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1、化工熱力學課后答案(填空、判斷、畫圖)第1章緒言一、是否題1 .封閉體系的體積為一常數(shù)。(錯)2 .封閉體系中有兩個相,。在尚未達到平衡時,兩個相都是均相敞開體系;達到平衡時,則,兩個相都等價于均相封閉體系。(對)3 .理想氣體的烙和熱容僅是溫度的函數(shù)。(對)4 .理想氣體的嫡和吉氏函數(shù)僅是溫度的函數(shù)。(錯。還與壓力或摩爾體積有關。)5 .封閉體系的1mol氣體進行了某一過程,其體積總是變化著的,但是初態(tài)和終態(tài)的體積T2相等,初態(tài)和終態(tài)的溫度分別為T1和T2,則該過程的UCVdT;同樣,對于初、TiT2終態(tài)壓力相等的過程有HCPdT。(對。狀態(tài)函數(shù)的變化僅決定于初、終態(tài)與途徑Ti無關。)二、填

2、空題1 .狀態(tài)函數(shù)的特點是:狀態(tài)函數(shù)的變化與途徑無關,僅決定于初、終態(tài)。2 .封閉體系中,溫度是T的1mol理想氣體從(Pi,Vi)等溫可逆地膨脹到(Pf,Vf),則所做的功為WrevRTlnVi/Vf(以V表示)或WrevRTlnPf/Pi(以P表示)。3 .封閉體系中的1mol理想氣體(已知CPg),按下列途徑由Ti、Pi和Vi可逆地變化至P2,則A等容過程的W=0,Q=CPgR-P2-1T1,U=CPgR-P2-1T1,H=P1P1Cjg里1T1。P1P一PP2P2B等溫過程的W=RTln,,Q=RTln,U=0,H=0。第2卓PVT關系和狀態(tài)方程一、是否題1 .純物質(zhì)由蒸汽變成液體,必

3、須經(jīng)過冷凝的相變化過程。(錯。可以通過超臨界流體區(qū)。)2 .當壓力大于臨界壓力時,純物質(zhì)就以液態(tài)存在。(錯。若溫度也大于臨界溫度時,則是超臨界流體。)3 .由于分子間相互作用力的存在,實際氣體的摩爾體積一定小于同溫同壓下的理想氣體的摩爾體積,所以,理想氣體的壓縮因子Z=1,實際氣體的壓縮因子Z1。)4 .純物質(zhì)的三相點隨著所處的壓力或溫度的不同而改變。(錯。純物質(zhì)的三相平衡時,體系自由度是零,體系的狀態(tài)已經(jīng)確定。)5 .在同一溫度下,純物質(zhì)的飽和液體與飽和蒸汽的吉氏函數(shù)相等。(對。這是純物質(zhì)的汽液平衡準則。)6 .純物質(zhì)的平衡汽化過程,摩爾體積、崎、熱力學能、吉氏函數(shù)的變化值均大于零。(錯。只

4、有吉氏函數(shù)的變化是零。)7 .氣體混合物的virial系數(shù),如B,C,是溫度和組成的函數(shù)。(對。)C 絕熱過程的W=CjgRP1VlP2Cg-1Pi,Q= 0,CpR PV1 P2PiRigcp1RiaP2CgH = CPg1 T1。PPi1 .表達純物質(zhì)的汽平衡的準則有GsvTGslT或GT,VsvGT,Vsl(吉氏函數(shù))VsvdPsHvapPsVsv Vsl (Maxwell 等面積規(guī)d-H(Claperyon方程)、P(TV)dVdTTVvapVsi則)。它們能(能/不能)推廣到其它類型的相平衡。2 .Lydersen、Pitzer、Lee-Kesler和Teja的三參數(shù)對應態(tài)原理的三個

