《工程热力学》(第四版)习题提示及答案14章习题提示与答案
工程热力学课后思考题答案--第四版-沈维道-童钧耕
1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。
2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。
对不对，为什么不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。
3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。
4．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗绝对压力计算公式p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中，当地大气压是否必定是环境大气压当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。
当地大气压p b不一定是环境大气压。
'5．温度计测温的基本原理是什么热力学第零定律 The zeroth lawof thermodynamicsenablesustomeasuretemperature. In order to measure temperature of body A,we compare body C —a thermometer — with body A and temperature scales (温度的标尺，简称温标) separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer. 6．经验温标的缺点是什么为什么不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。
工程热力学课后思考题参考答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社
1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。
24p=p b+p g中，压p b67．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。
取正在使用12（1（2）体先恢复平衡在抽下一块，则又如何？（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p-v图上表示？p14．一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-12所示。
若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能将如何变化？若在隔板上有一小孔，气体泄漏入B 中，分析A 、B 两部分压力相同时A 、B 两部分气体热力学能如何变化？ 能在。
89．气体流入真空容器，是否需要推动功？推动功的定义为，工质在流动时，推动它下游工质时所作的功。
下游无工质，故不需要推动功。
利用开口系统的一般能量方程式推导的最终结果也是如此。
11．为什么稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等都会改变，而整个系统的∆U CV =0、∆H CV =0、∆S CV=0?控制体的∆U CV=0、∆H CV=0、∆S CV=0是指过程进行时间前后的变化值，稳定流动系统在不同时间内各点的状态参数都不发生变化，所以∆U CV=0、∆H CV=0、∆S CV=0。
稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等的改变仅仅是依坐标的改变。
13.1-1、2-2h3q m3（h3+c f32/2+gz3）如果合流前后流速变化不太大，且势能变化一般可以忽略，则能量方程为：q m1⋅h1+ q m2⋅h2= q m3⋅h3出口截面上焓值h3的计算式h3=（q m1⋅h1+ q m2⋅h2）/ q m3本题中，如果流体反向流动就是分流问题，分流与合流问题的能量方程式是一样的，一般习惯前后反过来写。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕之欧阳体创编
1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。
2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。
对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。
3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系？平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。
4．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式p=pb+pg (p> pb), p= pb -pv (p<pb)中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压pb改变，压力表读数就会改变。
当地大气压pb 不一定是环境大气压。
5．温度计测温的基本原理是什么？热力学第零定律The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to measure temperature of body A, we compare body C — a thermometer — with body A and temperature scales (温度的标尺，简称温标) separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer.6．经验温标的缺点是什么？为什么？不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。
7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
工程热力学第4版答案
工程热力学第4版习题解本题解是沈维道、童钧耕编写高等教育出版社出版的“十一五”国家级规划教材《工程热力学》第4版的配套资料。
本题解提供的解法是从教学的角度出发的，未必是唯一的或是最好的，题解中出现的错误恳请读者批评指正。
