数4．4 理想功和损失功4．5 化工过程的热力学分析方法5．蒸汽动力循环与制冷循环（4学时）5．1 卡诺循环5．2 朗肯循环5．3 制冷循环6．溶液的热力学性质（14学时）6．1 变组成体系热力学性质间关系式6．2 偏摩尔性质6．3 逸度与逸度系数6．4 理想溶液和非理想溶液6．5 活度与活度系数6．6 过量性质6．7 活度系数方程7．相平衡（6学时）7．1 平衡的判据7．2 汽液平衡的基本问题和处理方法7．3 汽液平衡数据的热力学一致性检验主要参考书[1]S mith J M and Van Ness H C. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics.4th ed. McGraw-Hill. New York. 1981[2]朱自强主编，化工热力学，化学工业出版社，1980[3]袁一，胡德生，化工过程热力学分析法，化学工业出版社，1985[4]普劳斯尼茨J M. 用计算机计算多元汽液和液液平衡，陈川美译，化学工业出版社，1987。
化工热力学整理
第一章1.化工热力学的作用地位：化工热力学是将热力学原理应用于化学工程技术领域。
它的主要任务是以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，研究各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。
化工热力学是化学工程学的重要组成部分，是化工过程研究、开发与设计的理论基础。
2.热力学第零定律：当两个物体分别与第三个物体处于热平衡时，则这两个物体彼此之间也必定处于热平衡。
这是经验的叙述，称热平衡定律，又称热力学第零定律。
热力学第一定律即能量守恒定律：在任何过程中能量不能创造也不能消灭，只能按照严格的当量从一种形式转变为另一种形式。
热力学第二定律：任何体系都是自动地趋向平衡状态，一切自动过程都是不可逆的3.相律定义：'2R R K F--+-=π式中F 称为自由度，也就是独立的强度性质的数目，π、R 和'R 分别是相数、独立的化学反应数和其它的强度性质的限制数。
4.热力学基本方程 对于均相系统，热力学基本方程一共有四个，它们是：∑∑==++-=Ki ii L l l l dn dY X pdV TdS dU 11μ，∑∑==+++=Ki i i Ll l l dn dY X Vdp TdS dH 11μ∑∑==++--=Ki i i Ll l l dn dY X pdV SdT dA 11μ，∑∑==+++-=Ki i i Ll l l dn dY X Vdp SdT dG 11μ),,,(),,,(),,,(),,,(i l i l i l i l n Y P T G TS H G n Y V T A TS U A n Y P S H PV U H n Y V S U U =-==-==+==这四个基本方程可由热力学第一和第二定律导得。
推导前需要一个有关状态或平衡态的基本假定：对于一个均相系统，如果不考虑除压力以外的其它广义力，为了确定平衡态，除了系统中每一种物质的数量外，还需确定两个独立的状态函数。
化工热力学
数有关，还与物质的蒸气压及外界条件温度相关联，建立 了SRK方程。 ▪ 形式
p RT a V b V (V b)
式中的方程常数b与RK方程的相同，常数a的表达式为
关。虽然有的状态方程可以用于气、液两相，但
较多用于气相，而且准确也高，而活度系数模型 主要用于液体溶液。
（2）意义： 化工热力学解决的三大问题中，以平衡状态下 热力学性质的计算最为重要，它是解决其它问题的基础， 所以在本书中受到特别的重视，所占的篇幅较多，其理由 如下：
▪ 物性及热力学性质是化工工艺设计中不可缺少的基础数据。 化工生产要涉及大量的物质，在过程开发和化工生产中， 若对处理物料的性质不了解，则无法分析流体间物质和能 量的传递，也无法设计分离过程，更无法认识其反应过程。
▪ 超临界流体区：高于临界温度和压力的区域叫超临界流体 区。从液体到流体或从气体到流体都不存在相变化。超临 界流体既不同于液体，也不同于气体，它的密度可以接近 液体，但具有类似气体的体积可变性和传递性质，可以作 为特殊的萃取溶剂和反应介质，与此相应的开发技术有超 临界萃取和超临界反应等。
▪ P-V图上的等温线: 主要有三种, 一是高于临界温度的等 温线T1，曲线平滑，近于双曲线，即PV = 常数，符合理 想气体的状态方程；二是小于临界温度的等温线T3，被 AC和BC线截断为三部分，其中水平段表示气液两相平衡
▪ 模型：经典热力学原理必须与反映系统特征的模 型相结合，才能解决实际问题。因为它只表示了
上述两类热力学性质之间的普遍依赖关系，并不
因具体系统而异。具体系统的这种关系还要由此
化工热力学
化工热力学讲稿0.绪论0.1 热力学发展简史1593年伽利略制造出第一支温度计1784年有了比热容的概念18世纪中期，热质说18世纪末到19世纪中叶，热动说蒸汽机发明，1824年，卡诺提出理想热机，热力学的萌芽1738年，伯努利方程诞生，为其验证能量守恒，即热力学第一定律1824年出项第一个热功当量，焦耳进行试验测定1850年克劳修斯证明了热机效率，1854年正式命名了热力学第二定律1913年能斯特提出热力学第三定律1931年Fowler提出热力学第零定律0.2化工热力学的主要内容热力学第一定律和热力学第二定律。
