化工热力学第3章习题解答.doc

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第3章 均相封闭体系热力学原理及其应用
一、是否题
1. 热力学基本关系式dH=TdS+VdP只适用于可逆过程。（错。不需要可逆条件，适用于只有体积功存在的封闭体系）
2. 当压力趋于零时,（是摩尔性质）。（错.当M＝V时,不恒等于零，只有在T＝TB时，才等于零）
3. 纯物质逸度的完整定义是，在等温条件下,。（错。应该是
等）
4. 当时，.（错.当时，)
5. 因为，当时，，所以，.（错。从积分式看，当时，为任何值，都有;实际上，
6. 吉氏函数与逸度系数的关系是。(错 )
7. 由于偏离函数是两个等温状态的性质之差，故不可能用偏离函数来计算性质随着温度的变化.(错.因为：）
二、选择题
1. 对于一均相体系，等于（D。)
A. 零
B. CP/CV
C. R
D.
2. 一气体符合P=RT/（V—b）的状态方程从V1等温可逆膨胀至V2，则体系的S为（C。）
A.
B. 0
C.
D.
3. 吉氏函数变化与P—V-T关系为，则的状态应该为(C。因为)
A. T和P下纯理想气体
B. T和零压的纯理想气体
C. T和单位压力的纯理想气体

三、 填空题
1. 状态方程的偏离焓和偏离熵分别是和;若要计算和还需要什么性质？；其计算式分别是 和
2. 对于混合物体系，偏离函数中参考态是与研究态同温．同组成的理想气体混合物.

四、计算题
1. 试计算液态水从2。5MPa和20℃变化到30MPa和300℃的焓变化和熵变化，既可查水的性质表，也可以用状态方程计算。
解：用PR方程计算。查附录A-1得水的临界参数Tc=647。30K；Pc=22。064MPa；ω=0.344
另外，还需要理想气体等压热容的数据，查附录A—4得到，得到水的理想气体等压热容是

为了确定初、终态的相态，由于初．终态的温度均低于Tc,故应查出初、终态温度所对应的饱和蒸汽压(附录C-1)，P1s=0。02339MPa；P2s=8.581MPa。体系的状态变化如下图所示.
计算式如下

由热力学性质计算软件得到，
初态(蒸汽）的标准偏离焓和标准偏离熵分别是和；
终态（蒸汽）的标准偏离焓和标准偏离熵分别是和；
另外，，得到和
所以，本题的结果是

2. (Page: 4

a）分别用PR方程和三参数对应态原理计算，312K的丙烷饱和蒸汽的逸度（参考答案1。06MPa)；(b）分别用PR方程和三参数对应态原理计算312K，7MPa丙烷的逸度；(c）从饱和汽相的逸度计算312K，7MPa丙烷的逸度，设在1~7MPa的压力范围内液体丙烷的比容为2.06cm3 g—1，且为常数。
解：用Antoine方程A=6.8635,B=1892。47，C=-24.33

（a） 由软件计算可知

(b)
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童P116

3. 试由饱和液体水的性质估算(a）100℃，2.5MPa和(b)100℃，20MPa下水的焓和熵，已知100℃下水的有关性质如下

MPa，Jg—1，J g—1K-1， cm3 g—1,
cm3 g—1 K—1
解:体系有关状态点如图所示
所要计算的点与已知的饱和点是在同一条等温线上，由
cm3 g—1 K-1
得

又 cm3 g—1
得

当P=2.5MPa时，S=1。305 Jg—1 K-1；H= 420.83J g—1；
当P=20MPa时，S= 1。291Jg-1 K-1；H=433.86J g-1。

4. 压力是3MPa的饱和蒸汽置于1000cm3的容器中，需要导出多少热量方可使一半的蒸汽冷凝?（可忽视液体水的体积）
解:等容过程，
初态:查P=3MPa的饱和水蒸汽的
cm3g—1；Jg—1
水的总质量g
则J
冷凝的水量为g
终态：是汽液共存体系，若不计液体水的体积，则终态的汽相质量体积是 cm3g-1,并由此查得Jmol-1
J
移出的热量是
四、 图示题

1. 将下列纯物质经历的过程表示在P—V，lnP—H,T-S图上
（a）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；
（b）过冷液体等压加热成过热蒸汽；
（c）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；
（d)饱和液体恒容加热；
（e)在临界点进行的恒温膨胀。
解:
六、证明题
1. 分别是压缩系数和膨胀系数,其定义为，试证明；对于通常状态下的液体,都是T和P的弱函数，在T，P变化范围不是很大的条件，可以近似处理成常数.证明液体从（T1,P1）变化到（T2，P2）过程中,其体积从V1变化到V2。则。
证明：因为

另外

对于液体，近似常数，故上式从至积分得

2. 证明状态方程表达的流体的(a）CP与压力无关;(b）在一个等焓变化过程中,温度是随压力的下降而上升.
证明:(a）由式3—30，并代入状态方程,即得，所以CP与压力无关。
(b）由式3—85得，
所以在一个等焓变化过程中，温度是随压力的下降而上升。