1、第3章均相封閉體系熱力學(xué)原理及其應(yīng)用、是否題1 .熱力學(xué)基本關(guān)系式dH=TdS+VdP只適用于可逆過程。（錯。不需要可逆條件，適用于只 有體積功存在的封閉體系）2 .當(dāng)壓力趨于零時(shí)，M T,P Mig T,P 0 （M是摩爾性質(zhì)）。（錯。當(dāng)M = V時(shí)，不恒等于零，只有在T=Tb時(shí)，才等于零）3 .純物質(zhì)逸度的完整定義是，在等溫條件下，dG RTd ln f 。（錯。應(yīng)該是G G0gRTln f/B 等)4.當(dāng) P 0時(shí)，f/P。（錯。當(dāng) P 0時(shí)，f/P 1）RT 1 ,所以，V 0。（錯。從積分P1 ；實(shí)際上,RTlim V0p 0 p P T Tbp1RT5. 因?yàn)閘n V dP ,當(dāng)P

2、 0時(shí), RT0pRT式看，當(dāng)P 0時(shí)，V RT為任何值，都有P6.吉氏函數(shù)與逸度系數(shù)的關(guān)系是GT,P Gig T,P 1 RTln 。(錯 G(T,P) G，T,P 1） RT ln f ）7.由于偏離函數(shù)是兩個等溫狀態(tài)的性質(zhì)之差，故不可能用偏離函數(shù)來計(jì)算性質(zhì)隨著溫度的變化。（錯。因?yàn)椋篗 T2,P2M T1,P1）M T2,P2M ig T2, P0M T1p MigT1,P0MigT2,P0MigT1,P0二、選擇題1.對于一均相體系,T T 等于(D。T p T vTP一 一 P V 、C p C v T)T v T pA.零B. Cp/CvC. RD. T2. 一氣體符合P=RT/(

3、V-b)的狀態(tài)方程從 丫等溫可逆膨脹至V2,則體系的S為(C。s V2 "VViV TV2ViPdVT vV2ViRVT-dV bV2 bRln Vib八V2 bA. RT In VibB. 0CV2bC.RlnVibc V2D.R ln -Vi3.吉氏函數(shù)變化與P-V-T關(guān)系為GigT,PGxRT ln P ,則Gx的狀態(tài)應(yīng)該為(Co因?yàn)镚ig (T,P) Gig T, P0 iRT InP P0RT In P )A. T和P下純理想氣體B.T 和零壓的純理想氣體C. T和單位壓力的純理想氣體三、填空題i.狀態(tài)P(Vb)RT 的和偏離嫡分別是H H igdPpR 、T dPPbPH

4、 T2，P2 H Ti，Pi還需要什么性質(zhì)？ 若；其計(jì)算式分別是H T2,P2 H Ti,PiST2F2 STi,PiH T2 , P2bP2 bPiH ig T2 H Ti , PiH ig TiH ig T2 H igTiT2CpgdT b F2PiCpgdTTiTiST2，P2SigT2，P0STi,PiSigTi,P0SigT2，P0SigT1，P°T2TiCldTRln 顯TPiT2TicpgdT Tpp-J PR VRR什會SS0Rln dP dP0 ;右要計(jì)算p00 P T p0 P P既可查水的性質(zhì)表，也可以用狀態(tài)方Pc； 3A-4得到，得到水的理想氣體等壓熱容2.對

5、于混合物體系，偏離函數(shù)中參考必是與研究態(tài)同溫.同組成的理想氣體混合物。四、計(jì)算題i. a和20c變化到30MPa和300c的焰變化和嫡變化, 程計(jì)算。解：用PR方程計(jì)算。查附錄A-i得水的臨界參數(shù)Tc； 另外，還需要理想氣體等壓熱容的數(shù)據(jù)，查附錄Cjg 32.24 1.908 10 3T 1.057 10 5T 2 3.602 10 9T3為了確定初、終態(tài)的相態(tài)，由于初.終態(tài)的溫度均低于Tc,故應(yīng)查出初、終態(tài)溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓計(jì)算式如下（附錄C-1）, Pis=0.02339MPa ； P2s。體系的狀態(tài)變化如下圖所示。H T2,P2H Ti,PiRT2T2,P2H ig T2RT2RT1