与物化不同之处在于要讨论系统与环境既有物质交换又有能量的情况，偏重的是在实际工程上的应用。
0.3 化工热力学的研究方法及其发展微观与宏观相结合微观：分子热力学宏观：经典热力学量子力学的发展液位化工热力学的研究提供了新的途径，0.4 化工热力学在化工中的重要性定性定量0.5 热能转换的基本概念一、热力系、状态及状态参数（一）热力系与工质1、工质：在物化学习当中我门知道热机就是将热能转变为机械能的设备，如气轮机、内燃机等都是热机。
在热机中要使热能不断的转变为机械能，需要借助于媒介物质。
实现能量转换的媒介物质就是工质。
例如在卡诺热机当中的工质就是理想气体。
不同性质的工质对能量转换的效果有直接影响，工质性质的研究是本学科的重要内容之一。
原则上，气、液、固三态物质都可以作为工质，但热力学中，热能与机械能的转换是通过物质体积变化来实现的，为使能量转换快速而有效，常选气态物质为工质。
在火电厂中，由于工质连续不断的通过热力设备膨胀做功，因此，要求工质应有良好的膨胀性和流动性，此外，还要求工质热力性质稳定，无毒，无腐蚀，价廉、易得等。
因此，目前火电厂中采用水蒸气作为工质。
水在锅炉中吸热生成蒸气，然后在气轮机中膨胀推动叶轮向外做功，做功后的乏汽在宁汽器中向冷却水放热又凝结为水。
在这一系列中，炉膛中的高温烟气是向工质提供热量的高温热源，气轮机是实现能量转换的热机，凝汽器中的冷却水是吸收工质所释放的废热的低温热源，通过工质的状态变化及它和高温热源、低温热源之间的相互作用实现了热能向机械能的连续转换。
化工热力学公式总结
化工热力学公式总结1.热平衡公式：对于封闭系统，内能变化等于热变化和功变化之和。
即：ΔU=Q-W其中，ΔU表示内能变化，Q表示系统吸收或放出的热量，W表示系统对外做功。
2.热容公式：热容是单位质量物质温度变化1°C所吸收或放出的热量。
Q=mCΔT其中，Q表示吸收或放出的热量，m表示物质的质量，C表示热容，ΔT表示温度变化。
3.平衡常数（K）公式：对于化学反应：aA+bB↔cC+dD反应的平衡常数（K）定义为反应物浓度的乘积与生成物浓度的乘积之比：K=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b其中，[A]、[B]、[C]、[D]表示反应物和生成物的摩尔浓度。
4.反应焓变（ΔH）公式：反应焓变是化学反应进行过程中吸热或放热的量。
根据焓守恒定律，反应焓变可以通过反应物和生成物焓变的差值表示：ΔH=ΣnΔHf(生成物)-ΣmΔHf(反应物)其中，n和m为反应物和生成物的系数，ΔHf表示物质的标准生成焓。
5.反应熵变（ΔS）公式：反应熵变是化学反应进行过程中熵的变化。
根据熵守恒定律，反应熵变可以通过反应物和生成物熵变的差值表示：ΔS=ΣnS(生成物)-ΣmS(反应物)其中，n和m为反应物和生成物的系数，S表示物质的熵。
6.反应自由能变（ΔG）公式：反应自由能变是化学反应进行过程中自由能的变化，可以通过反应物和生成物的自由能差值表示：ΔG=ΣnG(生成物)-ΣmG(反应物)其中，n和m为反应物和生成物的系数，G表示物质的自由能。
7.热力学平衡公式：对于可逆反应，根据吉布斯自由能变可以推导出热力学平衡公式：ΔG=ΔH-TΔS其中，ΔG为反应的吉布斯自由能变，ΔH为反应的焓变，ΔS为反应的熵变，T为温度。
以上是化工热力学中常用的公式总结，这些公式在研究和设计化工过程中起到了重要的作用。
通过应用这些公式，可以计算和预测系统的热力学性质和能量转化，从而优化化工过程的设计和操作。
同时，这些公式也为研究反应机理和确定过程条件提供了理论基础。
化工热力学
6
3.1 热力学及其特性
热力学主要是研究热现象和能量转换的。 热力学以宏观体系作为自己的研究对象,就 其内容而言,它涉及到热机的效率,能源的利 用,各种物理、化学乃至生命过程的能量转 换,以及这些过程在指定条件下有没有发生 的可能性。 ⑴严密性 ⑵完整性 ⑶普遍性 ⑷精简性
绪论
化工热力学在课程链上的位置 化工热力学发展简史 化工热力学的特性和分支 化工热力学在化学工程中的地位 化工热力学的基本内容 化工热力学的优点和局限性 热力学的研究方法 学习化工热力学的目的和要求 名词、定义和基本概念
37
6 化工热力学的优点和局限性
6.1 优点 6.2 局限性
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6 化工热力学的优点和局限性
25
5 .化工热力学的基本内容
(2)判断过程进行的方向和限度
建立在热力学第二定律上的一些热力学函 （ ∆S 、∆G等）是判定过程进行方向与限度、 确定平衡状态的依据。 在化工单元操作及反应器设计中，平衡状 的确定、平衡组成的计算、多组元相平衡数据 的求取均是不可少的内容。
