《化工热力学》第二版 (陈忠秀 顾飞燕 胡望明 著)课后习题答案 化学工业出版社 29页

'土星答案网您最真诚的朋友www.txdaan.com土星答案网团队竭诚为您服务免费提供大学课后答案|考研答案|高考答案|资格考试答案下载 习题第1章绪言一、是否题1.封闭体系中有两个相α,β。在尚未达到平衡时，α,β两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则α,β两个相都等价于均相封闭体系。（对）2.理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。）3.封闭体系的1mol气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积T2相等，初态和终态的温度分别为T1和T2，则该过程的∆U=∫CVdT；同样，对于初、T1T2终态压力相等的过程有∆H=CdT。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径∫PT1无关。）4.自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。（错。有时可能不一致）二、填空题1.状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态。2.封闭体系中，温度是T的土星答案网1mol理想气体从(Pi，Vi)等温可逆地膨胀到(Pf，Vf)，则所做的功为W=RTln(VV)(以V表示)或W=RTln(PP)(以P表示)。revifrevfiig3.封闭体系中的1mol理想气体(已知CP)，按下列途径由T1、P1和V1可逆地变化至P2，则www.txdaan.comig⎛⎜P2⎞⎟ig⎛⎜P2⎞⎟A等容过程的W=0，Q=(C−R)−1T，U=(C−R)−1T，H=P⎜P⎟1P⎜P⎟1⎝1⎠⎝1⎠ig⎛⎜P2⎞⎟C−1T。P⎜P⎟1⎝1⎠PP11B等温过程的W=−RTln，Q=RTln，U=0，H=0。PP22 R⎡⎤igig(C−R)PV⎛P⎞CPC绝热过程的W=P11⎢⎜2⎟⎥，Q=0，−−1R⎢⎜⎝P⎟⎠⎥1⎢⎣⎥⎦⎡R⎤⎡R⎤igig(−)⎛⎞CigCPRP1V1⎢P2P⎥ig⎢⎛P2⎞CP⎥U=⎢⎜⎜⎟⎟−1⎥，H=CP⎢⎜⎜P⎟⎟−1⎥T1。R⎢⎝P1⎠⎥⎢⎝1⎠⎥⎣⎦⎣⎦4.1MPa=106Pa=10bar=9.8692atm=7500.62mmHg=10.197kgf·cm-2。5.普适气体常数R=8.314MPacm3mol-1K-1=83.14barcm3mol-1K-1=8.314Jmol-1K-1=1.980calmol-1K-1。四、计算题1.某一服从P（V-b）=RT状态方程（b是正常数）的气体，在从1000b等温可逆膨胀至2000b，所做的功应是理想气体经过相同过程所做功的多少倍？V−b2−RTlnEOSWrevV1−b⎛1999⎞解：==⎜ln⎟ln2=.1000722igVWrev2⎝999⎠−RTlnV12.一个0.057m3气瓶中贮有的1MPa和294K的高压气体通过一半开的阀门放入一个压力恒定为0.115MPa的气柜中，当气瓶中的压力降至0.5MPa时，计算下列两种条件下从气瓶中流入气柜中的气体量。(假设气体为理想气体)(a)气体流得足够慢以至于可视为恒温过程；(b)气体流动很快以至于可忽视热量损失（假设过程可逆，绝热指数土星答案网γ=.14）。解：（a）等温过程P1V1P2V11×570005.0×57000∆n=−=−=11.66molRT1RT1.8314×294.8314×294(b)绝热可逆过程，终态的温度要发生变化www.txdaan.comγ−11.4−1⎛P2⎞r⎛5.0⎞1.4T2=T1⎜⎜⎟⎟=294×⎜⎟=241.18K⎝P1⎠⎝1⎠P1V1P2V11×570005.0×57000∆n=−=−=.911molRT1RT2.8314×294.8314×241.18 第2章Ｐ－Ｖ－Ｔ关系和状态方程一、是否题1.纯物质由蒸汽变成固体，必须经过液相。（错。如可以直接变成固体。）2.当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。（错。若温度也大于临界温度时，则是超临界流体。）3.由于分子间相互作用力的存在，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Z<1。（错。如温度大于Boyle温度时，Z＞1。）4.纯物质的三相点随着所处的压力或温度的不同而改变。（错。纯物质的三相平衡时，体系自由度是零，体系的状态已经确定。）5.在同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的吉氏函数相等。