5、參數(shù)分別為Tr,Pr,Zc、Tr,Pr,、Tr,Pr,和T,P,。3 .對于純物質(zhì),一定溫度下的泡點壓力與露點壓力相同的(相同/不同);一定溫度下的泡點與露點,在PT圖上是重疊的(重疊/分開),而在P-V圖上是分開的(重疊/分開),泡點的軌跡稱為飽和液相線,露點的軌跡稱為飽和汽相線,飽和汽、液相線與三相線所包圍的區(qū)域稱為汽液共存區(qū)。純物質(zhì)汽液平衡時,壓力稱為蒸汽壓,溫度稱為沸點。334 .對于三混合物,展開PR方程常數(shù)a的表達式,ayiyj向aj(1kij)=i1j1222y1a1y2a2y3a32y1y2va1a21k122y2y3a2a31k232y3y1ya3a11k31,其中,下標相同

6、的相互作用參數(shù)有k11k22和k33,其值應為1;下標不同的相互作用參數(shù)有k12和k21,k23和k32,k31和k12(已作k12k21,k23k32,k31k12處理),通常匕們值是如何得到?從一實驗數(shù)據(jù)擬合得到,在沒有實驗數(shù)據(jù)時,近似作零處理。5 .正丁烷的偏心因子=0.193,臨界壓力Pc=3.797MPa則在Tr=0.7時的蒸汽壓為_s_1_PsFC1010.2435MPa。五、圖示題1.試定性畫出純物質(zhì)的P-V相圖,并在圖上指出(a)超臨界流體,(b)氣相,(c)蒸汽,(d)固相,(e)汽液共存,(。固液共存,(g)汽固共存等區(qū)域;和(h)汽-液-固三相共存線,(i)TTc、TTc

7、、T=Tc的等溫線。V2.試定性討論純液體在等壓平衡汽化過程中,(二V、S、G)隨T的變化(可定性作出M-T圖上的等壓線來說明)p=常數(shù)T=Tb六、證明題1. 由式2-29知,流體的Boyle曲線是關于0的點的軌跡。證明vdW流體的Boyle曲線是abRT V22abVab2 00得P證明:由一ZP T由vdW方程得RT aV b V2RTV3Va 八0V3整理得Boyle曲線a bRT V 22abV ab2 0第3章均相封閉體系熱力學原理及其應用一、是否題1 .熱力學基本關系式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 .當壓力趨于零時,

8、MT,PMigT,P0(M是摩爾性質(zhì))。(錯。當M=V時,不恒等于零,只有在T=Tb時,才等于零)3 .純物質(zhì)逸度的完整定義是,在等溫條件下,dGRTdlnf。(錯。應該是GG;gRTlnf/Po等)4.當 P 0 時,f/P(錯。當 P 0時,f/P 1 )P5.因為 ln V RT dP ,當 P 0 時,RT P01 ,所以,V旦10。(錯。從積分P式看,當P 0時,V RT為任何值,都有P1;實際上,RTlim V0p 0 pP T Tb6.吉氏函數(shù)與逸度系數(shù)的關系是GT,PGigT,P1RTln。(錯G(T,P)Gig(T,P1)RTlnf)7.由于偏離函數(shù)是兩個等溫狀態(tài)的性質(zhì)之差,

9、故不可能用偏離函數(shù)來計算性質(zhì)隨著溫度的變化。(錯。因為:MT2,P2MT1,P1)MT2,P2MigT2,P0MT1,P1MigT1,P0MigT2,P0MigT1,P0三、填空題1.狀態(tài)方程P(Vb)RT的偏離焰和偏離嫡分別是H HigPjR,rR.TdPbTdPbP和Tp0PP2.ppSS0gRln- dP - R dP 0 ;若要計算 HT2,P2HTi,PiP00P T p0Pp和 ST2, pST1, p還需要什么性質(zhì)?CPg ;其計算式分別是HT2,P2HT1,P,H 丁212bP2 bP1H igT2H Ti,PjHigTjH igT2H igT1T2T2Cj?dTb P2巳 C