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5 .化工热力学的基本内容
9
这四大定律使热力学成为一门逻辑性强而完整的科学。
3.1 热力学及其特性
⑶普遍性
表现在热现象在日常生活中是必不 可缺少的。热力学的基本定律、基本理 论，不但能够解决实际生产中的问题， 还能够解决日常生活中的问题，甚至用 于宇宙问题的研究。
10
3.1 热力学及其特性
⑷精简性
表现在热力学能够定性、定 量地解决实际问题。
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5 .化工热力学的基本内容
60年代 乙烯直接氧化法在工业上得到应用， 这种方法不在使用氯，主要反应有二步： 乙烯 环氧乙烷 乙二醇 70年代 由乙烯直接合成乙二醇成功，产品 收率也从乙烯氧化法的75%提高到90%，这意味 着每公斤乙二醇所消耗的乙烯数量比以前降低 了17%。
化工热力学总复习
化工热力学总复习一．绪论1．化工热力学的研究内容：①测量关联与推算不同条件下物质的平衡性质熵焓,温度压强(纯物质),组成(混合物)②能量的计算建立在热力学第一，第二定律基础上③单元操作相应的相平衡组分逸度④物性及热力学性质状态方程2.热力学的研究方法：①微观热力学（统计热力学）②宏观热力学（经典热力学）研究体系达到平衡时的热力学性质，物系从一个状态到另一状态中间的变化。
无法研究速率问题二．流体的P-V-T关系1．几个概念①状态方程：描述流体P-V-T关系的函数式f(P.V.T)=0 称为状态方程②临界点：表示气液两相能共存的最高压力和温度的汽化线的另一个端点，称为临界点③超临界流体：高于临界压力和温度的区域内的流体车称为超临界流体（既不同于液体，又不同于气体，它的密度可以接近液体，但具有类似气体的体积可变性和传递性质。
可作为特殊的萃取溶剂和反应介质）2..状态方程的比较①.Van der Waals 方程：可用于气液两相，但是精度不高，实际应用较少。
常数随物质而异，由临界参数计算而得②.RK方程：适用于非极性和弱极性化合物，对多数强极性化合物的计算偏差较大。
能较成功的应用于气相，但对液相效果较差，不能用于气液相平衡的计算。
常数于流体特性有关，可由物质的临界参数计算③.SRK方程：计算精度比RK方程高，用于气液相平衡计算时精度较高，工程上应用广泛。
方程常数b与RK方程一致，但认为a不再是常数而是温度的函数④.PR方程：从SRK方程改进而来，精度更高，也是气液平衡工程计算的常用方程，预测液体摩尔体积的准确度较SRK明显提高。
方程参数利用纯物质的临界参数和偏心因子计算⑤.Virial方程：用于液相计算误差较大，不能用于气液相平衡计算。
其系数仅是温度的函数。
一般用普遍化方法估算。
目前尚未全部解决维里系数的数值⑥.M-H方程：方程准确度高，适用范围广，能用于包括非极性至强极性的化合物。
方程常数只需使用纯物质的临界参数及一点蒸汽压数据便可求得，是能从较少输入信息便可获得多种热力学性质的最优秀的状态方程之一3.Virial方程与virial系数①.从什么角度导出的维里方程？分子之间相互作用的受力②.维里方程为什么是纯理论方程？维里方程系用统计力学的方法推导而来，故而具有坚实的理论基础③.维里系数的确切的物理意义：第二维里系数是考虑到两个分子碰撞或相互作用导致的与理想行为的偏差，第三则是反映了三个分子碰撞所导致的非理想行为④.为什么维里方程可以截断？∵维里方程是无穷级数的形式，而实际应用时由于维里系数数据的缺乏，常使用近似成立的舍项形式，而多分子相互作用的概率很低，对Z的贡献逐项减小，∴可以截断⑤.什么时候截断误差大？什么时候使用二项截断式？压力越高，多分子碰撞的几率越大，引起的误差也越大；通常中，低压时取二项截断式⑥.维里系数取决于什么？对于一定物质而言，纯物质中维里系数仅取决于温度（混合物中取决于温度和各相组成）4.对比态原理及其应用①.对比态原理的对比态参数是什么意思？②.对比态有几个参数？哪几个？有三个；是对比温度Tr，对比压力Pr，和偏心因子ω③.偏心因子的概念？任一流体在Tr=0.7处的纵坐标lgP rS值与氩氪氙在同一条件下的lgPrS的差值④.什么时候ω=0？当流体是简单流体时，ω=0⑤.什么是简单流体？是惰性气体系球形分子的流体是简单流体5普遍化状态方程（由对比态原理推出的方程）①.状态方程的三个参数Tr Pr Vr②.两种普遍化计算方法维里系数法，普遍化压缩因子法③.Z0 Z1是谁的函数？是Pr ,Tr的复杂函数6.真实气体混合物的P-V-T关系①.混合物的P-V-T关系的状态方程的基本思路：利用纯物质的状态方程，推广应用到混合物，将A B等常数用混合物的常数代入（利用混合规则，即纯物质的性质及其组成来转化）②.混合维里系数中交叉项维里系数为什么会存在？不同的分子之间相互作用的影响③.维里系数下标的意义：B11，B22：纯物质的第二维里系数B12=B21：交叉第二维里系数，反映不同组分分子1，2之间的相互作用④.给出Σ公式进行展开，合并：B=ΣiΣjYiYjBij=y1y1B11+y1y2B12+y2y1B21+y2y2B227.液体的P-V-T性质①. 