化工热力学习题.docx

化工热力学习题第二章习题一选择题1.T温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为CA.饱和蒸汽B.超临界流体C.过热蒸汽2.T温度下的过冷纯液体的压力PAA.>()TPsB.()TPsB.1c.A3326LB332.6LC3.326LD33.263m18、下列气体通用常数R的数值和单位，正确的是AAKkmolmPa?/10314.833B1.987cal/kmolKC82.05Katmcm/3?D8.314KkmolJ?/19、纯物质PV图临界等温线在临界点处的斜率和曲率都等于B。A.-1B.0C.1D.不能确定20、当压力趋于零时，1mol气体的压力与体积乘积PV趋于D。A.零B无限大C.某一常数D.RT21、不经冷凝，能否将气体通过其他途径变成液体？AA.能B.不可能C.还缺条件22、纯物质临界点时，其比照温度TrD。A=0B0D=123、当压力趋于零时，1mol气体的压力与体积乘积PV趋于(D)a.零b.无限大c.某一常数d.RT24、水处于饱和蒸气状态，其自由度为B，如要查询水的饱和蒸气热力学性质表，则需要个独立状态参数的已知条件。A、0B、1C、2D.325、范德华方程与RK方程均是常见的立方型方程，对于摩尔体积V存在三个实根或者一个实根，当存在三个实根时，最大的V值是B。A、饱和液体体积B、饱和蒸汽体积C、无物理意义D、饱和液体与饱和蒸汽的混合体积26、能够通过测量直接得到数值的状态参数是C。A、焓B、内能C、温度D、熵27、某真实气体符合状态方程，a、b为的常数，则当该气体进行绝热膨胀时，膨胀后气体的温度B。A、升高B、降低C、不变D、不能确定28、RK方程、PR方程等是实用的立方型方程，对于摩尔体积V存在三个实根或者一个实根，当存在一个实根V值其余二根为虚根时，V值是C。A、饱和液体体积B、饱和蒸汽体积C、过热蒸汽D、过冷液体29、下列阐述错误的是A。AP-R方程能同时应用于汽、液两相计算，准确度较高。B.R-K方程能同时应用于汽、液两相计算，准确度较高。C.活度系数能够大于1可以小于1。D.压缩因子能够大于1可以小于1。30关于化工热力学研究特点的下列讲法中不正确的是BA.研究体系为实际状态。B.解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。C.处理方法为以理想态为标准态加上校正。D.获取数据的方法为少量实验数据加半经历模型。E.应用领域是解决工厂中的能量利用和平衡问题。31Pitzer提出的由偏心因子计算第二维里系数的普遍化关系式是C。)(5.0bTabRTP+-=AB=B0B1BB=B0+B1CBPC/RTC=B0+B1DB=B0+B32泡点的轨迹称为C，露点的轨迹称为，饱和汽、液相线与三相线所包围的区域称为。A.饱和汽相线，饱和液相线，汽液共存区B.汽液共存线，饱和汽相线，饱和液相区C.饱和液相线，饱和汽相线，汽液共存区33混合气体的第二维里系数CA.T和P的函数B.仅为T的函数C.T和组成的函数D.P和组成的函数34纯物质临界点时，比照温度TrD。A.0；B.>1；C.2BVr4二、填空题1.纯物质的临界等温线在临界点的斜率和曲率均等于_0_，数学上能够表示为_和_。2.根据Pitzer提出的三参数对应态原理，计算给定T,P下纯流体的压缩因子Z时，可查表得到_、_，并根据公式_，计算出Z。假如无法查表，可以根据截断的Virial公式1BPZRT=+，利用B0,B1仅为比照温度的函数，计算出B0,B1，根据公式_，计算出B，进而得到Z的数值。3.对应态原理是指。三参数对应态原理中三个参数为_。普遍化方法分为_和_两种方法；用普遍化方法能够计算_、_、_和_性质。4偏心因子的定义。