10、jgdTTiTiST2,P2 STi,RST2,P2SigT2,P0S Ti, PiSig ,P2 Rln T2RlncigCp 一dTP2 Rln P0P0TiTPiT2TiTi,PoSig T2,Po Sig Ti,Poc igC p 一dTT五、圖示題對于混合物體系,偏離函數(shù)中參考態(tài)是與研究態(tài)同溫.同組成的理想氣體混合物。1.將下列純物質(zhì)經(jīng)歷的過程表示在P-V,lnP-H,T-S圖上(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;飽和蒸汽可逆絕熱膨脹;(d)飽和液體恒容加熱;(e)在臨界點進行的恒溫膨脹解:Ta第4章非均相封閉體系熱力學-、是否題1.偏的 定 義 可

11、表 示 為VinVniT,P, nV為 T,P, x。(錯。因?qū)τ趥€均相敞開系統(tǒng),n是一個變數(shù),即n- ni T,P, n i 0)2 .對于理想溶液,所有的混合過程性質(zhì)變化均為零。 程性質(zhì)變化等于零,對 S, G, A則不等于零)(錯。V, H, U, Cp, Cv的混合過Eis3 .對于理想溶液所有的超額性質(zhì)均為零。(對。因M M M )4 .體系混合過程的性質(zhì)變化與該體系相應的超額性質(zhì)是相同的。(錯。同于4)ois5 .理想氣體有f=P,而理想溶液有 ? 口(對。因?iPxiPxif.P6 .溫度和壓力相同的兩種理想氣體混合后,則溫度和壓力不變,總體積為原來兩氣體體積之和,總熱力學能為原

12、兩氣體熱力學能之和,總嫡為原來兩氣體嫡之和。(錯。總嫡不等于原來兩氣體的嫡之和)7 .因為GE (或活度系數(shù))模型是溫度和組成的函數(shù),故理論上i與壓力無關.(錯。理論上是T, P,組成的函數(shù)。只有對低壓下的液體,才近似為T和組成的函數(shù))8 .純流體的汽液平衡準則為fv=fl。(對)9.混合物體系達到汽液平衡時,總是有f?v針fv1 i ,fl,fiv兩相中組分的逸度、總體逸度均不一定相等)10.理想溶液一定符合Lewis-Randall規(guī)則和Henry規(guī)則。(對。)、填空題1.填表偏摩爾性質(zhì)(Mi)溶液性質(zhì)(M)關系式(MXiMi)1n?/xilnflnfxiln?/xiln?ilnlnxil

13、n?lniGE/RTGE/RTXilni2.有人提出了一定溫度下二元液體混合物的偏摩爾體積的模型是V1V1(1ax2),V2V2(1bx1),其中Vi,V2為純組分的摩爾體積,a,b為常數(shù),問所提出的模型是否有問題?由Gibbs-Duhem方程得,atV2b,a,b不可能是常x1V1數(shù),故提出的模型有問題;若模型改為V1V1(1ax;),V2V2(1bx12),情況又如何?由Gibbs-Duhem方程得,aV2b,故提出的模型有一定的合理性。V3.常溫、常壓條件下二元液相體系的溶劑組分的活度系數(shù)為1nlx2x2(,是常23c數(shù)),則溶質(zhì)組分的活度系數(shù)表達式是ln22一3x12x13。2解:由x

14、1dln1x2dln20,得Xdlni%22.dln2-dx22x23x2dx223x13x1dx1x2dx2x2從Xi0此時21至任意的Xi積分,得3 x1 3 x12 dx1x2XiXiln2ln12Xi0五、圖示題1.下圖中是二元體系的對稱歸一化的活度系數(shù)1,2與組成的關系部分曲線,請補全兩圖中的活度系數(shù)隨液相組成變化的曲線;指出哪一條曲線是或2x1;曲線兩端點的含意;體系屬于何種偏差。11,020X110X11解,以上虛線是根據(jù)活度系數(shù)的對稱歸一化和不對稱歸一化條件而得到的。第5章非均相體系熱力學性質(zhì)計算、是否題1 .在一定壓力下,組成相同的混合物的露點溫度和泡點溫度不可能相同。(錯,