上海交通大学机械与动力工程学院童钧耕 2007/11/22第一章 基本概念1-1 英制系统中采用华氏温标，它规定在标准大气压（101325Pa ）下纯水的冰点是32F °，汽点是212F °，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。
解：C F {}0{}32212321000t t °°−−=−−F C C 1809{}{}32{}321005t t t °°°=+=+1-2 英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为R F {}{}459.67T t °°=+。
已知热力学绝对温标及朗肯温标在纯水冰点的读数分别是273.15K 和491.67R °；汽点的读数分别是373.15K 和671.67R °。
（1）导出朗肯温度和开尔文温度的关系式；（2）开尔文温标上绝对零度在朗肯温标上是多少度？解：（1）若任意温度T 在朗肯温标上读数为(R)T °在热力学绝对温标上读数为T （K ）， 则671.67491.67(R)491.67373.15273.15(K)273.15T T −°−=−−解得 R K {} 1.8{}T T °=（2）据上述关系K {}0T =时，R {}0T °=1-3 设一新温标，用符号N °表示温度单位（它的绝对温标是用Q °表示温度单位）。
规定纯水的冰点和汽点100N °和1000N °。
试求：（1）该新温标与摄氏温标的关系；（2）若该温标的绝对零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为0N °时，其绝对温标读数是多少Q °？解：（1）N C {}100{}010001001000t t °°−−=−−N C {}9{}100t t °°=+（2） Q N C K {}{}9{}1009[{}273.15]100T t C t C T C °°°=+=++=−++ 据题意，当K {}0T =时，Q {}0T °=，解得上式中2358.35C =，代回原式得Q N {}{}2358.35T t °°=+N {}0T °=时，2358.385Q T =°。
《工程热力学》(第四版)习题提示及答案14章习题提示与答案
习题提示与答案 第十四章 化学热力学基础14-1 列出辛烷(C 8H 18)在95%的理论空气量下燃烧时的化学反应方程，已知生成物为CO 2、CO 、H 2O 及N 2。
提示：C 8H 18在空气中燃烧反应的当量方程：C 8H 18+12.5O 2+(12.5×3.76)N 2→8CO 2+9H 2O+47N 295%的理论空气量下的燃烧反应中生成物除CO 2、CO 、H 2O 之外，还有CO ；反应前后各元素质量守恒。
答案： C 8H 18+11.875O 2+44.65N 2→6.75CO 2+9H 2O+1.25CO+44.65N 2。
14-2 试求丙烷(C 3H 8)在过量空气量为20%的空气中燃烧时的空气燃料比。
提示：空气燃料比为空气量与燃料量的比值，分为摩尔空气燃料比和质量空气燃料比；丙烷(C 3H 8)在过量空气量为20%的空气中燃烧时的化学反应方程：C 3H 8+(5×1.2)O 2+(6×3.76)N 2→ 3CO 2+4H 2O+22.56N 2+(0.2×5) O 2答案：摩尔空气燃料比Z 0=28.56，质量空气燃料比'0Z =18.8。
14-3 设有某种碳氢化合物燃料在空气中燃烧。
当取出生成物中的水分后，分析得到生成物的摩尔分数为2CO y ＝12.5%；CO y ＝0.5%；2O y ＝3.0%；2N y ＝84%，试求该燃烧过程的质量空气燃料比。
提示：空气燃料比为空气量与燃料量的比值。
设燃料为C x H y ，燃烧反应方程为C x H y +22.34O 2+84N 2→12.5CO 2+z·H 2O+0.5CO+84N 2燃烧反应前后各元素质量守恒。
答案：燃料为 C 13H 26.36，质量空气燃料比89.16Z '0=。
14-4 试求丙烷(C 3H 8)的标准定压热值。
提示：标准状态下(25 ℃、1 atm)燃料完全燃烧时所释放的热量的绝对值称为标准定压热值，其值为R p ΔH H H Q p -=-=丙烷(C 3H 8) 燃烧时的当量方程：C 3H 8+5O 2+5×3.76N 2→3CO 2+4H 2O+18.8N 2()8322H C O H CO R p H H H H H H -+=-=∆()()H C f,m,0O H f,m,0CO f,m,832243H H H -+=0fm,H 为标准生成焓。
工程热力学第四版课后思考题答案
第一章基本概念与定义1．答：不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定2．答：这种说法是不对的。
工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5．答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6．答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
7．答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。
8．答：（1）第一种情况如图1-1（a ）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b ）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v 图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v 图上表示出来。
9．答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。
系统和外界整个系统不能恢复原来状态。
10．答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。
11．答：不一定。
主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。
第二章 热力学第一定理1．答：将隔板抽去，根据热力学第一定律w u q +∆=其中0,0==w q 所以容器中空 气的热力学能不变。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社.