了解两个名词：修正的Rackett方程三.纯流体的热力学性质1.热力学性质间的关系①.两个概念：体积膨胀系数β等温压缩系数k②.剩余性质的定义：气体在真实状态下的热力学性质在同一温度，压力下当气体处于理想状态下热力学性质之间的差额③.计算剩余性质的目的：为了计算实际流体的热力学性质2.气体热力学性质的普遍化关系法①.计算剩余性质使用普遍化法时，把剩余性质变成谁的函数？Tr Pr Z PV=ZRT [Z:普遍化压缩因子]3.逸度和逸度系数①.为什么要引入逸度？为了修正什么？为了便于表达真实气体的自由焓，为了表征体系的逃逸趋势;为了修正压力②.什么是逸度系数？什么时候逸度系数=1？逸度系数是物质的逸度与其压力之比；[低压]理想气体时φi=1③.逸度系数的计算普遍化方法-----三参数（P V T）4．液体的逸度①.液体的逸度怎么定义？②.怎么计算液体逸度？通过液体饱和蒸汽压进行两次修正③.什么是Poynting因子？什么时候需要它？指数校正项称为Poynting因子；在高压下需要四.流体混合物的热力学性质1.化学位和偏摩尔性质①.偏摩尔体积的下标：(T,P,Nj) 混合后的偏摩尔体积与组成有关②.M Mi Mi 与Mt的名称③.摩尔与偏摩尔体积＆性质之间的关系：M=Σ（XiMi）2.Gibbs-Duhem 方程x1dM1+x2dM2=0 从一个组分的偏摩尔性质推算另一个组分①.Gibbs-Duhem方程表示了谁与谁的关系：混合物性质M与混合物中各组分的偏摩尔性质Mi之间的依赖关系3.混合物的逸度和逸度系数①.两个区别：混合物的逸度-----混合物总压的修正混合物的组分逸度------对分压的修正②.混合物的组分逸度的定义：通过给出纯物质的逸度公式改写4.理想溶液和标准态①.什么是理想溶液？组成结构相似（同系物）②.如何计算理想溶液的逸度？(为了考试方便) Lewis-Randall定则5.活度与活度系数①.二者用来修正什么？用来修正摩尔浓度②.运用活度与活度系数可以说明什么？可以说明理想溶液（与真实溶液的区别？）6.超额性质①.超额性质的概念在相同的温度，压力和组成条件下真实溶液和理想溶液性质之差②.为什么只讲超额自由焓? ∵超额自由焓与活度系数一一对应③.引入超额性质的目的？为了计算活度系数④.超额自由焓的建模中为什么取消了压强？∵其研究对象是非理想液体溶液，而压强对液体的作用影响小，故而忽略了。
《化工热力学》课件
Van der Waals方程
探讨Van der Waals方程对非理想气体的描述和应 用。
二元混合物
混合物的组成
解释二元混合物的组成及其对热力学性质的 影响。
离子交换
研究离子交换对二元混合物中的离子平衡的 影响。
相平衡曲线
介绍二元混合物相平衡曲线在化工热力学中 的重要性。
活度系数
讲解混合物中的活度系数及其在化工热力学 计算中的应用。
相边界
1
液-气相边界
探索液-气相边界及其在化工过程中
固-气相边界
2
的应用。
了解固-气相边界对于固体反应和蒸
馏过程的重要性。
3
液-固相边界
研究液-固相边界对于溶解过程和晶 体生长的影响。
气体相似性定律
波伊尔斯定律
讨论波伊尔斯定律及其在气 体流动和压缩过程中的应用。
查理定律
探索查理定律对气体热膨胀 和压力变化的影响。
熵和焓
1 熵的概念
2 焓的定义
解释熵作为热力学状态函数的概念和性质。
介绍焓的定义及其在化工热力学中的应用。
3 能量转换
4 热力过程。
说明热力学第一法则与焓的关系和在化工 过程中的应用。
状态方程及其应用
状态方程的定义
理想气体状态方程
介绍状态方程在化工热力学中的基本定义和应用。 研究理想气体状态方程及其在化工过程中的应用。
《化工热力学》PPT课件
通过本课件，您将深入了解化工热力学的基本概念和应用。从熵和焓到热力 学计算和催化反应，准备好探索化学工程的热能世界吧！
化工热力学概述
1 基本原理
2 重要性
3 实际应用
介绍化工热力学的基本 原理和主要研究领域。
化工热力学简答题复习
问：化工热力学是以什么定律为基础？ 答：化工热力学是以热力学第一、第二定律为基础。 问：化工热力学主要任务是什么？ 答：化工热力学主要任务是研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用。 问：化工热力学主要任务是什么？ 答：化工热力学主要任务是研究各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。
问：常用的三参数的对应状态原理有哪几种？ 答：常用的三参数对比态原理有两种，一种是以临界压缩因子Zc为第三参数；另外一种是以Pitzer提出的以偏心因子作为第三参数的对应状态原理。 问：纯气体和纯液体pVT计算有什么异同。 答：许多p –V -T关系如RKS方程、PR方程及BWR方程既可以用于计算气体的p –V –T，又都可以用到液相区，由这些方程解出的最小体积根即为液体的摩尔体积。当然，还有许多状态方程只能较好地说明气体的p –V -T关系，不适用于液体，当应用到液相区时会产生较大的误差。与气体相比，液体的摩尔体积容易测定。除临界区外，温度（特别是压力）对液体容积性质的影响不大。除状态方程外，工程上还常常选用经验关系式和普遍化关系式等方法来估算。