15、在共沸點時相同)2 .在(1)-(2)的體系的汽液平衡中,若(1)是輕組分,(2)是重組分,則y1x1,y2x2。(錯,若系統(tǒng)存在共沸點,就可以出現(xiàn)相反的情況)3 .在(1)-(2)的體系的汽液平衡中,若(1)是輕組分,(2)是重組分,若溫度一定,則體系的壓力,隨著x1的增大而增大。(錯,理由同6)4 .純物質(zhì)的汽液平衡常數(shù)K等于1。(對,因為x1y11)5 .下列汽液平衡關系是錯誤的Pyi?ivHi,solventiX。(錯,若i組分采用不對稱歸一化,該式為正確)6 .對于理想體系,乜液平衡常數(shù)Ki(=yi/xi),只與T、P有關,而與組成無關。(對,可以從理想體系的汽液平衡關系證明)7 .

16、對于負偏差體系,液相的活度系數(shù)總是小于1。(對)8 .能滿足熱力學一致性的汽液平衡數(shù)據(jù)就是高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。(錯)9 .逸度系數(shù)也有歸一化問題。(錯)10 .EOS+法既可以計算混合物的汽液平衡,也能計算純物質(zhì)的汽液平衡。(錯)、填空題1 .說出下列汽液平衡關系適用的條件(1) ?v?l無限制條件;(2) ?vyi?xi無限制條件;(3) PyiPisixi低壓條件下的非理想液相。2.丙酮(1)-甲醇(2)二元體系在98.66KPa時,恒沸組成x1=y1=0.796,恒沸溫度為327.6K,已知此溫度下的Rs95.39,P;65.06kPa則vanLaar方程常數(shù)是A12=0.587,A21=0.

17、717(已知vanLaar方程為GEA12A2lXlx2)RTMxA21X21 .組成為x1=0.2,x2=0.8,溫度為300K的二元液體的泡點組成y1的為(已知液相的GtE75n1n24nln2),Rs1866,P2s3733Pa)0.334。2 .若用EOS+法來處理300K時的甲烷(1)正戊烷(2)體系的汽液平衡時,主要困難是P1s25.4MPa飽和蒸氣壓太高,不易簡化;(EOS+丫法對于高壓體系需矯正)。3 .EOS法則計算混合物的汽液平衡時,需要輸入的主要物性數(shù)據(jù)是TCi,PCi,Ci,kj,通常如何得到相互作用參數(shù)的值?_從混合物的實驗數(shù)據(jù)擬合得到。4 .由Wilson方程計算常

18、數(shù)減壓下的汽液平衡時,需要輸入的數(shù)據(jù)是Antoine常數(shù)A,Bii;Rackett方程常數(shù)”,3;能量參數(shù)(jH)(i,j1,2,N)-Wilson方程的能量參數(shù)是如何得到的?能從混合物的有關數(shù)據(jù)(如相平衡)得到。五、圖示題1描述下列二元Txy圖中的變化過程ABCD:這是一個等壓定(總)組成的降溫過程。A處于汽相區(qū),降溫到B點時,即為露點,開始有液滴冷凝,隨著溫度的繼續(xù)下降,產(chǎn)生的液相量增加,而汽相量減少,當達到C點,即泡點時,汽相消失,此時,液相的組成與原始汽相組成相同。繼續(xù)降溫到達D點。描述下列二元Pxy圖中的變化過程ABCD:這是一等溫等壓的變組成過程。從A至ijB,是液相中輕組分1的含量增加,B點為泡點,即開始有汽泡出現(xiàn)。B至C的過程中,系統(tǒng)中的輕組分增加,汽相相對于液相的量也在不斷的增

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