化工热力学答案第三版.doc

1、化工热力学课后答案（第三版）陈钟秀编著2-1.使用下述方法计算 1kmol 甲烷贮存在体积为 0.1246m3、温度为50的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K 方程；（3）普遍化关系式。解：甲烷的摩尔体积 V=0.1246 m3/1kmol=124.6 cm3/mol查附录二得甲烷的临界参数：T c=190.6K Pc=4.600MPa Vc=99 cm3/mol =0.008(1)理想气体方程P=RT/V=8.314323.15/124.610-6=21.56MPa(2)R-K 方程2.522.560.5268.314900.478073cRTa PamKolP 5316.6

2、.68cb l 0.5RTaPVb 50.5558.3142. 3.26931461.9810=19.04MPa(3)普遍化关系式232.1590.65rcT124.69.5rcV利用普压法计算， 1Z crRPV crZT654.102.40.21383cr rrPVZPRT迭代：令 Z0=1P r0=4.687 又 Tr=1.695，查附录三得：Z 0=0.8938 Z1=0.4623=0.8938+0.0080.4623=0.8975 01此时，P=P cPr=4.64.687=21.56MPa同理，取 Z1=0.8975 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个 Z 值相差很小，迭代结束

3、，得 Z 和 P 的值。 P=19.22MPa2-2.分别使用理想气体方程和 Pitzer 普遍化关系式计算510K、2.5MPa 正丁烷的摩尔体积。已知实验值为 1480.7cm3/mol。解：查附录二得正丁烷的临界参数：T c=425.2K Pc=3.800MPa Vc=99 cm3/mol =0.193（1）理想气体方程V=RT/P=8.314510/2.5106=1.69610-3m3/mol误差： 1.69.48071%4.5（2）Pitzer 普遍化关系式对比参数： 普维51042.9rcT2.5380.679rcP法 01.61.6.830830.239rBT14.24.277.

4、9.58r=-0.2326+0.1930.05874=-0.221301cBPRT=1-0.22130.6579/1.199=0.8786crBPZRT PV=ZRTV= ZRT/P=0.87868.314510/2.510 6=1.4910-3 m3/mol误差： 1.498071%.632-3.生产半水煤气时，煤气发生炉在吹风阶段的某种情况下，76%（摩尔分数）的碳生成二氧化碳，其余的生成一氧化碳。试计算：（1）含碳量为 81.38%的 100kg 的焦炭能生成1.1013MPa、303K 的吹风气若干立方米？（ 2）所得吹风气的组成和各气体分压。 解：查附录二得混合气中各组分的临界参数：

5、一氧化碳(1)：T c=132.9K Pc=3.496MPa Vc=93.1 cm3/mol =0.049 Zc=0.295二氧化碳(2)：T c=304.2K Pc=7.376MPa Vc=94.0 cm3/mol =0.225 Zc=0.274又 y1=0.24， y2=0.76(1)由 Kay 规则计算得： 0.413.90764.23.1cmicTy K25iP MPa普维法306.15rmc0.140.157rmcP利用真实气体混合物的第二维里系数法进行计算 01 1.61.6420.42.83830.298rBT1 4.24.21070.17.3939369rBT 0 61168.

6、80.9.137.81010cRBP 02 1.61.624.42.833.347rBT12 4.24.270.7.990.58r01 622268.3.31.319.307cRTBBP 又 0.50.5.942.8cijicj K331313132 9.5/cijVcmol120.95.740.28ccijZ13ij6/0.2845.6/9.510.83cijijcijijPRTV MPa 3.6.07rijcij .0.19rijcijP0121.61.62.88.35rBT124.24.21707.39398r 0 62112168.1.30.17.839.4105cRTBBP 2112

7、2myy6 626630.47.380.4739.810.719.3084.271/cmol V=0.02486m 3/molmBPVZRTV 总 =n V=10010381.38%/120.02486=168.58m3(2) 11 0.2950.2413.84cmZPy MPa22 .7.76.c2-4.将压力为 2.03MPa、温度为 477K 条件下的 2.83m3NH3 压缩到0.142 m3，若压缩后温度 448.6K，则其压力为若干？分别用下述方法计算：（1）Vander Waals 方程；（ 2）Redlich-Kwang 方程；（3）Peng-Robinson 方程；（4）普遍

8、化关系式。解：查附录二得 NH3 的临界参数：T c=405.6K Pc=11.28MPa Vc=72.5 cm3/mol =0.250(1)求取气体的摩尔体积对于状态：P=2.03 MPa、T=447K、V=2.83 m 3普维法4705.617rcT2.018.rcP 01.61.624.8383.rB14.24.2707.9959rT01.6.10.26cBPRV=1.88510 -3m3/molcrVBPZTRTn=2.83m 3/1.88510-3m3/mol=1501mol对于状态：摩尔体积 V=0.142 m3/1501mol=9.45810-5m3/mol T=448.6K(2