5、在PT图上纯物质三种聚集态相互共存处称三相点。6、常用的8个热力学变量P、V、T、S、h、U、A、G可求出一阶偏导数336个，其中独立的偏导数共112个，但只要6个可通过实验直接测定，因而需要用将不易测定的状态性质偏导数与可测状态性质偏导数联络起来。8、描绘流体PVT关系的立方型状态方程是_体积_三次方的物态方程。9、不能通过测量直接得到数值的状态参数有。焓、温度、熵、压力、内能、体积10体积膨胀系数的定义式为：PTVV1?=那么，理想气体的体积膨胀系数为。三、是非题1.当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。否2.由于分子间互相作用力的存在，实际气体的摩尔体积一定小于同温同压下的理想气体的摩尔体积，所以，理想气体的压缩因子Z=1，实际气体的压缩因子Z9维里系数的物理意义是代表物质极性的大小。(否)10.普遍化三参数求取压缩因子z的方法有普维法和普压法两种，在Vr2时,应采用普压法。否11三参数普遍化方法中，第二维里系数B与偏心因子的关系是：B=B0+B1否12、000.1)lg(7.0-=rTsrP表示分子与简单的球形流体氩，氪、氙分子在形状和极性方面的偏心度。(是)13.要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程P=P(T,V)的自变量中只要一个强度性质，所以这与相律相矛盾。否14.理想气体U、CV、H、CP的固然与P无关，但与V有关。否15.在同一温度下，纯物质的饱和液体和饱和蒸汽的热力学能和Gibbs函数均相等。否16.若一个状态方程能给出纯流体正确的临界压缩因子，那么它就是一个优秀的状态方程。否17.纯物质的平衡气化经过，摩尔体积、焓、热力学能、Gibbs函数的变化值均为零。否18.三参数的对应态原理较两参数优秀，由于它合适于任何流体。否19.在压力趋向于零的极限条件下，所有流体将成为简单流体。否20.压力低于所处温度下的饱和蒸汽压的液体称过热液体。是21.压力高于所处温度下的饱和蒸汽压的气体称过冷蒸汽。是22.纯物质由蒸汽变成固体，必须经过液相。否四、问答题：1为什么要研究流体的pVT关系？【参考答案】：流体p-V-T关系是化工热力学的基石，是化工经过开发和设计、安全操作和科学研究必不可少的基础数据。1流体的PVT关系能够直接用于设计。2利用可测的热力学性质T，P，V等计算不可测的热力学性质H，S，G，等。只要有了p-V-T关系加上理想气体的idpC，能够解决化工热力学的大多数问题。2在p-V图上指出超临界萃取技术所处的区域，以及该区域的特征；同时指出其它重要的点、线、面以及它们的特征。【参考答案】：1超临界流体区的特征是：T>Tc、p>pc。2临界点C的数学特征：3饱和液相线是不同压力下产生第一个气泡的那个点的连线；4饱和汽相线是不同压力下产生第一个液滴点或露点那个点的连线。5过冷液体区的特征：给定压力下液体的温度低于该压力下的泡点温度。6过热蒸气区的特征：给定压力下蒸气的温度高于该压力下的露点温度。7汽液共存区：在此区域温度压力保持不变，只要体积在变化。3.要知足什么条件，气体才能液化？【参考答案】：气体只要在低于Tc条件下才能被液化。4.不同气体在一样温度压力下，偏离理想气体的程度能否一样？你以为哪些是决定偏离理想气体程度的最本质因素？【参考答案】：不同。真实气体偏离理想气体程度不仅与T、p有关，而且与每个气体的临界特性有关，即最本质的因素是比照温度、比照压力以及偏心因子rT，rP和。5.偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它能够直接测量吗？【参考答案】：偏心因子为两个分子间的互相作用力偏离分子中心之间的作用力的程度。