（对。这是纯物质的汽液平衡准则。）6.纯物质的平衡汽化过程，摩尔体积、焓、热力学能、吉氏函数的变化值均大于零。（错。只有吉氏函数的变化是零。）7.气体混合物的virial系数，如B，C…，是温度和组成的函数。（对。）二、选择题1.指定温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为(C。参考P－V图上的亚临界等温线。)A.饱和蒸汽B.超临界流体C.过热蒸汽2.T温度下的过热纯蒸汽的压力P（B。参考P－V图上的亚临界等温线。）sssA.>P(T)B.Tc、T,0b>0)J⎜CP⎝∂P⎠HPCPCP所以在一个等焓变化过程中，温度是随压力的下降而上升。 第4章非均相封闭体系热力学一、是否题⎛∂nV⎞⎛∂V⎞1.偏摩尔体积的定义可表示为V=⎜⎟=⎜⎟。(错。因对于一个均相i⎜∂n⎟⎜∂x⎟⎝i⎠T,P,{n}⎝i⎠T,P,{x}≠i≠i敞开系统，n是一个变数，即(∂n∂n)≠0)iT,P,{n}≠i2.对于理想溶液，所有的混合过程性质变化均为零。（错。V，H，U，CP，CV的混合过程性质变化等于零，对S，G，A则不等于零）Eis3.对于理想溶液所有的超额性质均为零。（对。因M=M−M）4.体系混合过程的性质变化与该体系相应的超额性质是相同的。（错。同于2）fˆisfxf5.理想气体有f=P，而理想溶液有ϕˆ=ϕ。（对。因ˆisiiii）iiϕi====ϕiPxiPxiP6.温度和压力相同的两种理想气体混合后，则温度和压力不变，总体积为原来两气体体积之和，总热力学能为原两气体热力学能之和，总熵为原来两气体熵之和。（错。总熵不等于原来两气体的熵之和）7.因为GE(或活度系数)模型是温度和组成的函数，故理论上γ与压力无关．（错。理论上i是T，P，组成的函数。只有对低压下的液体，才近似为T和组成的函数）8.纯流体的汽液平衡准则为fv=fl。（对）土星答案网vlvlvl9.混合物体系达到汽液平衡时，总是有fˆ=fˆ,f=f,f=f。（错。两相中组分的逸iiii度、总体逸度均不一定相等）10.理想溶液一定符合Lewis-Randall规则和Henry规则。（对。）二、选择题www.txdaan.com1.由混合物的逸度的表达式ig知，ig的状态为（A，G=G+RTlnfˆGiiiiigigigG(T,P,x)=G(T,P)+RTln(fˆf),因为f=P=1）iii0iii0A系统温度，P=1的纯组分i的理想气体状态B系统温度，系统压力的纯组分i的理想气体状态C系统温度，P=1，的纯组分iD系统温度，系统压力，系统组成的温度的理想混合物EGx1x2A12A212.已知某二体系的=则对称归一化的活度系数lnγ是（A）1RTx1A12+x2A21 2⎛⎞2A21x2⎛Ax⎞AA12⎜⎜⎟⎟BA⎜121⎟Ax+Ax21⎜Ax+Ax⎟⎝121212⎠⎝121212⎠22CAAxDAAx1221121122三、填空题1.填表溶液性质(M)偏摩尔性质(M)关系式(M=∑xiMi)ilnflnf=xln(fˆx)∑iiiln(fˆixi)lnlnϕˆilnϕ=∑xilnϕˆilniEGERT=xlnγGRT∑ii2.有人提出了一定温度下二元液体混合物的偏摩尔体积的模型是V1=V11(+ax2),V2=V21(+bx1)，其中V1，V2为纯组分的摩尔体积，a，b为常数，问所x2V2提出的模型是否有问题？由Gibbs-Duhem方程得，a=b，a,b不可能是常数，故x1V1提出的模型有问题；若模型改为1(2),1(2)，情况又如何？由V=V+axV=V+bx112221V2Gibbs-Duhem方程得，a=b，故提出的模型有一定的合理性_。土星答案网V13.常温、常压条件下二元液相体系的溶剂组分的活度系数为23（是常lnγ=αx+βxα,β1222α+3β23数），则溶质组分的活度系数表达式是lnγ=x−βx。211www.txdaan.com2解：由xdlnγ+xdlnγ=0，得1122x1⎛dlnγ1⎞x122dlnγ=−⎜⎟dx=−(2αx+3βx)dx=[(2α+3β)x+3βx]dx2⎜⎟2222111x2⎝dx2⎠x2从x=0(此时γ=1)至任意的x积分，得121x1=x122α+3β23lnγ−ln1=[(2α+3β)x+3βx]dx=x+βx2∫111112x1=0四、计算题 1.298.15K，若干NaCl(B)溶解于1kg水(A)中形成的溶液的总体积的关系为V=1001.38+16.625n+.1773n2/3+.0119n2(cm3)。求n=0.5mol时，水和NaCl的偏tBBBB摩尔V,V。