1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。
2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。
对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。
4．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。
当地大气压p b 不一定是环境大气压。
6．经验温标的缺点是什么？为什么？不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。
7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
4题图9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。
取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。
包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。
将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。
或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。
12．图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板，（1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？（2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去p v1a b29题图隔板，每抽一块板让气体先恢复平衡在抽下一块，则又如何？（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p -v 图上表示？4．一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-12所示。
工程热力学第四版思考题答案解析[完整版][沈维道][高等教育出版社]
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工程热力学第四版沈维道 思考题 完整版第1章 基本概念及定义1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?答：否。
当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。
2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。
这种观点对不对，为什么?答：不对。
“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。
热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。
物质并不“拥有”热量。
一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
⒊平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。
⒋倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式)( )( b v b b e b P P P P P P P P P P <-=>+=；中，当地大气压是否必定是环境大气压?答：可能会的。
因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。
环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。
“当地大气压”并非就是环境大气压。
准确地说，计算式中的P b应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。
⒌温度计测温的基本原理是什么?答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。
它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕
1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定就是闭口系统不？不一定,稳定流动系统内质量也保持恒定。
2.有人认为开口系统内系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系统不可能就是绝热系。
对不对,为什么？不对,绝热系的绝热就是指热能单独通过系统边界进行传递(传热量),随物质进出的热能(准确地说就是热力学能)不在其中。
3.平衡状态与稳定状态有何区别与联系？平衡状态一定就是稳定状态,稳定状态则不一定就是平衡状态。
4.倘使容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变不？绝对压力计算公式p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中,当地大气压就是否必定就是环境大气压？当地大气压p b 改变,压力表读数就会改变。
当地大气压p b不一定就是环境大气压。
5.温度计测温的基本原理就是什么？热力学第零定律The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature 、 In order to measure temperature of body A, we compare body C — a thermometer — with body A and temperature scales (温度的标尺,简称温标) separately 、 Whenthey are in thermal equilibrium, they have the same temperature 、 Then we can know the temperature of body Awith temperature scale marked on thermometer 、 6.经验温标的缺点就是什么？为什么？不同测温物质的测温结果有较大的误差,因为测温结果依赖于测温物质的性质。
工程热力学第四版完整课后答案(华自强张忠进)
工程热力学第四版（华自强/张忠进）习题提示与答案1-1 试确定表压力为0.1 kPa 时U 形管压力计中的液柱高度差。
(1)液体为水，其密度为1 000 kg/m 3；(2)液体为酒精，其密度为789 kg/m 3。
提示：表压力数值等于U 形管压力计显示的液柱高度的底截面处液体单位面积上的力，g h p ρ∆=e 。
答案：(1) mm 10.19=∆水h (2) mm 12.92=∆酒精h 。
1-2 测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计。