问：什么是非绝热系？
答：系统与外界有传热 。
问：什么是绝热系？ 答：系统与外界无传热 。 问：什么是非绝功系？ 答：系统与外界有传功 。 问：什么是绝功系？ 答：系统与外界无传功 。 问：什么是非孤立系？ 答：系统与外界有传热、功、质 。 问：什么是非孤立系？ 答：系统与外界无传热、功、质 。 问：什么是广度性质？ 答：广度性质表现出系统量的特性，与物质的量有关，具有加和性。如V, U, H, G, A, S等。
问：功是不是状态函数？ 答：功也不是状态函数，其数值与过程变化的途径有关。 问：功的正副值是如何规定？ 答：最新规定，体系对环境做功取负值，而环境对体系做功取正值。 问：热力学性质有哪些？ 答：可以直接测量的热力学性质有： P 、 V 、 T 、 Cp 、 Cv 等。 问：不可以直接测量的热力学性质有哪些？ 答： 不可以直接测量的热力学性质有 H 、 S 、 U 、 A 、 G 、γ等。
化工热力学的特点
化工热力学的特点化工热力学是研究化学反应与能量转化之间关系的学科，它是化学工程学科中的一个重要分支。
化工热力学的特点主要表现在以下几个方面：1. 热力学基础：化工热力学是建立在热力学基础上的，它包括了热力学原理、热力学方程等基本知识。
热力学是研究能量转化与能量传递规律的科学，它研究的对象不仅包括化学反应过程中的能量变化，还包括物质的相变、传热、传质等过程。
化工热力学通过运用热力学的基本原理和方程，来研究化学反应与能量转化之间的关系。
2. 系统分析：化工热力学研究的对象是化学反应系统，这个系统可以是一个单一的物质，也可以是多个物质之间的反应体系。
化工热力学通过对系统的分析和描述，可以揭示系统中的能量变化规律和物质转化规律，为化学工程的设计和优化提供理论依据。
3. 能量平衡：化工热力学中的一个重要概念是能量平衡。
能量平衡是指在化学反应过程中，系统所吸收和释放的能量之间的平衡关系。
通过能量平衡的分析，可以确定化学反应的放热或吸热性质，从而对反应过程进行控制和调节。
4. 热力学参数：化工热力学研究中常常涉及到一些热力学参数的计算和测定。
例如，焓变、熵变、自由能变等参数，它们可以通过实验测定和计算来获得。
这些参数的计算和测定对于研究化学反应的热力学特性和能量转化效率具有重要意义。
5. 热力学分析方法：化工热力学研究中使用了一系列的分析方法和工具。
例如，热力学平衡分析法、热力学循环分析法、热力学图等。
这些方法和工具可以帮助研究人员对化学反应系统进行全面的热力学分析，揭示系统中的能量转化规律和热力学特性。
6. 应用广泛：化工热力学的研究成果在化学工程领域具有广泛的应用价值。
例如，在化学反应工程中，热力学分析可以用来确定反应的最适温度、最适压力等条件，从而提高反应的效率和产率。
在能源工程中，热力学分析可以用来优化能源转换过程，提高能源利用效率。
在环境工程中，热力学分析可以用来研究废气处理过程中的热能回收和利用等。
化工热力学总结
对于绝热过程， ΔSf = 0
Sg (mjsj )out (misi )in
j i
对于不可逆绝热过程，ΔSg > 0，有：
(m s )
j
j j out
＞ (misi )in
i
对于可逆绝热过程， ΔSg = 0，则有：
(m s )
j
j j out
(misi )in
C /V 2表示三分 B/V表示二分子的相互作用； 子的相互作用；……
3. 范德瓦尔斯方程
RT a p 2 V b V
4. RK方程
RT a p 1/ 2 V b T V (V b)
5. SRK方程
RT aT p V b V (V b) 6. PR方程
RT aT p V b V (V b) bV b
m
Ws Ws R
Ws R Ws
耗功设备：实际功绝对值大于可逆功绝对值
m
m——机械效率
例：在一个往复式压气机的实验中，环境空气从 100kPa及5℃压缩到1000kPa，压缩机的气缸用水冷
却。在此特殊实验中，水通过冷却夹套，其流率为
100kg/kmol（空气）。冷却水入口温度为5℃，出口 温度为16℃，空气离开压缩机时的温度为145℃。假 设所有对环境的传热均可忽略。试计算实际供给压 气机的功。假设空气为理想气体，其摩尔定压热容
1)T>Tc
2)T=Tc 三个重实根 V=Vc
仅有一个实根，对应于超临界 流体和气体的摩尔体积。
P
Pc
C
P Pc
P*
T Tc
C
P*
T Tc
Vc
高等化工热力学
高等化工热力学
高等化工热力学是化学工程学科中的一个重要分支，它研究化学物质的热力学性质以及在化工过程中的应用。
它主要涉及物质在不同温度、压力和组成条件下的热力学性质，例如物质的物态转变、相平衡、热力学循环等。
高等化工热力学的研究对象包括气体、液体和固体物质，以及气液、液液和固液等多相体系的热力学性质。
通过研究这些性质，可以预测和优化化工过程的工艺条件，提高化工生产的效率和经济性。
高等化工热力学主要包括以下几个方面的内容：
1. 热力学基础：即热力学定律和基本概念，包括热平衡、温度、热力学势、状态方程等。
