化工熱力學例題與解答 11

2022-10-10 09:36:03 字數 4753 閱讀 6829

一、是否題

1. 偏摩爾體積的定義可表示為。(錯。因對於乙個均相敞開系統,n是乙個變數,即)

2. 在一定溫度和壓力下的理想溶液的組分逸度與其摩爾分數成正比。(對。即)

3. 理想氣體混合物就是一種理想溶液。(對)

4. 對於理想溶液,所有的混合過程性質變化均為零。(錯。v,h,u,cp,cv的混合過程性質變化等於零,對s,g,a則不等於零)

5. 對於理想溶液所有的超額性質均為零。(對。因)

6. 理想溶液中所有組分的活度係數為零。(錯。理想溶液的活度係數為1)

7. 體系混合過程的性質變化與該體系相應的超額性質是相同的。(錯。同於4)

8. 對於理想溶液的某一容量性質m,則。(錯,同於4)

9. 理想氣體有f=p,而理想溶液有。(對。因)

10. 溫度和壓力相同的兩種理想氣體混合後,則溫度和壓力不變,總體積為原來兩氣體體積之和,總熱力學能為原兩氣體熱力學能之和,總熵為原來兩氣體熵之和。(錯。

總熵不等於原來兩氣體的熵之和)

11. 溫度和壓力相同的兩種純物質混合成理想溶液,則混合過程的溫度、壓力、焓、熱力學能、吉氏函式的值不變。(錯。吉氏函式的值要發生變化)

12. 因為ge (或活度係數)模型是溫度和組成的函式,故理論上與壓力無關.(錯。理論上是t,p,組成的函式。只有對低壓下的液體,才近似為t和組成的函式)

13. 在常溫、常壓下,將10cm3的液體水與20 cm3的液體甲醇混合後,其總體積為 30 cm3。(錯。混合過程的體積變化不等於零,或超額體積(對稱歸一化的)不等於零)

14. 純流體的汽液平衡準則為f v=f l。(對)

15. 混合物體系達到汽液平衡時,總是有。(錯。兩相中組分的逸度、總體逸度均不一定相等)

16. 均相混合物的總性質與純組分性質之間的關係總是有。(錯。應該用偏摩爾性質來表示)

17. 對於二元混合物體系,當在某濃度範圍內組分2符合henry規則,則在相同的濃度範圍內組分1符合lewis-randall規則。(對。)

18. 二元混合物,當時,,,,。(對。因為)

19. 理想溶液一定符合lewis-randall規則和henry規則。(對。)

20. 符合lewis-randall規則或henry規則的溶液一定是理想溶液。(錯,如非理想稀溶液。)

21. 等溫、等壓下的n元混合物的gibbs-duhem方程的形式之一是。(錯。,)

22. 等溫、等壓下的二元混合物的gibbs-duhem方程也可表示成。(對。因為:

)23. 二元溶液的gibbs-duhem方程可以表示成(對。在等壓或等溫條件下,從x 1=0至x1=1,對二元形式的gibbs-duhem方程積分)

24. 下列方程式是成立的:(a);(b);(c);(d);(e)。(對。對於b,,故正確;其餘均正確)

25. 因為,所以。(錯,後者錯誤,原因同於7)

26. 二元溶液的henry常數只與t、p有關,而與組成無關,而多元溶液的henry常數則與t、p、組成都有關。(對,因,因為,二元體系,組成已定)

二、選擇題

1. 由混合物的逸度的表示式知,的狀態為 (a,)

2. 已知某二體系的則對稱歸一化的活度係數是(a)

三、填空題

1. 二元混合物的焓的表示式為,則(由偏摩爾性質的定義求得)

2. 填表

3. 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,其中v1,v2為純組分的摩爾體積,a,b 為常數,問所提出的模型是否有問題?由gibbs-duhem方程得,, a,b不可能是常數,故提出的模型有問題;若模型改為,情況又如何?

由gibbs-duhem方程得,,故提出的模型有一定的合理性_。

4. 某二元混合物的中組分的偏摩爾焓可表示為,則b1 與 b2的關係是。

5. 等溫、等壓下的二元液體混合物的活度係數之間的關係。

6. 常溫、常壓條件下二元液相體系的溶劑組分的活度係數為(是常數),則溶質組分的活度係數表示式是。

解: 由,得

從至任意的積分,得

四、計算題

1. 在一定t,p下,二元混合物的焓為其中,a=15000,b=20000,c=-20000 單位均為j mol-1,求(a);(b)。

解: (a)

(b)2. 在一定的溫度和常壓下,二元溶液中的組分1的偏摩爾焓如服從下式,並已知純組分的焓是h1,h2,試求出和h表示式。

解:得同樣有所以

(注:此題是填空題1的逆過程)

3. 298.15k, 若干nacl(b)溶解於1k**(a)中形成的溶液的總體積的關係為(cm3)。求=0.5mol時,水和nacl的偏摩爾。

解: 當mol時, 18.62cm3 mol-1

且, 1010.35cm3

由於, mol

所以,4. 酒窯中裝有10m3 的96%(wt)的酒精溶液,欲將其配成65%的濃度,問需加水多少?能得到多少體積的65%的酒精? 設大氣的溫度保持恆定,並已知下列資料

