工程热力学课后答案--华自强张忠进(第三版)pdf下载H13 9页

'第十三章化学热力学基础13-1列出辛烷(CH)在95%的理论空气量下燃烧时的化学818反应方程，已知生成物为CO、CO、HO及N。222解辛烷(CH)燃烧时的当量方程为：818C8H18+12.5O2+(12.5×3.76)N2→8CO2+9H2O+47N2在95%的理论空气量的情况下：C8H18+(12.5×0.95)O2+(47×0.95)N2→ACO2+BH2O+CCO+44.65N2写下列各元素的平衡方程：H:18=2×B;B=9C:8=A+C;C=8－AO:11.875×2=2A+B+C=2A+9+8－A=A+17A=23.75-17=6.75C=8－A=8－6.75=1.25最后，可写出95%课后答案网理论空气量时的燃烧方程为：C8H18+11.875O2+44.65N2→6.75CO2+9H2O+1.25CO+44.65N2www.hackshp.cn13-2试求丙烷(CH)在过量空气量为20%的空气中燃烧时38的空气燃料比。解丙烷(CH)燃烧时的当量方程为：38C3H8+5O2+5×3.76N2→3CO2+4H2O+18.8N2120%理论空气量时：C3H8+（5×1.2）O2+（6×3.76）N2→3CO2+4H2O+22.56N2+(0.2×5)O2燃料的摩尔数为1：空气的摩尔数为：6+22.56=28.56 ·184·化学热力学基础58.562.858×58.97空燃比：Z0==28.56;Zm0==188.11×4413-3设有某种碳氢化合物燃料在空气中燃烧。当取出生成物中的水分后，分析得到生成物的摩尔分数为y＝12.5%；yCOCO2＝0.5%；y＝3.0%；y＝84%，试求该燃烧过程的质量空气燃O2N2料比。解已知燃烧生成物的组成：y＝12.5%；y＝0.5%；y＝3.0%；y＝84%CO2COO2N2燃烧方程为：CxHy+22.34O2+84N2→12.5CO2+Z·H2O+0.5CO+84N2各元素的平衡方程：H:y=2×ZC:x=12.5+0.5=13O:22.34×2=12.5×2+0.5+6+ZZ=13.18;y=2×Z=26.36燃烧方程为：C13H26.36+22.34O课后答案网2+84N2→12.5CO2+13.18H2O+0.5CO+44.65N2+3O2www.hackshp.cn(22.34+84)29.97质量空燃比为：Z0==16.891×13×12+26.3613-4试求丙烷(CH)的标准定压热值。38解丙烷(CH)燃烧时的当量方程为：38C3H8+5O2+5×3.76N2→3CO2+4H2O+18.8N2∆H=H−H=(H+H)−HpRCO2H2OC3H8(00)(0)=3H+4H−Hmfco2mfH2OmfC3H8=(3×(−393520)+4×(−241810))−(−103800)=－2044027kJ/kmol 化学热力学基础·185·低热值p2011027kJ/kmol(低热值)QH=−∆H=13-5试求气体状态辛烷(CH)的标准定压热值。818解辛烷(CH)燃烧时的当量方程为：818C8H18（g）+12.5O2+12.5×3.76N2→8CO2+9H2O（g）+47N2∆H=H−H=(H+H)−HpRCO2H2OC8H18000=8H+9H−HmfCO2mfH2OmfC8H18∆H=8()−393522+9(−241827)−(−208447)=－5116172kJ/kmol低热值p5116172kJ/kmol(低热值)QH=−∆H=13-6设甲烷(CH)在温度为25℃的理论空气量中定压燃4烧，试求其理论燃烧温度。解甲烷(CH)燃烧时的当量方程为：4CH4+2O2+2×3.76N2→CO2+2H2O+7.52N2计算绝热燃烧温度时的能量方程:PQ=H−H=;0H=HHRpRp∑0∑(0)课后答案网nHmf=nHmf+∆HmRP0(0)(0)H=H+∆H+2H+∆H+.752∆HmfCH4mfCO2www.hackshp.cnmCO2mfH2OmH2OmN2∆HmCO2+2∆HmH2O+.752∆HmN20()00=H−H+2HmfCH4mfCO2mfH2O=−74873−[(−393522)(+2−241827)]=802303kJ/kmol用试凑法求理论燃烧温度,先设Tp=2300K,（查附表7，9，6）则有:∆H=109671kJ/kmol;mCO2∆HnH2O=88295kJ/kmol;∆H=67007kJ/kmolmH2 ·186·化学热力学基础代入能量方程后,等号左边为:109671+2×88295+67007×7.52=789153.64左边=789153.64＜802303=右边再设Tp=2400K,则有:∆H=115788kJ/kmol;mCO2∆HnH2O=93604kJ/kmol;∆H=70651kJ/kmolmH2代入能量方程后,有:115788+2×93604+7.52×70651=834291.52834291.52＞802303可用插入法算出Tp:834291.52−789153.64802303−789153.64=2400−2300T−2300P求得:Tp=2329.13K13-7试求在温度为2000K下CO的离解度。