其物理意义为：一般流体与球形非极性简单流体氩，氪、氙在形状和极性方面的偏心度。为了提高计算复杂分子压缩因子的准确度。偏心因子不能够直接测量。偏心因子，由测定的比照温度为0.7时的比照饱()()()()点在点在CVPCVPTT0022=?和压力的数据计算而得，并不能直接测量。6.什么是状态方程的普遍化方法？普遍化方法有哪些类型？【参考答案】：所谓状态方程的普遍化方法是指方程中不含有物性常数a，b，而是以比照参数作为独立变量；普遍化状态方程可用于任何流体、任意条件下的PVT性质的计算。普遍化方法有两种类型：1以压缩因子的多项式表示的普遍化关系式(普遍化压缩因子图法)；2以两项virial方程表示的普遍化第二virial系数关系式(普遍化virial系数法)7.简述三参数对应状态原理与两参数对应状态原理的区别。【参考答案】：三参数对应状态原理与两参数对应状态原理的区别在于为了提高比照态原理的精度，引入了第三参数如偏心因子。三参数对应态原理为：在一样的rT和rp下，具有一样值的所有流体具有一样的压缩因子Z，因而它们偏离理想气体的程度一样，即),P,T(fZrr=。而两参数对应状态原理为：在一样比照温度rT、比照压力rp下，不同气体的比照摩尔体积rV或压缩因子z是近似相等的，即(,)rrZTP=。三参数对应状态原理比两参数对应状态原理精度高得多。8.总结纯气体和纯液体pVT计算的异同。【参考答案】：由于范德华方程vdW方程最大突破在于能同时计算汽、液两相性质，因而，理论上讲，采用基于vdW方程的立方型状态方程能同时将纯气体和纯液体的性质计算出来最小值是饱和液体摩尔体积、最大值是饱和气体摩尔体积，但事实上计算的纯气体性质误差较小，而纯液体的误差较大。因而，液体的p-V-T关系往往采用专门计算液体体积的公式计算，如修正Rackett方程，它与立方型状态方程相比，既简单精度又高。9.怎样理解混合规则？为什么要提出这个概念？有哪些类型的混合规则？【参考答案】：对于混合气体，只要把混合物看成一个虚拟的纯物质，算出虚拟的特征参数，如Tr，pr，并将其代入纯物质的状态方程中，就能够计算混合物的性质了。而计算混合物虚拟特征参数的方法就是混合规则；它是计算混合物性质中最关键的一步。对于理想气体的混合物，其压力和体积与组成的关系分别表示成Dalton分压定律iipyp=和Amagat分体积定律iiy)nV(V=。但对于真实气体，由于气体纯组分的非理想性及混合引起的非理想性，使得分压定律和分体积定律无法准确地描绘真实气体混合物的pV-T关系。为了计算真实气体混合物的pV-T关系，我们就需要引入混合规则的概念。混合规则有虚拟临界参数法和Kay规则、立方型状态方程的混合规则、气体混合物的第二维里系数。10.状态方程主要有哪些类型？怎样选择使用？请给学过的状态方程之精度排个序。【参考答案】：状态方程主要有立方型状态方程vdW，RK，SRK，PR；多参数状态方程virial方程；普遍化状态方程普遍化压缩因子法、普遍化第二virial系数法、液相的Rackett方程。在使用时：1若计算液体体积，则直接使用修正的Rackett方程(2-50)(2-53)，既简单精度又高，不需要用立方型状态方程来计算；2若计算气体体积，SRK，PR是大多数流体的首选，无论压力、温度、极性怎样，它们能基本知足计算简单、精度较高的要求，因而在工业上已广泛使用。对于个别流体或精度要求十分高的，则需要使用对应的专用状态方程或多参数状态方程。精度从高到低的排序是：多参数状态方程>立方型状态方程>两项截断virial方程>理想气体状态方程。立方型状态方程中：PR>SRK>RK>vdW五、计算题1.某反响器容积为31.213m，内装有温度为0227C的乙醇45.40kg。现请你试用下面三种方法求取该反响器的压力，并与实验值2.75MPa比拟误差。