2. 物相平衡：研究多相体系中不同相的平衡条件和相变规律，包括液气平衡、气固平衡、液固平衡等。
3. 热化学性质：研究化学反应的热力学性质，如反应焓、反应熵、反应平衡常数等，用于优化反应条件和预测反应产物。
4. 热力学循环：研究热力学循环过程的性质和效率，如蒸汽动力循环、制冷循环等，用于热能转换和能量利用。
5. 化工过程热力学：研究化工过程中的热力学性质，如传热、传质、反应器设计等，用于优化化工过程和设备设计。
高等化工热力学在化工工程的各个领域有重要的应用，例如在石油化工过程的热力学分析和优化、化学反应器的热力学设计和控制、制药过程的热力学模拟和优化等。
通过深入研究和应
用高等化工热力学的原理和方法，可以提高化工过程的效率、安全性和可持续发展性。
化工热力学专业知识点总结
化工热力学专业知识点总结一、物质的热力学性质1.热力学状态方程：描述热力学系统状态的方程，可以通过实验数据拟合得到，常见的有理想气体状态方程、范德华方程等。
2.热力学过程：系统经历的状态变化过程，包括等温过程、等容过程、绝热过程等，这些过程可以通过热力学定律进行定量描述和分析。
3.热力学势函数：用来描述系统稳定状态的函数，常见的有焓、内能、吉布斯函数等。
4.相变热力学性质：液相、气相、固相之间的相互转化过程，包括液气平衡、固液平衡等。
5.热力学平衡条件：系统达到热力学平衡的条件，包括热平衡、力学平衡、相平衡等。
二、热力学定律1.热力学第一定律：能量守恒定律，即能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，只会在不同形式之间进行转化。
2.热力学第二定律：热不能自发地从低温物体传递到高温物体，这是宇宙中熵增加的基本规律。
3.热力学第三定律：当温度趋近于绝对零度时，系统的熵趋于常数，这是绝对零度不可能实现的热力学定律。
化工热力学不仅包含了上述物质的热力学性质和热力学定律，还涉及到一些实际的应用技术和工程问题。
例如，化工过程中的热力学分析、热力学循环、热能利用、燃烧热力学等内容。
下面我们来重点介绍一些与化工工程实际相关的热力学知识点。
三、热力学循环1.卡诺循环：理想可逆循环过程，由等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程组成，是热机效率的理论极限。
2.汽轮机循环：以水蒸气为工质的循环，包括理想朗肯循环、实际朗肯循环、再热朗肯循环等。
3.制冷循环：以制冷剂为工质的循环，包括制冷机、空调机、冷冻机等。
四、燃烧热力学1.燃烧过程：燃烧是一种复杂的热力学过程，包括燃烧反应机理、燃料燃烧热值、燃烧平衡等内容。
2.燃烧产物：燃料燃烧的产物包括二氧化碳、水蒸汽、一氧化碳、氨气、硫化物等，这些产物的生成与燃烧条件密切相关。
3.燃烧效率：燃料的利用效率，可以通过燃烧反应焓变来计算。
五、化工热力学应用1.热力学分析：化工反应器设计、炼油装置设计、化工装备热力计算等都需要进行热力学分析。
化工热力学
,
n
j
i
[
(nG ni
)
]T
,
P
,n
j
i
变化。
i Hi Hi
i Ai Ai
i Gi Gi
[((nnnHiA))]T,P,nji [ ni ]T,P,nj i
[
(nG n
Virial Eq
PV B C D
z
RT
1 V
V2
V3
z PV 1 B'P C'P 2 D' P 3 RT
普遍化关系式法
① 两参数通用Z图 z f Tr , Pr
由Tr，Pr查图得Z值
② pitzer三参数通用关系式 z f Tr , Pr ,
T Tr Tc
P Pr Pc
p
3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；
C
4）饱和液体恒容加热；
5）在临界点进行的恒温膨胀
5
4
1
3(T降低)
2
V
1）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；
2）过冷液体等压加热成过热蒸汽；
T
4
3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；
C 5 4）饱和液体恒容加热；
5）在临界点进行的恒温膨胀
1
2
3(T降低)
S
第四章 流体混合物（溶液）的热力学性质
原始函数关系式 四大微分方程式 Maxwell关系式
H=U+pV
Hale Waihona Puke dU=TdS-pdVG=H-TS A=U-TS
dH=TdS+Vdp dA=-SdT-pdV
第一、二关系式
热一、二律
dG=-SdT+Vdp
三．热力学图表
化工热力学
化工热力学化工热力学是研究化学过程中能量转化、能量平衡和热力学性质的学科领域。
它涉及到物质的热力学性质、热力学过程和热力学定律的应用。
本文将简要介绍化工热力学的基本概念和原理，并探讨其在化学工程中的应用。
化工热力学是热力学在化学工程中的应用。
热力学是研究物质能量转化和物质变化规律的学科，它以能量和热力学性质为基本研究对象。
化工热力学主要研究化学反应、相平衡、相变、能量平衡等热力学过程。