9、)Vander Waals 方程22262678.31405.4364cRTa PamolP5316.782cb l22 558.314.0.47.6957RTaP MPaV (3)Redlich-Kwang 方程2.522.560.5268.31400.47807879cRTa PamKolP 5316.6.62cb l0.5 50.5558.314. 8.67918.34942.0RTa MPaVb (4) Peng-Robinson 方程 48.61.6rcT 2 20.371.520.9.3741.5260.90.5.743k. .47rT2 2 6268.0.4570.45709.2

10、1ccRaT PamolP 53168.31.8.2cb mol aTRTPVbV5 10 108.314.6.42695209.48.52.339.582.36 .0MPa(5)普遍化关系式 2 适用普压法，迭代进行559.48107.21.30rcV计算，方法同 1-1（3）2-6.试计算含有 30%（摩尔分数）氮气（1）和 70%（摩尔分数）正丁烷（2）气体混合物 7g,在 188、6.888MPa 条件下的体积。已知B11=14cm3/mol，B 22=-265cm3/mol，B 12=-9.5cm3/mol。解： 22112myy2 30.340.379.5076512.8/cmol

11、V(摩尔体积)=4.2410 -4m3/molmBPVZRT假设气体混合物总的摩尔数为 n，则0.3n28+0.7n58=7n=0.1429molV= nV( 摩尔体积)=0.14294.2410 -4=60.57 cm32-8.试用 R-K 方程和 SRK 方程计算 273K、101.3MPa 下氮的压缩因子。已知实验值为 2.0685解：适用 EOS 的普遍化形式查附录二得 NH3 的临界参数： Tc=126.2K Pc=3.394MPa =0.04（1）R-K 方程的普遍化 2.522.560.5268.3140.478071790cRTa PamKolP 5316.6.68cb l2.

12、5aART bPBRT1. 51.51.7680342Bb 6.0.19528.PhZVTZZ11.5AhhZB、两式联立，迭代求解压缩因子 Z（2）SRK 方程的普遍化73126.3rcT2 20.48.50.4801.57.40176.40.57m.5 .51.23.3.63rrT2 .5 60.5268140.4780.270.92.9cRa PamKolP 5316.3.6.62.7cTb ol1.551.50.92092784AaBR 6.63.1528.7bPhZVTZZ110.95AhhB、两式联立，迭代求解压缩因子 Z第三章3-1. 物质的体积膨胀系数 和等温压缩系数 的定义分

13、别为：k， 。试导出服从 Vander Waals 状态方程的 和 的1PVT1Tk k表达式。解：Van der waals 方程 2RaPVb由 Z=f(x,y)的性质 得 1yxzx 1TPV又 23TPaRVb VPRTb所以 23 1PV32PRbTa故 2231V223TbkPRaV3-2. 某理想气体借活塞之助装于钢瓶中，压力为 34.45MPa，温度为93，反抗一恒定的外压力 3.45 MPa 而等温膨胀，直到两倍于其初始容积为止，试计算此过程之 、 、 、 、 、 、UHSAGTdS、Q 和 W。pdV解：理想气体等温过程， =0、 =0 Q=-W= =2109.2 J/mo

14、l2112ln2VVRTpdd W=-2109.2 J/mol又 理想气体等温膨胀过程 dT=0、PPTdSCdPVRT dS =5.763J/(molK)22 2111lnllnPPSRdR=-3665.763=-2109.26 J/(molK)AUT=-2109.26 J/(molK)GHA=-2109.26 J/(molK)dS=2109.2 J/mol2112ln2VVRTpdd3-3. 试求算 1kmol 氮气在压力为 10.13MPa、温度为 773K 下的内能、焓、熵、 、 和自由焓之值。假设氮气服从理想气体定律。已知：VCp（1）在 0.1013 MPa 时氮的 与温度的关系为

15、pC；27.0.4187J/molKpCT（2）假定在 0及 0.1013 MPa 时氮的焓为零；（3）在 298K 及 0.1013 MPa 时氮的熵为 191.76J/(molK)。3-4. 设氯在 27、0.1 MPa 下的焓、熵值为零，试求 227、10 MPa 下氯的焓、熵值。已知氯在理想气体状态下的定压摩尔热容为 36231.690.41.081J/molKigpCTT解：分析热力学过程30K.1MPa H=S，真 实 气 体， HS 、 501 MPa，真 实 气 体-H1R H2R-S1R S2R30K.MPa， 理 想 气 体 1HS 、 50K1 MPa， 理 想 气 体查附录二得氯的临界参数为：Tc=417K、P c=7.701MPa、=0.073(1)300K、0.1MPa 的真实气体转换为理想气体的剩余焓和剩余熵