AB⎛⎜∂Vt⎞⎟dVt30.5解：V===16.625+.1773×n+.0119×2nB⎜∂n⎟dn2BB⎝B⎠T,P,nAB当n=5.0mol时，V=18.62cm3mol-1BB且，V=1010.35cm3t由于V=nV+nV，n=100018=55.56moltAABBAVt−nBVB1010.35−5.0×18.623−1所以，VA===18.02cm⋅moln55.56A2.常压下的三元气体混合物的lnϕ=2.0yy−3.0yy+.015yy，求等摩尔混合物的121323fˆ,fˆ,fˆ。123⎡∂(nlnϕ)⎤d(2.0nnn−3.0nnn+.015nnn)lnˆ121323ϕ=⎥=1⎢解：⎣∂n1⎦T,P,{n}dn1≠,2322=2.0y−.025yy−.03y2233同样得2土星答案网2lnϕˆ2=2.0y1+.065y1y3+.015y322lnϕˆ=−3.0y−.035yy+.015y31122组分逸度分别是www.txdaan.comlnfˆ=ln(Pyϕˆ)=10.389111同样得lnfˆ=ln(Pyϕˆ)=10.538222lnfˆ=ln(Pyϕˆ)=10.3833223.三元混合物的各组分摩尔分数分别0.25，0.3和0.45，在6.585MPa和348K下的各组分的逸度系数分别是0.72，0.65和0.91，求混合物的逸度。解：lnϕ=∑yilnϕˆi=.025ln.072+.03ln.065+.045ln.091=−.0254lnf=ln(Pϕ)=ln.6585+(−.0254)=.1631 f=.5109(MPa)EG4.已知环己烷（1）－苯（2）体系在40℃时的超额吉氏函数是=.0458xx和12RTs24,6.s243.kPa，求（a）ll；（b）；(c)**P1=P2=γ1,γ2,fˆ1,fˆ2,fH1,2,H2,1γ1,γ2EG解：（a）由于lnγ是的偏摩尔性质，由偏摩尔性质的定义知iRTE⎡∂(nG)⎤lnγ=⎢RT⎥=0.458x212⎢∂n⎥1⎣⎦T,P,n2同样得到2lnγ2=0.458x1（b）lls0.458x2fˆ=fxγ≈Pxγ=246.xe211111111同样得lls0.458x2fˆ=fxγ≈Pxγ=243.xe122222222⌢⌢ffH=1同理H=21,2*2,1*xγxγ1122由（c）的计算结果可得H和H土星答案网1,22,1*∞∞*(c)由lnγ=lnγ−lnγ=lnγ−lim(lnγ)得到lnγiiiiiixi→0*2lnγ=.0458(x−1)12www.txdaan.com*2lnγ=.0458(x−1)215.已知苯（1）－环己烷（2）液体混合物在303K和101.3kPa下的摩尔体积是V=1094.−168.x−.264x2（cm3mol-1）,试求此条件下的（a）V,V；(b)∆V；1112EE*(c)V,V（不对称归一化）2⎡∂(nV)⎤d(109.4n−16.8n1−2.64n1n)2解：（a）V1=⎢⎥==92.6−5.28x1−2.64x1⎣∂n1⎦T,P,n2dn12⎡∂(nV)⎤d(109.4n−16.8n1−2.64n1n)2V2=⎢⎥==109.4+2.64x1⎣∂n2⎦T,P,n1dn2 (b)由混合过程性质变化的定义，得∆V=V−xV−xV=V−xV(x=,1x=0)−xV(x=,0x=1)11221122122()=1094.−168.x−.264x−x1094.−168.−.264−x1094.1112(3−1)=.264x(1−x)cmmol11（c）由对称归一化超额性质的定义知EisV=V−V=V−∑xiVi=∆V由不对称归一化的定义知E*is*∞V=V−V=V−∑xiVi∞()3−1V=limV=92.6cm⋅mol11x1→0∞()3−1V=limV=112.04cmmol22x2→0所以E*is*∞2V=V−V=V−xV=−.264(x−x+1)∑ii11五、图示题1.下图中是二元体系的对称归一化的活度系数γ,γ与组成的关系部分曲线，请补全两图12中的活度系数随液相组成变化的曲线；指出哪一条曲线是或γ~x；曲线两端点的含21意；体系属于何种偏差。10土星答案网1正偏差γ,γγ,γ12www.txdaan.com12100x10x111解，以上虚线是根据活度系数的对称归一化和不对称归一化条件而得到的。六、证明题Vsvssvsl1.从汽液平衡准则证明∫P(T,V)dV=P(V−V)。Vsl svsl证明：由纯物质的汽液平衡准则G=G由于G=A+PVsvssvslsslsvslssvsl所以A+PV=A+PV→A−A=P(V−V)VsvVsvsvsl⎛∂A⎞而A−A=∫⎜⎟dV=∫PdVsl⎝∂V⎠slVTV代入上式，得Vsvs(svsl)∫PdV=PV−VVsl土星答案网www.txdaan.com 第五章习题解答1.在一定压力下，组成相同的混合物的露点温度和泡点温度不可能相同。（错，在共沸点时相同）2.在（1）-（2）的体系的汽液平衡中，若（1）是轻组分，（2）是重组分，则y>x，11y