6、H T1, R H ig T1RT1H ig T2 H igST2,P2ST1,P1一一 igST2,P2 S T2,P2R R一一 igST1,RS9 T1,P1_igR SRT2,P2SigT,P1由熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算軟件得到,初態(tài)（蒸汽）的標(biāo)準(zhǔn)偏離烙和標(biāo)準(zhǔn)偏離嫡分別是H T11PlHig T118.86782 和RT1ST- Sig,P1R11,72103 ；終態(tài)（蒸汽）的標(biāo)準(zhǔn)偏離烙和標(biāo)準(zhǔn)偏離嫡分別是HT2,P2H igT2RT26.438752 和ST2,P2 Sig T2,P2R5.100481 ;T2另外，得至U CjgdTT11862.2 Jmol 1t2 ig和"dTT1

7、 T23.236 Jmol 1 K所以，本題的結(jié)果是 H74805.1 Jmol-11116,618 Jmol K2. (a)分另1J用PR方程和三參數(shù)對應(yīng)態(tài)原理 計(jì)算，312KMPa); (b)分別用PR方程和三參數(shù)對應(yīng)態(tài)原理 計(jì)算312K, 7MPa丙烷的逸度；(c)從飽和汽相的逸度計(jì)算 312K , 7MPa丙 烷的逸度，設(shè)在17MPacm3 g-1,且為常數(shù)。解：用Antoine方程s1892.47sln P 6.8635 P 1.3324.33 312(a) 由軟件計(jì)算可知ln 0.2080.812f 1.08MPa(b) ln 1.670.1881.316MPa3.試由飽和液體水的

8、性質(zhì)估算 的有關(guān)性質(zhì)如下(a)100c和(b)100C, 20MPa下水的烙和嫡，已知 100c下水_ sslP 0.101325 MPa, H419.04 Jg-1, Ssl1.3069 J g-1K-1, Vsl 1.0435 cm3 g-1,dV sldT00008 cm3 g-1 K-1解：體系有關(guān)狀態(tài)點(diǎn)如圖所示由K-11.3069 0.0008 P 0.101325所要計(jì)算的點(diǎn)與已知的飽和點(diǎn)是在同一條等溫線上,dV-0.0008 cm3 g-1 dTyslS SP0.0008dP 0.0008 P Ps 或 SpsdV slV T -1.0435 373.15 0.0008 0.74

9、5 cm3 g-1dTyH Hslp0.745dPps0.745 P Ps 或H 419.04 0.745 P 0.101325當(dāng)P時(shí),S=1.305 Jg-1 K-1 ； H= 420.83J g-1;4.當(dāng) P=20MPa 時(shí)，S-1 K-1； H=433.86J g-1。壓力是3MPa的飽和蒸汽置于 1000cm3的容 器中，需要導(dǎo)出多少熱量方可使一半的蒸汽 冷凝？(可忽視液體水的體積)初態(tài)解:等容過程，QvUt Ut2 Ut1初態(tài)：查P=3MPa的飽和水蒸汽的67.17 cm3g-1；U155V2603.94 Jg-1水的總質(zhì)量mtVt14.89 g則 U 1t mtU 1sv3876

10、6.4JTiPiV1Uisvsv冷凝 要V2slU2 sl終態(tài)T2P2V2sVU2sV冷凝的水量為0.5mt 7.445 g終態(tài)：是汽液共存體系，若不計(jì)液體水的體積，則終態(tài)的汽相質(zhì)量體積是V255V2V1sv 134.34cm3g-1,并由此查得U；v2594.0,U；l840.05 Jmol-1U2t0.5mtU；V0.5mtU；l25566.5 J移出的熱量是QU 2tU1t 13199.9 J四、圖示題1. 將下列純物質(zhì)經(jīng)歷的過程表示在P-V, lnP-H, T-羽上(a)過熱蒸汽等溫冷凝為過冷液體；(b)過冷液體等壓加熱成過熱蒸汽；(c)飽和蒸汽可逆絕熱膨脹；(d)飽和液體恒容加熱；解