热力学第一定律是热力学的基本定律之一。
它表明能量是守恒的，能量不会自发地产生或消失。
根据热力学第一定律，化学反应过程中的能量转化可以分为放热反应和吸热反应。
放热反应是指在反应过程中释放出能量，使系统的内能减小。
吸热反应则相反，其反应过程吸收了外界的能量，使系统的内能增大。
热力学第一定律为我们理解化学反应过程中能量转化提供了基本原理。
热力学第二定律是热力学的另一个重要定律。
它阐述了一个系统的熵在不可逆过程中增加的原则。
熵是衡量系统无序程度的物理量，根据热力学第二定律，自然界中任何一个孤立系统的熵都不会减小，而是增加或保持不变。
这意味着化学反应过程必须满足熵的增加原理，即反应进行时系统的总熵必须增加，否则反应不会自发发生。
热力学第二定律为我们理解自然界中的现象和反应提供了基本原则。
在化学工程中，热力学的应用非常广泛。
它可以用来设计和优化化学工艺流程，在工程实践中起着重要的作用。
例如，在化学工艺的热能平衡计算中，需要考虑各种热力学参数，如反应热、燃烧热、蒸发热等。
这些参数是确定反应过程中能量转化情况的重要依据，能够帮助工程师准确地估算能量的供应和消耗，从而合理设计设备和控制过程。
此外，热力学还可以用于预测和评估化学反应的可行性和方向性。
利用热力学的知识，我们可以计算反应的平衡常数和Gibbs自由能变化，从而判断反应是否会发生以及从哪个方向进行。
这对于开发新的化学反应和优化现有反应具有重要意义。
另外，化工热力学还可以应用于化学工程设备的热力学性能分析和优化。
化工热力学
化工热力学化工热力学是研究化学反应与热力学性质之间关系的一门学科。
反应热力学是研究化学反应中能量变化与反应速率之间的关系的学科，它是理解和优化化学反应过程的重要工具。
本文将从化工热力学的基础概念、热力学常数、热力学平衡以及应用等方面进行探讨。
一、化工热力学的基础概念1. 热力学热力学是研究物质内部热平衡和物质间热平衡以及它们与热的能量转换的学科。
化工热力学则是将热力学理论与化学反应过程相结合，用于分析和预测化学反应的热力学性质。
2. 热力学系统热力学系统指被研究的物体或物质，可以是一个化学反应体系，也可以是一台热力学设备。
在研究中，通常将系统划分为开放系统、封闭系统和孤立系统。
3. 热力学过程热力学过程是指物体或物质由一个热力学状态变为另一个热力学状态的过程。
常见的热力学过程有等温过程、等压过程、等容过程和绝热过程等。
二、热力学常数热力学常数是描述物质热力学性质的数值常数，常见的热力学常数有气体常数R、普朗克常数h、玻尔兹曼常数k等。
这些常数在化工热力学的计算和分析中起到关键作用。
1. 气体常数R气体常数R是描述理想气体性质的常数，其值为8.314 J/(mol·K)。
在化工热力学中，通过R的应用可以计算出化学反应的焓变、熵变等重要热力学参数。
2. 普朗克常数h普朗克常数h是描述微观粒子行为的量子力学常数，其值为6.62607015 × 10^-34 J·s。
在热力学计算中，普朗克常数用于计算能量的量子化，特别是对于高能量的粒子和较小的粒子。
3. 玻尔兹曼常数k玻尔兹曼常数k是描述分子热运动与热力学性质之间关系的常数，其值为1.380649 × 10^-23 J/K。
在化工热力学中，玻尔兹曼常数用于计算熵变、内能等重要热力学参数。
三、热力学平衡热力学平衡是指热力学系统中各种热力学性质处于稳定状态的状态。
在化工反应中，热力学平衡是指反应物与产物的浓度、压力和温度等热力学性质不再发生可观察的变化。
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热力学第三定律的数学表达式为S*（完美晶体，0 K）＝0
关于偏摩尔性质，下面说法中不正确的是(T，P一定，偏摩尔性质就一定)
吉布斯函数的定义式为G ＝H －TS
溶液中挥发性溶质在气相中分压力与液相组成的关系符合亨利定律
纯物质临界点时，其对比温度Tr（=1 ）
真实气体在如下哪个条件下，可以近似作为理想气体处理（高温、低压）
下列不属于高压下影响气体混合物中组分逸度的因素的是：液相组成
总性质用符号表示为Mt
偏摩尔性质的物理意义为在给定的温度、压力和组成下，向含有组分i的无限多的溶液中加入1mol 的组分i所引起系统的某一热力学性质的增加量
吉布斯相律的表达式是f=C-φ+2
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A浓度的减小而减小，则B的偏摩尔体积将随A浓度的减小而( 增加)
理想气体模型的基本特征是（分子间无作用力，分子本身无体积）
下列状态方程精度比较正确的是多参数状态方程>立方型状态方程>理想气体状态方程
在373.15K和2atm下水的化学位与水蒸气化学位的关系为（μ(汽)＞μ(水) ）
焓的定义式为H ＝U ＋PV
隔离系统是指与环境既没有能量交换，又没有物质交换的系统
在温度为T、体积恒定为V?的容器中，内含A、B两组分的理想气体混合物，它们的分压力与分体积分别为pA、pB、VA、VB。
若又往容器中再加入物质的量为?nC?的理想气体C，则组分A的分压力pA（不变）?