如图1-17所示，若α=30°，液柱长度l ＝200 mm ，且压力计中所用液体为煤油，其密度为800 kg/m 3 ，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH 2O(4 ℃)。
提示：参照习题1-1的提示。
真空度正比于液柱的“高度”。
答案：()C 4O mmH 802v ο=p 。
1-3 在某高山实验室中，温度为20 ℃，重力加速度为976 cm/s 2，设某U 形管压力计中汞柱高度差为30 cm ，试求实际压差为多少mmHg(0 ℃)。
提示：描述压差的“汞柱高度”是规定状态温度t =0℃及重力加速度g =980.665cm/s 2下的汞柱高度。
答案：Δp =297.5 mmHg(0℃)。
1-4 某水塔高30 m ，该高度处大气压力为0.098 6 MPa ，若水的密度为1 000 kg/m 3 ，求地面上水管中水的压力为多少MPa 。
提示：地面处水管中水的压力为水塔上部大气压力和水塔中水的压力之和。
答案：Mpa 8 0.392=p 。
1-5 设地面附近空气的温度均相同，且空气为理想气体，试求空气压力随离地高度变化的关系。
又若地面大气压力为0.1 MPa ，温度为20 ℃，求30 m 高处大气压力为多少MPa 。
提示： h g p p ρ-=0 →TR hg p p g d d -=，0p 为地面压力。
答案：MPa 65099.0=p 。
1-6 某烟囱高30 m ，其中烟气的平均密度为0.735 kg/m 3。
工程热力学课后习题答案
{T}°Q = {t}°N + 2358.35
{T}°N = 0 时， T = 2358.385°Q 。
1-4 直径为 1m 的球形刚性容器，抽气后真空度为 752.5mmHg，若当地大气为 0.101MPa ， 求：
（1）容器内绝对压力为多少 Pa； （2）容器表面受力多少 N？
解 ：（1） p = p b − pv = 0.101×106 Pa − 752.5mmHg ×133.3Pa/mmHg = 691.75Pa
pe3 = pB − pb = 0.3553MPa − 0.1013MPa = 0.254MPa 1-10 起重机以每秒 2m 的恒速提升总质量为 450kg 的水泥块，试求所需功率。 解：功率等于力与速度的乘积，因恒速提升，加速度为零，所以仅为重力。
P = Fc = mgc = 450kg × 9.80665m/s2 × 2m/s = 8826W = 8.83kW
图 1-3
3
工程热力学第 4 版习题解
柱塞质量
pe = p − pb = 201kPa −101kPa = 100kPa
m = pe A = 100 ×103 Pa × 4 ×10−6 m2 = 0.0408kg = 40.8g
g
9.81m/s2
1-9 容器被分隔成 AB 两室，如图 1-4 所示，已知当场大气
1-11 电阻加热器的电阻 15Ω，现有 10A 的电流流经电阻丝，求功率。
解：
P = Ei = Ri2 = 15Ω × (10A)2 = 1500W = 1.5kW
1-12 气缸中密封有空气，初态为 p1 = 0.2MPa，V1 = 0.4m3 ，缓慢胀到V2 = 0.8m3 。 （1）过程中 pV 保持不变；
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社汇总
1闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量 保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。
2 •有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。
对不对，为什么？ 不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热 量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。
4.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式 p=p b +p g (p> p b ), p= p b -p v (p< p b )当地大气压P b 改变，压力表 读数就会改变。
当地大气压P b 不么？不同测温物质的测温结果有 较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。
7 •促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
中，当地大气压是否必定是环境大气压?定是环境大气压。
6•经验温标的缺点是什么？为什4题图9.家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。
取正在使用的家用电热水器为控制体 （但不包括电加热器），这是什么 系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能9题图构成孤立系统?为开口绝热系统（b 图）。
X X /Z \\ \、电流 热水传热 M — 不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。
包括电加热器则将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部 包括在内，构成孤立系统。
或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。
12.图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两 真空部分，一部分装气体，一部分抽成真空,中间是隔板，（1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？（2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去传热 冷水冷a热水隔板，每抽一块板让气体先恢复平衡在抽下一块，则又如何?(3)上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在示？ 4•一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分， A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-12所示。
工程热力学(第四版)课后习题提示与答案
的绝对零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为 0°N 时，其绝对温标读数是多少 °Q ？
提示和答案：（1）
{t}°N −100 = {t}°C − 0 1000 −100 100 − 0
{t}°N = 9{t}°C + 100
（2） {T}°Q = {t}°N + 常数 = 9{t}°C + 100 + 常数 = 9[{T}K − 273.15] + 100 + 常数
1-12 气缸中密封有空气，初态为 p1 = 0.2MPa，V1 = 0.4m3 ，缓慢胀到V2 = 0.8m3 。（1）
过程中
pV
保持不变；（2）过程中气体先循{ p} MPa
=
0.4
−
0.5
{V
} m
3
膨胀到 Vm
=
0.6m3 ，再维
2
第一章 基本概念
持压力不变，膨胀到V2 = 0.8m3 。分别求出两过程中气体作出的膨胀功。
