沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题-理想气体混合物及湿空气(圣才出品)

第12章理想气体混合物及湿空气

12-1 混合气体中各组成气体的摩尔分数为：混合气体的温度t＝50℃，表压力p e＝0.04MPa,气压计上水银柱高度为p b＝750mmHg。求：（1）体积V＝4m3混合气体的质量；

（2）混合气体在标准状态下的体积V0。

解：（1）由题可得混合气体折合摩尔质量为

折合气体常数为

12-2 50kg废气和75kg的空气混合，废气中各组成气体的质量分数为：

。空气中的氧气和氮气的质量分数为：

。混合后气体压力p＝0.3MPa，求：

（1）混合气体各组分的质量分数；

（2）折合气体常数；

（3）折合摩尔质量；

（4）摩尔分数；

（5）各组成气体分压力。

解：（1）由题意可知，混合后气体质量m＝75+50＝125kg

（4）由摩尔分类可知

（5）由p i＝x i p可知

12-3 烟气进入锅炉第一段管群时温度为1200℃，流出时温度为800℃，烟气的压力几乎不变。求每1kmol烟气的放热量Q p。可借助平均摩尔定压热容表计算。已知烟气的体积分数为：，其余为N2。

解：因φi＝x i，所以有

由附表查得平均摩尔定压热容如表12-1：

表12-1

混合气体的热容

12-4 流量为3mol/s的CO2，2mol/s的N2和4.5mol/s的O2三股气流稳定流入总管道混合，混合前每股气流的温度和压力相同，都是76.85℃，0.7MPa，混合气流的总压力p＝0.7MPa，温度仍为t＝76.85℃。借助气体热力性质表试计算：

（1）混合气体中各组分的分压力；．

（2）混合前后气流焓值变化△H及混合气流的焓值；

（3）导出温度、压力分别相同的几种不同气体混合后，系统熵变为：△S＝－RΣn i lnx i，并计算本题混合前后熵的变化量△S；

（4）若三股气流为同种气体，熵变如何?

解：由题意可知，总物质的量为

摩尔分类为

（2）查T＝350K时的附表得

由以上可知

（4）若为几股同种气流，来流各股p、T相同，且与混合物的p、T也相同，故△S＝0，因而当三股气流为同种气体时，熵变为零。

12-5 V＝0.55m3的刚性容器中装有p1＝0.25MPa、T1＝300K的CO2，N2气在输气管道中流动，参数保持p L＝0.85MPa、T L＝440K,如图12-1所示，打开阀门充入N2，直到容器中混合物压力达p2＝0.5MPa时关闭阀门，充气过程绝热，求容器内混合物终温T2和质量m2。按定值比热容计算，

图12-1

解：由题意可知

混合气体折合气体常数

取容器内体积为控制体积，由能量守恒有

由题意知代入上式得有

代入式（2）得m

代入数据并化简上式得

解之得T2＝388.9K

由（1）式可知

所以

12-6 同例12-3，氧气和氮气绝热混合，求混合过程有损失。设环境温度为T0＝298K。解：例12-2已得出混合熵变△S＝－0.8239kJ/k，由于过程绝热s f＝0

所以有