设系统的压力2为(1)1atm；(2)10atm。课后答案网1解CO离解时得当量方程为:CO⇔CO+O222www.hackshp.cn2设离解度为α,则有:C+O2→(1﹣α)CO2+αCO+0.5O211∑n=()1−α+α+α=1+α221−α2−2αy==CO212+α1+α2α2αy==CO12+α1+α2 化学热力学基础·187·1α2αy==O212+α1+α2根据平衡常数的定义有:11⎛pp⎞2⎛yy⎞2K=⎜COO2⎟=⎜COO2⎟p∆np⎜p⎟⎜y⎟O⎝CO2⎠⎝CO2⎠式中:∆n=nP−nR=5.1−1=5.0(1)当p0=1atm时由表查得T=2000K时,nlKP=−.6641,KP=.00013⎛5.0⎞⎛1⎞⎜⎛2α⎞⎛α⎞⎟⎜yy2⎟⎜⎜2+α⎟⎜2+α⎟⎟COO2∆n⎝⎠⎝⎠5.0KP=⎜⎟p0=⎜⎟×1⎜yCO2⎟⎜2−2α⎟⎝⎠⎜2+α⎟⎝⎠5.12α==.00013()()5.02−2α2+α课后答案网由上式求得:α=.00149www.hackshp.cn⎛5.1⎞2α5.0(2)当p0=10atm时,KP=.00013=⎜⎜5.0⎟⎟10⎝()2−2α()2+α⎠由上式求得:α=.000713-8水蒸气和一氧化碳发生反应生成水煤气，其化学反应方程为CO+HO→H+CO。试求此反应在温度为2000K时的平衡222常数。解:生成水煤气的化学反应方程式为:CO+H2O⇔CO2+H2 ·188·化学热力学基础上述反应可看作由下列两种基本化学反应组合而成:11H2O⇔O2+H2;CO+O⇔CO222上述三种反应的平衡常数分别为:1pppp2pH2CO2H2O2CO2Kp=;Kp1=;Kp2=1pCOpH2OpH2Opp2COO21pp2pppK=K⋅K=H2O2⋅CO2=H2CO2pp1p21pH2OpCOpO2pCOpH2O2由表查得在T=2000K时:1对H2O⇔O2+H2，nlKP1=−.8151,KP1=.000288421−.6641CO+O⇔CO2，nlKP2′=−.6641,KP2′=e=.00013121因此对CO+O⇔CO2有:211Kp2=课后答案网==765.86K′.000131p2知道KP1及KP2之后,水煤气反应在www.hackshp.cn2000时的平衡常数KP可求的:KP=KP1·KP2=0.0002884×765.86=0.220913-9设有1mol碳和0.9mol氧燃烧，若反应在压力保持0.101325MPa(1atm)的条件下进行，燃烧后温度升高到3000K，试求生成物的摩尔分数。解不考虑CO热离解时的反应方程为:2C+0.9O2⇔8.0CO2+0.2COT=3000时CO的离解度为α,则有:2 化学热力学基础·189·1C+0.9O2→()()8.0−αCO2+2.0+αCO+αO2211∑n=()8.0−α+()2.0+α+α=1+α22各组元的摩尔成份分别为:1α8.0−α2.0+α2y=；y=；y=CO21CO1O211+α1+α1+α222CO2离解时的反应方程为:1CO2⇔CO+O2;∆n=np−nR=5.02由表查得在T=3000时的平衡常数为:−.1117nlKP=−.1117,KP=e=.03273在1atm及3000时,有:5.0⎛⎞⎛⎞⎜⎟⎜⎟2.0+α5.0α⎜⎟⎜⎟⎛1⎞⎜1⎟⎜1⎟⎜yy2⎟⎜1+α⎟⎜1+α⎟课后答案网⎜COO2⎟∆n⎝2⎠⎝2⎠KP=.03273=⎜⎟p=y8.0−αwww.hackshp.cn⎜CO2⎟⎜⎟1⎝⎠1+α2()()5.02.0+α5.0α=5.0()⎛1⎞8.0−α⎜1+α⎟⎝2⎠可求得：α=.02828.0−α8.0−.0282y===.0454CO211+5.0×.02821+α2 ·190·化学热力学基础2.0+α2.0+.0232y===.0422CO11+5.0×.02821+α21α25.0×.0282y===.0124O211+5.0×.02821+α2反应方程为:1C+0.9O2→()()8.0−αCO2+2.0+αCO+αO22C+0.9O2→.0518CO2+.0482CO+.0141O213-10甲烷(CH)在温度为25℃的理论空气量下定压燃烧，4设反应系统的压力为0.101325MPa(1atm)，并只有CO发生离解，试求燃烧温度。解不考虑CO2热离解时的反应方程为:CH4+2O2+2×.376N2→CO2+2H2O+7.52N2由13-6可知,绝热燃烧温度为TP=2329.13K，高温下CO2发生离解,设离解度为α,则有:课后答案网1CH4+2O2+2×.376N2→()1−αCO2+αCO+αO2+2H2O+7.52N22www.hackshp.cn11∑n=()1−α+α+α+2+.752=10.52+α221−αy=CO2110.52+α2αy=CO110.52+α21αy=2O2110.52+α2 化学热力学基础·191·1对CO2⇔CO+O2：2⎛1⎞⎜yy2⎟5.0⎜COO2⎟∆nα⎛5.0α⎞()KP=⎜⎟p0=⎜⎟2yCO1−α⎝10.52+5.0α⎠⎜⎜2⎟⎟⎝⎠式(2)表示CO2的离解度α与平衡常数KP之间的关系,给定一个α→KP→nlKP→T。课后答案网www.hackshp.cn'