关于理想溶液，以下说法不正确的是( 符合Lewis-Randall规则或Henry规则的溶液一定是理想溶液)
alton分压定律的适用条件是什么实际气体混合物（压力不太高）和理想气体混合物
把200mL的水与100mL的乙醇混合，混合后的溶液中，下列关系成立的是（m-液体的质量、V-液体的体积、ρ-液体的密度）：混合后溶液的质量：m混=m水+m乙醇
对于一均匀的物质，其H和U的关系为（H>U）
Amagat分体积定律的使用前提是什么与混合气体有相同温度和相同压力下的理想气体混合物
光滑绝热的活塞把密封的圆筒容器分成A、B两部分，这两部分充有温度相同的气体，平衡时VA∶VB ＝1∶2，现将A中气体加热到127 ℃，B中气体降低到27 ℃，待重新平衡后，这两部分气体体积的比V′ A∶V′B为(2∶3)
纯物质的第二virial系数B（virial系数表示了分子间的相互作用，仅是温度的函数。
）
焓的定义式为H ＝U ＋PV
理想溶液中所有组分的活度系数为零。
错误
标准平衡常数只是温度的函数正确
热力学基本关系式dH=TdS+VdP只适用于可逆过程。
错误
纯物质由蒸汽变成固体，必须经过液相。
错误
系统经历一个不可逆循环过程，其熵变ΔS > 0 错误
在任何温度及压力下，都严格服从pV ＝nRT的气体叫理想气体。
正确
理想溶液各组分的活度系数γ和活度为1。
正确
平衡移动了，标准平衡常数一定会改变。
错误
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。
正确
绝热等容的封闭系统必为隔离系统正确
纯物质的三相点随着所处的压力或温度的不同而改变错误
气体混合物的virial系数，如B，C…，是温度和组成的函数。
正确
理想溶液一定符合Lewis-Randall规则和Henry规则。
（正确）
在一定温度和压力下,混合气体中某组分的摩尔分数与体积分数不相等正确
不经冷凝，能否将气体通过其他途径变成液体能
关于逸度的下列说法中不正确的是逸度可代替压力，使真实气体的状态方程变为fv=nRT
把200mL的水与100mL的乙醇混合，混合后的溶液中，下列关系成立的是（m-液体的质量、V-液体的体积、ρ-液体的密度）：混合后溶液的质量：m混=m水+m乙醇
以下属于系统的强度性质的是温度
下列关于立方型状态方程精度从高到低排序正确的是PR>SRK>RK>vdW
流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则此物质的状态为（过热蒸汽）
关于亨利系数，下列说法中正确的是其值与温度、溶质和溶剂性质及浓度的标度有关
超额性质用符号表示为ME
Pitzer提出的由偏心因子ω计算第二维里系数的普遍化关系式是（BPc/RT=B0+B1ω），式中B0，B1可由Tr计算出。
对单位质量，定组成的均相流体体系，在非流动条件下有（dH = TdS + Vdp ）
临界温度可表示为Tc
下列气体通用常数R的数值和单位，正确的是8.314 J/mol·K
碳酸钙分解达平衡时，CaCO3（s）？CaO（s）+ CO2（g）属于几相系统。
三相
理想气体模型的基本特征是（分子间无作用力，分子本身无体积）
下列化学位μi和偏摩尔性质关系式正确的是（μi= Gi ）
总性质用符号表示为Mt
逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度正确
理想气体混合物就是一种理想溶液。
（正确）
分压定律和分体积定律都是理想气体定律正确
对于理想溶液所有的超额性质均为零。
正确
绝热过程都是等熵过程。
错误
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。
正确
同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的热力学能相等。
错误
当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在错误
对于二元混合物体系，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。
正确
三参数的对应态原理较两参数优秀，因为前者适合于任何流体。
错误
理想溶液中所有组分的活度系数为零。
错误
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错误
依据相律，纯液体在一定温度下，蒸气压应该是定值。
正确
相是指系统处于平衡时，系统中物理性质及化学性质都均匀的部分。
正确
已知反应（1）：CH4（g）？C（s）＋2H2（g），反应（2）：CO（g）＋2H2（g）？CH3OH（g），若提高系统总压力，则平衡移动方向为（1）向左，（2）向右
纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程错误
理想气体混合物就是一种理想溶液。
（正确）
三参数的对应态原理较两参数优秀，因为前者适合于任何流体。
错误
理想溶液一定符合Lewis-Randall规则和Henry规则。
（正确）
象dU=TdS-PdV等热力学基本方程只能用于气体，而不能用于液体或固相。
错误
剩余性质用符号表示为MR
化学位的物理意义为物质在相间传递与化学反应中的推动力
0.1Mpa,400K的N21kmol体积约为() 33.26m3
亥姆霍兹函数的定义式为 A =U一TS
符合Lewis-Randall规则或Henry规则的溶液一定是理想溶液。
(）错误
对于理想溶液,所有的混合过程性质变化均为零。
（）错误
在一定压力下,组成相同的混合物的露点温度和泡点温度不可能相同错误
由于邻二甲苯与对二甲苯、间二甲苯的结构、性质相近,因此它们混合时会形成理想溶液。
（）正确
若一个状态方程能给出纯流体正确的临界压缩因子,那么它就是一个优秀的状态方程。
错误
热力学第一定律的数学表达式为△U =Q＋W
一容器中有A、B、C三种理想气体混合物，摩尔分数分别为0.5、0.3和0.2，容器总压力为4.0×103kPa，则A和B的分压力分别为 2.0×103kPa,1.2×103kPa
纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则此物质的状态为（过热蒸汽）
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正确
在温度为T、体积恒定为V 的容器中，内含A、B两组分的理想气体混合物，它们的分压力与分体积分别为pA、pB、VA、VB。
若又往容器中再加入物质的量为 nC 的理想气体C，则组分B的分体积VB（）。
变小
临界压力可表示为pc
对单原子气体和甲烷，其偏心因子ω，近似等于（）0
标准平衡常数改变了，平衡一定会移动。
正确
在一定压力下，组成相同的混合物的露点温度和泡点温度不可能相同。
错误
当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在错误
若一个状态方程能给出纯流体正确的临界压缩因子，那么它就是一个优秀的状态方程。
错误。