1用理想气体方程；2用RK方程；3用普遍化状态方程。2.一个0.5m3压力容器，其极限压力为2.75MPa，若许用压力为极限压力的一半，试用普遍化第二维里系数法计算该容器在130时，最多能装入多少丙烷？已知：丙烷Tc369.85K，Pc4.249MPa，0.152。3.已知50Kg的丙烷气体，需要在137、5Mpa的条件下储存。欲设计一个压力容器，请提供该容器的体积设计参数。请分别据两种方法进行计算：1普遍化三参数压缩子法2真实气体状态方程法设丙烷符合R-K方程)(5.0bTabRTP+-=讲明：答题时只需给出解题的步骤和方法，不必给出详细结果。注意：公式中每一参量必须作出讲明：根据已给条件，直接代入公式中每一参量的详细数值和单位必须作出讲明，而在计算时已知条件不足的均须自行补充讲明其中a和b不必列出公式。否则相应步骤的得分值为0。2-1解：1用理想气体方程MPaVnRTP38.310213.115.50010314.8987.063=?=误差：%9.222用R-K方程()()MPabVVTabVRTP76.2109247.7105519.30583.0229.1229.115.500108039.20583.0229.115.50010314.85625.0735.0=?-?=?+?-?=+-=误差：%36.03用三参数普遍化关联2第三章纯流体的热力学性质习题一、选择题1.设Z为x，y的连续函数，根据欧拉连锁式，有BA.1xyzZZxxyy?=-?B.1yxZZxyxyZ?=-?C.1yxZZxyxyZ?=?D.1yZxZyyxxZ?=-?2.关于偏离函数MR，理想性质M*，下列公式正确的是CA.*RMMM=+B.*2RMMM=-C.*RMMM=-D.*RMMM=+3.关于逸度的下列讲法中不正确的是(D)A逸度可称为“校正压力。B逸度可称为“有效压力。C逸度表达了真实气体对理想气体的偏差。D逸度可代替压力，使真实气体的状态方程变为fv=nRT。E逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。4在同一温度下，单组分体系TS图上各等压线随熵值的增大，压力将BA增大B减小C不变D不一定5.关于热力学基本方程dU=TdS-pdV,下面的讲法中准确的是(D)。(A)TdS是经过热(B)pdV是体积功(C)TdS是可逆热(D)在可逆经过中,pdV等于体积功,TdS即为经过热6.麦克斯韦关系式的主要作用是C。(A)简化热力学变量的计算；(B)用某个热力学函数代替另一不易测定的热力学函数的偏微商；(C)用易于测定的状态性质的偏微商代替不易测定的状态性质的偏微商；(D)便于用特性函数表达其它热力学函数7.下列四个关系式中哪一个不是麦克斯韦关系式？(A)A.?T/?V)S=?V/?S)pB.?T/?p)S=?V/?S)pC.?S/?V)T=?p/?T)VD.?S/?p)T=-(?V/?T)p8常压下某液体沸腾时，保持不变的热力学性质是CA摩尔体积B摩尔熵C摩尔自由焓D摩尔内能9.对1mol理想气体，应是CaR/V；bR；c-R/P；dR/T。10.对理想气体有C。0)/.(?TPHB0)/.(=?TPHC0)/.(=?PTHD11.对单位质量，定组成的均相流体体系，在非流动条件下有A。AdH=TdS+VdpBdH=SdT+VdpCdH=-SdT+VdpD.dH=-TdS-Vdp12.对1mol符合)/(bVRTP-=状态方程的气体，TPS)(?应是CA.R/V；B.R；C.-R/P；D.R/T。13.对1molVanderWaals气体，有A。A.(?S/?V)T=R/(v-b)B.(?S/?V)T=-R/(v-b)C.(?S/?V)T=R/(v+b)D.(?S/?V)T=P/(b-v)14在T-S图上，绝热可逆经过工质的状态总是沿着B进行的。