11、:（e）在臨界點(diǎn)進(jìn)行的恒溫膨脹PlrPH六、證明題1. 和分別是壓縮系數(shù)和膨脹系數(shù)，其定義為0；對于通常狀態(tài)下的液體,P T T P和都是變化范圍不是很大的條件，可以近似處理成常數(shù)。證明液體從（P2）過程中，其體積從 V1變化到V2。則 IrV2V1T2TiP2證明：因?yàn)?V2另外1V2d lrVdVVdTpV-dPP T對于液體,近似常數(shù)，故上式從 T1,F1,V1lrV2V1T2T1P2P12.證明狀態(tài)方程P（V b） RT表達(dá)的流體的（中，溫度是隨壓力的下降而上升。dTdP至 T2，P2，V2積分得V，試證明T p的弱函數(shù)，在T, PTi,PiPi）變化到（T2,a） Cp與壓力無關(guān)；（

12、b）在一個等始變化過程證明：（a）由式3-30 _CPt 上，并代入狀態(tài)方程V RT/P b ,即得-CP0,P TT2 pP T所以Cp與壓力無關(guān)。(b)由式3-85得,bCpCp 0,b 0RT RT bP PCp所以在一個等始變化過程中，溫度是隨壓力的下降而上升。第一章習(xí)題解答一、問答題：1-1化工熱力學(xué)與哪些學(xué)科相鄰？化工熱力學(xué)與物理化學(xué)中的化學(xué)熱力學(xué)有 哪些異同點(diǎn)？【參考答案】：高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)是化工熱力學(xué)的基礎(chǔ)，而化工熱力學(xué)又是化工原理、化工設(shè)計(jì)、反應(yīng)工程、化工分離過程等課程的基礎(chǔ)和 指導(dǎo)。化工熱力學(xué)是以化學(xué)熱力學(xué)和工程熱力學(xué)為基礎(chǔ)。化工熱力學(xué)與化學(xué) 熱力學(xué)的共同點(diǎn)為：兩者都是利

13、用熱力學(xué)第一、第二定律解決問題；區(qū)別在 于：化學(xué)熱力學(xué)的處理對象是理想氣體、理想溶液、封閉體系；而化工熱力 學(xué)面對的是實(shí)際氣體、實(shí)際溶液、流動體系，因此化工熱力學(xué)要比化學(xué)熱力 學(xué)要復(fù)雜得多。1-2化工熱力學(xué)在化學(xué)工程與工藝專業(yè)知識構(gòu)成中居于什么位置？【參考答案】：化工熱力學(xué)與其它化學(xué)工程分支學(xué)科間的關(guān)系如下圖所示，可以看出，化工熱力學(xué)在化學(xué)工程中有極其重要的作用。第六級：E"氏展第五級：流程常胃第級：Q備設(shè)計(jì)第三級：“二優(yōu)反"R停 訃H HW第二級；丁衡計(jì)第第一級：物能常/ 和熱力學(xué)性質(zhì)訃算1-3化工熱力學(xué)有些什么實(shí)際應(yīng)用？請舉例說明。【參考答案】：確定化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的可能性

14、及其方向，確定反應(yīng)平衡條件和平衡時(shí)體系的狀態(tài)。（可行性分析）描述能量轉(zhuǎn)換的規(guī)律，確定某種能量向目標(biāo)能量轉(zhuǎn)換的最大效率。（能量有效利用）描述物態(tài)變化的規(guī)律和狀態(tài)性質(zhì)。確定相變發(fā)生的可能性及其方向，確定相平衡條件和相平衡時(shí)體系的狀態(tài)。通過模擬計(jì)算，得到最優(yōu)操作條件，代替耗費(fèi)巨大的中間試驗(yàn)。化工熱力學(xué)最直接的應(yīng)用就是精微塔的設(shè)計(jì)：1）汽液平衡線是確定精微塔理論板數(shù)的依據(jù)，可以說沒有化工熱力學(xué)的汽液平衡數(shù)據(jù)就沒有精儲塔的設(shè)計(jì)；2）精儲塔再沸器提供的熱量離不開化工熱力學(xué)的燃的數(shù)據(jù)。由此可見，化工熱力學(xué)在既涉及到相平衡問題又涉及到能量有效利用的分離過程中有著舉足輕重的作用。1-4化工熱力學(xué)能為目前全世界提倡的“節(jié)能減排”做些什么？【參考答案】：化工熱力學(xué)是化學(xué)工程的一個重要分支，它的最根本任務(wù)就是利用熱力學(xué)第一、第二定律給出物質(zhì)和能量的最大利用極限，有效地降低生產(chǎn)能耗，減少污染。因此毫不夸張地說：化工熱力學(xué)就是為節(jié)能