提 示 和答 案 ： 容器表 面 力 为两侧 压 力 差与表 面 积 的乘积 。 可 解得 p = 691.75Pa ，
F = 1.261×106 N 。
1-5 用∪型压力计测量容器中气体的压力，在水银柱上加一段 水，则得水柱高 1020mm，水银柱高 900mm，如图 1-24 所示，若 当地大气压为 755mmHg，求容器中气体的压力为多少 MPa？
有用功Wu ；（3）若活塞与气缸无摩擦，系统输出的有用功Wu,re 。
提示和答案：
活 塞 移 动 距 离 L = V2 − V1 = 1.5m 。（ 1 ） 气 体 膨 胀 作 功 A
∫ ∫ W =
2
pdV =
工程热力学 第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)
工程热力学第四版沈维道 思考题 完整版第1章 基本概念及定义1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?答：否。
当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。
2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。
这种观点对不对，为什么?答：不对。
“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。
热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。
物质并不“拥有”热量。
一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
⒊平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。
⒋倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式中，当地大气压是否必定是环境大气压?答：可能会的。
因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。
环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。
“当地大气压”并非就是环境大气压。
准确地说，计算式中的P b 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。
⒌温度计测温的基本原理是什么?答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。
它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。
⒍经验温标的缺点是什么?为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。
工程热力学(张忠进 华自强 高青)第四版第十四章答案
0 0 + 4 H mfH − H mfC 2O 3H8
) (
)
化学热力学基础·185·
低热值
p QH = −∆H = 2011027 kJ/kmol (低热值)
14-5 试求气体状态辛烷(C8H18)的标准定压热值。 解 辛烷(C8H18) 燃烧时的当量方程为：
C8H18（g）+12.5O2+12.5×3.76N2→8CO2+9H2O（g）+47N2 ∆H = H p − H R = H CO2 + H H2O − H C8H18
(
)
∆H = 8(− 393522) + 9(− 241827 ) − (− 208447 ) =－5116172 kJ/kmol
低热值 14-6
p QH = −∆H = 5116172 kJ/kmol (低热值)
0 0 0 = 8 H mfCO + 9 H mfH − H mfC 2 2O 8H18
)
= 802303 kJ/kmol 用试凑法求理论燃烧温度,先设 Tp=2300 K,（查附表7，9，6） 则有: ∆H mCO = 109671 kJ/kmol ;
2
∆H nH 2O = 88295 kJ/kmol; ∆H mH 2 = 67007 kJ/kmol
·186·化学热力学基础
代入能量方程后,等号左边为: 109671+2×88295+67007×7.52=789153.64 左边=789153.64＜802303=右边 再设 Tp=2400 K,则有: ∆H mCO = 115788 kJ/kmol ;
0.5
可求得：
⎝ 2 ⎠ α = 0.282 0.8 − α 0.8 − 0.282 = yCO2 = = 0.454 1 1 + 0 . 5 × 0 . 282 1+ α 2
工程热力学答案高教第四版严家騄著
工程热力学基本概念思 考 题 1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？答：不对。
因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。
因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。
2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。
所以两者是不同的。
如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。
反之，均匀系也不一定处于平衡态。
但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。
如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。
3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。
对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变化，二者必居其一。
但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件地统一在一起了。
这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。
4、“过程量”和“状态量”有什么不同？答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。
因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。
习 题1-1 一立方形刚性容器，每边长 1 m ，将其中气体的压力抽至 1000 Pa ，问其真空度为多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为 0.1MPa 。
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习题提示与答案 第十四章 化学热力学基础
14-1 列出辛烷(C 8H 18)在95%的理论空气量下燃烧时的化学反应方程，已知生成物为CO 2、CO 、H 2O 及N 2。
提示：C 8H 18在空气中燃烧反应的当量方程：
C 8H 18+12.5O 2+(12.5×3.76)N 2→8CO 2+9H 2O+47N 2