A.等焓线；B.等熵线；C.等干度线；D.等压线。15绝热可逆膨胀经过线在TS图上是BA是平行于横坐标的直线B是平行于纵坐标的直线C是沿等焓线变化的D是沿等干度线变化的二、填空题2.几个重要的定义公式：焓H=_；自由能A=_；自由焓G=_。3.几个热力学基本关系式：dU=_；dH=_；dA=_；dG=_。4.写出下列Maxwell关系式：TSV?=?_；TSp?=?_。5逸度的标准态有两类，1以为规则，2以为规则，请举例讲明12。6.写出热力学基本方程式_；_；_；_。7、偏离函数的定义。8、(2分)麦克斯韦关系式的主要作用是。9、(2分)剩余性质的定义是'M?=_。10、(2分)纯物质T-S图两相区水平线段结线长度表示大小。11纯物质TS图的拱形曲线下部为_区。12、采用普遍化压缩因子关系式或普遍化维里系数计算剩余焓，确定HR的三个参数为。13、当湿蒸汽的干度x0时，工质全部为状态。三、是非题1、若用x表示蒸汽的干度，则该蒸汽的焓xHxHHslsv?+-?=)1(。否2、逸度是一种热力学性质，溶液中组分i分逸度与溶液逸度的关系=niiimfxf?。(否)3.在TS图上，空气和水蒸气一样，在两相区内等压线和等温线是重合的。(否)4、(1分)在TS图上,空气和水蒸气一样,在两相区内,等压线和等温线是重合的。(否)5当压力趋近于零时，剩余焓H0是6理想气体等温压缩经过的焓H0是7、计算逸度系数的公式?-=PiidPPRTVRT)(1ln?仅适用于气体组份，而不能用于液相或固相组份。否8、对于热力学关系式dpTVTVdTCdHpp)(?-+=仅适用于气体组份，而不能用于液相或固相组份。否9、*MMMR-=指气体真实状态下的热力学性质M与同一T，P下当气体处于理想状态下热力学性质M*之间的差额。是10.逸度与压力的单位是一样的。是11.由于剩余函数是两个等温状态的性质之差，故不可能用剩余函数来计算性质随温度的变化。否12由一个优秀的状态方程就能够计算所有的均相热力学性质随状态的变化。否13.Gibbs函数与逸度系数的关系是G(T,P)-Gig(T,P)=RTln。否14.纯物质逸度的完好定义是，在等温条件下dG=RTdlnf。否15.理想气体的焓和热容仅是温度的函数。是16.理想气体的熵和Gibbs函数仅是温度的函数。否17.像dU=TdS-PdV等热力学基本方程只能用于气相，而不能用于液相和固相。否18.理想气体的状态方程是PV=RT，其中压力p是用逸度f代替后就成为了真实流体状态方程。否四、考虑题1气体热容，热力学能和焓与哪些因素有关？由热力学能和温度两个状态参数能否确定气体的状态？答：气体热容，热力学能和焓与温度压力有关，由热力学能和温度两个状态参数能够确定气体的状态。2理想气体的内能的基准点是以压力还是温度或是两者同时为基准规定的？答：理想气体的内能的基准点是以温度为基准规定的。3理想气体热容差Rpvcc-=能否也适用于理想气体混合物？答：理想气体热容差Rpvcc-=不适用于理想气体混合物，由于混合物的组成对此有关。4热力学基本关系式dddHTSVp=+能否只适用于可逆经过？答：否。热力学基本关系式dddHTSVp=+不受经过能否可逆的限制5有人讲：“由于剩余函数是两个等温状态的性质之差，故不能用剩余函数来计算性质随着温度的变化，这种讲法能否正确？答：不正确。剩余函数是针对于状态点而言的；性质变化是指一个经过的变化，对应有两个状态。6水蒸气定温经过中，热力学内能和焓的变化能否为零？答：不是。只要理想气体在定温经过中的热力学内能和焓的变化为零。7用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的焓值或熵值有时相差很多，为什么？能否穿插使用这些图表求解蒸气的热力经过？