化工熱力學(xué)答案解析3章

./3-1.物質(zhì)的體積膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)的定義分別為：,。試導(dǎo)出服從VanderWaals狀態(tài)方程的和的表達(dá)式。解：Vanderwaals方程由Z=f<x,y>的性質(zhì)得又所以故3-2.某理想氣體借活塞之助裝于鋼瓶中,壓力為34.45MPa,溫度為93℃,反抗一恒定的外壓力3.45MPa而等溫膨脹,直到兩倍于其初始容積為止,試計(jì)算此過程之、、、、、、、Q和W。解：理想氣體等溫過程,=0、=0∴Q=-W==2109.2J/mol∴W=-2109.2J/mol又理想氣體等溫膨脹過程dT=0、∴∴=5.763J/<mol·K>=-366×5.763=-2109.26J/<mol·K>=-2109.26J/<mol·K>=-2109.26J/<mol·K>=2109.2J/mol3-3.試求算1kmol氮?dú)庠趬毫?0.13MPa、溫度為773K下的內(nèi)能、焓、熵、、和自由焓之值。假設(shè)氮?dú)夥睦硐霘怏w定律。已知：〔1在0.1013MPa時氮的與溫度的關(guān)系為；〔2假定在0℃及0.1013MPa〔3在298K及0.1013MPa時氮的熵為191.76J/<mol·K>。3-4.設(shè)氯在27℃、0.1MPa下的焓、熵值為零,試求227℃、10解：分析熱力學(xué)過程-H1RH2R-S1RS2R查附錄二得氯的臨界參數(shù)為：Tc=417K、Pc=7.701MPa、ω=0.073∴<1>300K、0.1MPa的真實(shí)氣體轉(zhuǎn)換為理想氣體的剩余焓和剩余熵Tr=T1/Tc=300/417=0.719Pr=P1/Pc=0.1/7.701=0.013—利用普維法計(jì)算又代入數(shù)據(jù)計(jì)算得=-91.41J/mol、=-0.2037J/<mol·K><2>理想氣體由300K、0.1MPa到500K、10MPa過程的焓變和熵變=7.02kJ/mol=-20.39J/<mol·K><3>500K、10MPa的理想氣體轉(zhuǎn)換為真實(shí)氣體的剩余焓和剩余熵Tr=T2/Tc=500/417=1.199Pr=P2/Pc=10/7.701=1.299—利用普維法計(jì)算又代入數(shù)據(jù)計(jì)算得=-3.41KJ/mol、=-4.768J/<mol·K>∴=H2-H1=H2=-++=91.41+7020-3410=3.701KJ/mol=S2-S1=S2=-++=0.2037-20.39-4.768=-24.95J/<mol·K>3-5.試用普遍化方法計(jì)算二氧化碳在473.2K、30MPa下的焓與熵。已知在相同條件下,二氧化碳處于理想狀態(tài)的焓為8377J/mol,熵為-25.86J/<mol·K>.解：查附錄二得二氧化碳的臨界參數(shù)為：Tc=304.2K、Pc=7.376MPa、ω=0.225∴Tr=T/Tc=473.2/304.2=1.556Pr=P/Pc=30/7.376=4.067—利用普壓法計(jì)算查表,由線性內(nèi)插法計(jì)算得出：∴由、計(jì)算得：HR=-4.377KJ/molSR=-7.635J/<mol·K>∴H=HR+Hig=-4.377+8.377=4KJ/molS=SR+Sig=-7.635-25.86=-33.5J/<mol·K>3-8.試估算純苯由0.1013MPa、80℃的飽和液體變?yōu)?.013MPa、180℃的飽和蒸汽時該過程的、和。已知純苯在正常沸點(diǎn)時的汽化潛熱為3.733J/mol；飽和液體在正常沸點(diǎn)下的體積為95.7cm3/mol；定壓摩爾熱容；第二維里系數(shù)。解：1.查苯的物性參數(shù)：Tc=562.1K、Pc=4.894MPa、ω=0.2712.求ΔV由兩項(xiàng)維里方程3.計(jì)算每一過程焓變和熵變〔1飽和液體〔恒T、P汽化→飽和蒸汽ΔHV=30733KJ/KmolΔSV=ΔHV/T=30733/353=87.1KJ/Kmol·K〔2飽和蒸汽〔353K、0.1013MPa→理想氣體∵點(diǎn)〔Tr、Pr落在圖2-8圖曲線左上方,所以,用普遍化維里系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。由式〔3-61、〔3-62計(jì)算∴∴〔3理想氣體〔353K、0.1013MPa→理想氣體〔453K、1.013MPa〔4理想氣體〔453K、1.013MPa→真實(shí)氣體〔453K、1.013MPa點(diǎn)〔Tr、Pr落在圖2-8圖曲線左上方,所以,用普遍化維里系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。由式〔3-61、〔3-62計(jì)算∴4.求3-10.一容器內(nèi)的液體水和蒸汽在1MPa壓力下處于平衡狀態(tài),質(zhì)量為1kg。假如容器內(nèi)液體和蒸汽各占一半體積,試求容器內(nèi)的液體水和蒸汽的總焓。解：查按壓力排列的飽和水蒸汽表,1MPa時,根據(jù)題意液體和蒸汽各占一半體積,設(shè)干度為x則解之得：所以3-13.試采用RK方程求算在227℃、5MPa解：查附錄得正丁烷的臨界參數(shù)：Tc=425.2K、Pc=3.800MPa、ω=0.193又R-K方程：∴∴試差求得：V=5.61×10-4m∴∴∴3-14.假設(shè)二氧化碳服從RK狀態(tài)方程,試計(jì)算50℃、10.13MPa解：查附錄得二氧化碳的臨界參數(shù)：Tc=304.2.2K、Pc=7.376MPa∴又∴迭代求得：V=294.9cm3∴∴∴∴f=4.869MPa3-15.試計(jì)算液態(tài)水在30℃下,壓力分別為〔a飽和蒸汽壓、〔b100×105Pa下的逸度和逸度系數(shù)。已知：〔1水在30℃時飽和蒸汽壓pS=0.0424×105Pa；〔230℃,0～100×105Pa范圍內(nèi)將液態(tài)水的摩爾體積視為常數(shù),其值為0.01809m3/kmol；〔3解：〔a30℃,Ps=0.0424×105∵汽液平衡時,又1×105Pa以下的水蒸氣可以視為理想氣體,Ps=0.0424×105Pa＜1×105Pa∴30℃、0.0424×105Pa又理想氣體的fi=P∴〔b30℃,100×105∵∴3-16.有人用A和B兩股水蒸汽通過絕熱混合獲得0.5MPa的飽和蒸汽,其中A股是干度為98％的濕蒸汽,壓力為0.5MPa,流量為1kg/s；而B股是473.15K,0.5MPa的過熱蒸汽,試求B股過熱蒸汽的流量該為多少？解：A股：查按壓力排列的飽和水蒸汽表,0.5MPa〔151.9℃B股：473.15K,0.5MPa