95%的理论空气量下的燃烧反应中生成物除CO 2、CO 、H 2O 之外，还有CO ；反应前后各元素质量守恒。
答案： C 8H 18+11.875O 2+44.65N 2→6.75CO 2+9H 2O+1.25CO+44.65N 2。
14-2 试求丙烷(C 3H 8)在过量空气量为20%的空气中燃烧时的空气燃料比。
提示：空气燃料比为空气量与燃料量的比值，分为摩尔空气燃料比和质量空气燃料比；丙烷(C 3H 8)在过量空气量为20%的空气中燃烧时的化学反应方程：
C 3H 8+(5×1.2)O 2+(6×3.76)N 2→ 3CO 2+4H 2O+22.56N 2+(0.2×5) O 2
答案：摩尔空气燃料比Z 0=28.56，质量空气燃料比'0
Z =18.8。
14-3 设有某种碳氢化合物燃料在空气中燃烧。
当取出生成物中的水分后，分析得到生成物的摩尔分数为2CO y ＝12.5%；CO y ＝0.5%；2O y ＝3.0%；2N y ＝84%，试求该燃烧过程的质量空气燃料比。
提示：空气燃料比为空气量与燃料量的比值。
设燃料为C x H y ，燃烧反应方程为
C x H y +22.34O 2+84N 2→12.5CO 2+z·H 2O+0.5CO+84N 2
燃烧反应前后各元素质量守恒。
答案：燃料为 C 13H 26.36，质量空气燃料比89.16Z '0=。
14-4 试求丙烷(C 3H 8)的标准定压热值。
提示：标准状态下(25 ℃、1 atm)燃料完全燃烧时所释放的热量的绝对值称为标准定压热值，其值为
R p ΔH H H Q p -=-=
丙烷(C 3H 8) 燃烧时的当量方程：
C 3H 8+5O 2+5×3.76N 2→3CO 2+4H 2O+18.8N 2
()
8322H C O H CO R p H H H H H H -+=-=∆()()
H C f,m,0O H f,m,0CO f,m,832243H H H -+=
0f
m,H 为标准生成焓。
答案：p Q 0270442= kJ/kmol(低热值)。
14-5 试求气体状态辛烷(C 8H 18)的标准定压热值。
提示：参见习题14-4的提示。
气体状态辛烷(C 8H 18) 燃烧时的当量方程：
C 8H 18(g)+12.5O 2+12.5×3.76N 2→8CO 2+9H 2O(g)+47N 2
18822H C O H CO R p )(ΔH H H H H H -+=-=0H C f,m,0O H f,m,0CO f,m,18
82298H H H -+=。
答案：1721165=p Q kJ/kmol 。
14-6 设甲烷(CH 4)在温度为25 ℃的理论空气量中定压燃烧，试求其理论燃烧温度。
提示：理论燃烧温度为在与外界绝热的条件下，燃料在给定的过量空气中完全燃烧，燃烧生成物的温度。
甲烷(CH 4) 燃烧时的当量方程：
CH 4+2O 2+2×3.76N 2→CO 2+2H 2O+7.52N 2
绝热燃烧温度时应满足
0p R =-=H H Q p
即 p R H H = H R 与H P 中的显焓变化与温度直接相关：
H H H T m ∆+=0f m,)(m(298 K→T )＝0f m,H +⎰T p T
C K 298m ,0d 温度为25 ℃时，有
∑=R
0f m,R nH H 0
CH f,m,4H =
p H ()∑∆+=P
m 0f m,H H n (
)()
22222N m,O H m,0
O H f,m,CO m,0CO f,m,52.72H H H H H ∆+∆++∆+=
即 ()()
222224N m,O H m,0O H f,m,CO m,0CO f,m,0CH f,m,52.72H H H H H H ∆+∆++∆+=，
()
0O
H f,m,0CO f,m,0CH f,m,N m,O H m,CO m,224222252.72H H H H H H +-=∆+∆+∆ 标准生成焓0O H f,m,0CO f,m,0CH f,m,224H H H 、、与理论燃烧温度T 相关。
借助于相关表格查得2CO m,H ∆、O H m,2
H ∆、2N m,H ∆的数据，用试凑法求理论燃烧温度T 。
答案：T =2 329.13 K 。
14-7 试求在温度为2 000 K 下CO 2的离解度。
设系统的压力为(1)1 atm ；(2)10 atm 。
提示：离解度为化学平衡状态下生成物离解的比率。
CO 2离解时的当量方程：
22O 2
1
CO CO +
⇔ 离解度α时反应方程：
C+O 2→(1﹣α)CO 2+αCO+0.5O 2
平衡时平衡常数和各组成气体分压力的关系为
n p p y y y p p p K Δ0
1CO
O
CO 1CO
O
CO 22
22
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛= 各物质的摩尔分数为离解度α的函数。
定温定压反应中，温度确定，平衡常数K p 即有确定的值。
答案：(1)9014.0=α；(2)007.0=α。
14-8 水蒸气和一氧化碳发生反应生成水煤气，其化学反应方程为CO+H 2O →H 2+CO 2。
试求此反应在温度为2 000 K 时的平衡常数。
提示：复杂化学反应的平衡常数为组成该复杂反应的基本化学反应的平衡常数之积。
水蒸气和一氧化碳发生反应生成水煤气的化学反应方程：
222H CO O H CO +⇔+
可看做由下列两种基本化学反应组合而成：
；
222H O 21O H +⇔
2CO O 2
1
CO ⇔+ 三个反应的平衡常数分别为1p p K K 、及2p K ，则有21p p p K K K =。
定温定压反应中，温度确定，平衡常数K p 即有确定的值。
答案：K p = 0.220 9。
14-9 设有1 mol 碳和0.9 mol 氧燃烧，若反应在压力保持0.101 325 MPa(1 atm)的条件下进行，燃烧后温度升高到3 000 K ，试求生成物的摩尔分数。
提示：不考虑CO 2热离解时的反应方程：
C+0.9O 2→0.8CO 2+0.2CO
T =3 000K 时CO 2的离解度为α，则有
()()222O 2
1
CO 2.0CO 8.00.9O C ααα+
++-→+ 各生成物质的摩尔分数为离解度α的函数。
2CO 离解时的反应方程为
22O 2
1
CO CO +⇔
其平衡常数为n
p p y y y K ΔCO 21O CO 22⎪
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=，且与温度相关。
答案：454.02CO =y ，422.0CO =y ，124.02O =y 。
14-10 甲烷(CH 4)在温度为25 ℃的理论空气量下定压燃烧，设反应系统的压力为0.101 325 MPa(1 atm)，并只有CO 发生离解，试求燃烧温度。
提示：甲烷(CH 4)在空气中燃烧反应的当量方程：
2222247.52N O H 2CO N 76.322O CH ++→⨯++
有2CO 离解时:
()22222247.52N O H 2O 2
1
CO CO 1N 76.322O CH +++
+-→⨯++ααα 各生成物质的摩尔分数为离解度α的函数。
2CO 离解时的反应方程为
22O 2
1
CO CO +⇔
其平衡常数为n
p p y y y K ΔCO 21O CO 22⎪
⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=，且与温度相关。
答案：T =2 256 K 。