答：由于做表或图时选择的基准可能不一样，所以用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的焓值或熵值有时相差很多。不能够穿插使用这些图表求解蒸气的热力经过。8氨蒸气在进入绝热透平机前，压力为2.0MPa，温度为150，今要求绝热透平膨胀机出口液氨不得大于5%，某人提出只要控制出口压力就能够了。你以为这意见对吗？为什么？请画出T-S图示意讲明。答：能够。由于出口状态是湿蒸汽，确定了出口的压力或温度，其状态点也就确定了。9很纯的液态水，在大气压力下，能够过冷到比0低得多的温度。假设1kg已被冷至-5的液体。如今，把一很小的冰晶(质量能够忽略)投入此过冷液体内作为晶种。假如其后在51.01310Pa?下绝热地发生变化，试问：(1)系统的终态如何？ (2)经过能否可逆？答：压力增高，又是绝热经过，所以是一个压缩经过熵增加，若为可逆经过则是等熵经过，故系统的终态还是过冷液体。此经过不可逆。10.A和B两个容器，A容器充满饱和液态水，B容器充满饱和蒸气。二个容器的容积均为1000cm3，压力都为1MPa。假如这两个容器爆炸，试问哪一个容器被毁坏得更严重？答：A容器被毁坏得更严重。由于在压力、体积一样的情况下，饱和液态水的总热力学能远远大于饱和蒸气。11、偏离函数定义，*MMMR-=指气体真实状态下的热力学性质M与同一T，P下当气体处于理想状态下热力学性质M*之间的差额。假如求得同一T，P下MR，则可由理想气体的M*计算真实气体的M或M。五、计算题1.使用适宜的普遍化关联式计算1kmol的丁二烯-1，3从127，2.53MPa压缩至277，12.67MPa时H,S,V,U。已知丁二烯-1，3在理想状态时的恒压摩尔热容为：362-1-122.738222.7981073.87910kJkmolKpCTT-=+?-?2.计算氨的热力学性质时，通常把0饱和液氨的焓规定为418.6kJ·kg-1，此时的饱和蒸气压为0.43MPa，汽化热为21432kJ·kmol-1，饱和液氨的熵为4.186kJ·kg-1·K-1，试由此基准态数据求：(1)1.013MPa，300K气氨的焓和熵；(2)30.4MPa，500K气氨的焓和熵。3.利用Maxwell关系式等，将纯流体的dS表示成,TP的函数。4.已知50时测得某湿蒸汽的质量体积为1000cm3g-1，求单位质量的H、S和G函数各是多少？10分5.某纯物质B由1.013Mpa，453K的饱和蒸汽变为4.052Mpa，653K的过热蒸汽。1试设计以偏离函数为基础的计算经过H的途径框图，并写出各步骤的计算经过的焓变及H总表达式；列出所用到的主要公式，不需算出最后结果。2扼要讲明计算经过H为何要引入偏离函数的概念。假设已知理想气体的Cp=a+bT+cT2，偏离焓HR。6.某气体在300K,1.013×105Pa下可视为理想气体，试求此气体在500K,1.013×107Pa下的焓值。已知：1在300K,1.013×105Pa时，H0id=0(2)在500K,1.013×107Pa时，偏离焓H5000KJ?Kmol-1(3)Cpid=100KJ?Kmol-1?K3-1解：设计经过如下：1127，2.53MPa下真实气体转变成理想气体2理想气体恒温加压3理想气体恒温升温4理想气体转变为真是气体()431215.1299.8813104.7553mmolVVV-?=-=-?=-?-112H=()11769.7kJkmolRididRTpHHHH?+?+?+-=?-1-112S=()14.0378kJkmolKRididRTpSSSS?+?+?+-=?6464-1()11769.7(12.67105.126102.53109.881310)7775.03kJkmolUHpV-?=?-?=-?-?=?3-2解：1设计经过如下：