化工热力学课后部分习题答案

2-3.偏心因子的概念是什么?为什么要提出这个概念?它可以直接测量吗?

答:纯物质的偏心因子?是根据物质的蒸气压来定义的。实验发现,纯态流体对比饱和蒸气压的对数与对比温度的倒数呈近似直线关系,即符合:

?1logp???1??Tr?sr?pss?? 其中,pr?p ?c对于不同的流体,?具有不同的值。但Pitzer发现,简单流体(氩、氪、氙)的所有蒸气压数据落在了同一条直线上,而且该直线通过Tr=0.7,logpr??1这一点。对于给定流体对比蒸气压曲线的位置,能够用在Tr=0.7的流体与氩、氪、氙(简单球形分子)的logpr值之差来表征。

Pitzer把这一差值定义为偏心因子?,即

ss???logprs?1.00(Tr?0.7)

任何流体的?值都不是直接测量的,均由该流体的临界温度Tc、临界压力pc值及

Tr=0.7时的饱和蒸气压ps来确定。

2-4.纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大,饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小吗?

答:正确。由纯物质的p –V图上的饱和蒸气和饱和液体曲线可知。 2-5.同一温度下,纯物质的饱和液体与饱和蒸气的热力学性质均不同吗?

答:同一温度下,纯物质的饱和液体与饱和蒸气的Gibbs自由能是相同的,这是纯物质气液平衡准则。气他的热力学性质均不同。 3-1 思考下列说法是否正确

① 当系统压力趋于零时,M?T,p??Mig?T,p??0 (M为广延热力学性质)。(F)

② 理想气体的H、S、G仅是温度的函数。(F) ③ 若A?S?S0?Rln???ig??p??,则A的值与参考态压力p0无关。(T) ??p0?④ 对于任何均相物质,焓与热力学能的关系都符合H>U。(T) ⑤ 对于一定量的水,压力越高,蒸发所吸收的热量就越少。(T) 3-2 推导下列关系式:

??S???p?????? ?V?T??T??V??U???p????T???p ?V?T??T??V 1

?????GRT????T?????H????GRT???V2 ? pRT???p??TRT证明:

(1)根据热力学基本方程 dA??SdT?pdV (a)

因为A是状态函数,所以有全微分:dA????A???T??dT????A??dV (b) V??V?T比较(a)和(b)得: ???A????T????S,??A?V??V????p T由全微分性质得:

????S?????A??????A????V???T?p?????T??????p??????????p??

T?T???p?T?V??T?V即 ???S???V??????p???T?? TV

(2)由热力学基本方程 dU?TdS?pdV 将上式两边在恒定的温度T下同除以的dV得:

???U???V???T???S???p T??V?T由(1)已经证明???S???V??????p?T??T?? V则 ???U???V???T???p???p

T??T?V(3)由热力学基本方程 dG??SdT?Vdp 当压力恒定时 dG??SdT 由Gibbs自由能定义式得

?G??H?T?S

????GT??T??G?T??GT?????S????H?T?S????T???pT2?T2??HT2

等式两边同乘以R得

????GRT?H?????T????2 pRT

2

(4)当温度恒定时dG?Vdp

????GT??????GRT???V?V 所以 ????p???T?pRT??T??T3-4 计算氯气从状态1(300K、1.013×105Pa)到状态2( 500K、1.013×107Pa)变化过程的摩尔焓变。

解:初态压力较低,可视为理想气体。

查得氯的临界参数为:Tc=417.15K,pc=7.711MPa,?=0.069 ΔH

理想气体

真实气体

300K, 0.1013MPa

500K, 10.13MPa Hig

HR

理想气体

500K, 10.13MPa

T500r2?417.15?1.199,p10.13r2?7.711?1.314

根据图2—9判断,应该使用普遍化的焓差图计算HR。 查图(3—4)、(3—6)分别得到:

?HR?0R1RT??1.2,

?H?cRT??0.3

cHR?HR?0?HR?1RT?RT????1.2?0.069???0.3???1.221ccRTcHR??1.221?RTc??1.221?8.314?417.15??4233.6?J?mol?1?

查附录六,氯气的理想气体热容表达式为:

Cigp?R?a?bT?cT2?dT3?

a?3.056 b?5.3708?10?3 c??0.8098?10?5 d?0.5693?10?8 3

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