解: 設加入w克水,最終體積vcm3;原來有nw和ne摩爾的水和乙醇,則有

解方程組得結果:

5. 對於二元氣體混合物的virial方程和virial係數分別是和,試匯出的表示式。計算20kpa和50℃下,甲烷(1)-正己烷(2)氣體混合物在時的。

已知virial係數 b11=-33,b22=-1538,b12=-234cm3 mol-1。

解: 由於virial方程可以表達成為以v(或z)為顯函式,則採用下列公式推導組分逸度係數表達則更方便,

(t,x為一定數)

因為,或

所以代入逸度係數表示式得

對於二元體系,有所以得

同樣混合物總體的逸度係數為

(有兩種方法得到)

代入有關資料,得到計算結果為

另法6. 用pr方程計算2026.5kpa和344.05k的下列丙烯(1)-異丁烷(2)體系的摩爾體積、組分逸度和總逸度。(a)的液相;(b)的氣相。(設)

解:本題屬於均相性質計算。其中,組分逸度係數和組分逸度屬於敞開系統的性質,而混合物的逸度係數和逸度屬於封閉系統的性質。

採用狀態方程模型,需要輸入純組分的,以確定pr方程常數,從附表查得各組分的並列於下表

丙烯和異丁烷的

對於二元均相混合物,若給定了溫度、壓力和組成三個獨立變數,系統的狀態就確定下來了,並可以確定體系的狀態為氣相。

另外,對於混合物,還需要二元相互作用引數,已知。

計算過程是

用軟體來計算。啟動軟體後,輸入和獨立變數,即能方便地得到結果,並可演示計算過程。

pr方程計算氣相混合物的熱力學性質

分析計算結果知

無論是液相還是氣相的均相性質,均能由此方法來完成。

狀態方程除了能計算p-v-t、逸度性質外,還能計算許多其它的熱力學性質,如焓、熵等,它們在化工過程中都十分有用。同時也表明,經典熱力學在物性相互推算中的強大作用。

7. 二元氣體混合物的和,求。

解: 8. 常壓下的三元氣體混合物的,求等摩爾混合物的。

解: 同樣得

組分逸度分別是

同樣得9. 三元混合物的各組分摩爾分數分別0.25,0.

3和0.45,在6.585mpa和348k下的各組分的逸度係數分別是0.

72,0.65和0.91,求混合物的逸度。

解:10. 液態氬(1)—甲烷(2)體系的超額吉氏函式表示式是其中,係數a,b如下

計算等摩爾混合物的(a)112.0k的兩組分的活度係數;(b)混合熱;(c)超額熵。

解:(a)

所以同樣得(b)

取(c)11. 利用wilson方程,計算下列甲醇(1)-水(2)體系的組分逸度(a)p=101325pa,t=81.48℃,y1=0.

582的氣相;(b)p=101325pa,t=81.48℃,x1=0.2的液相。

已知液相符合wilson方程,其模型引數是

解:本題是分別計算兩個二元混合物的均相性質。給定了溫度、壓力和組成三個獨立變數, 均相混合物的性質就確定下來了。

(a)由於系統的壓力較低,故汽相可以作理想氣體處理,得

(kpa)

(kpa)

理想氣體混合物的逸度等於其總壓,即(kpa)[也能由其它方法計算]。

(b)液相是非理想溶液,組分逸度可以從活度係數計算,根據系統的特點,應選用對稱歸一化的活度係數,

由於所以

其中,蒸汽壓由 antoine方程計算,查附表得純物質的antoine常數,並與計算的蒸汽壓同列於下表

甲醇和水的antoine常數和蒸汽壓

活度係數由wilson模型計算,由於給定了wilson模型引數,計算二元系統在k和時兩組分的活度係數分別是

和所以,液相的組分逸度分別是

(mpa)

(mpa)

液相的總逸度可由式(4-66)來計算

(mpa)

應該注意:

(1) 在計算液相組分逸度時,並沒有用到總壓p這個獨立變數,原因是在低壓條件下,壓力對液相的影響很小,可以不考慮;

(2) 本題給定了wilson模型引數,故不需要純液體的摩爾體積資料,一般用於等溫條件下活度係數的計算。若給定能量引數時,則還需要用到純液體的摩爾體積資料,可以查有關手冊或用關聯式(如修正的rackett方程)估算。

12. 25℃常壓下的糖(s)-水(w)混合物中水的活度係數服從,a僅是溫度的函式,試得到不對稱歸一化的糖的活度係數表示式。

解:因為時,或,所以,是對稱歸一化活度係數。

由gibbs-duhem方程可以得到(具體過程略,見題三,6),

由對稱活度係數()可得到不對稱的活度係數()

13. 某二元混合物的逸度可以表達為,其中a,b,c為t,p之函式,試確定 (a)若兩組分均以理想溶液為參考態,求。(b)組分(1)以理想稀溶液為參考態,組分(2) 以理想溶液為參考態,求。

化工熱力學各章小結

第2章流體的p v t關係 基本要求 1.掌握狀態方程序和用三引數對應態原理計算pvt性質的方法。2.了解偏心因子的概念,掌握有關圖表及計算方法。1.狀態方程 在題意要求時使用該法。1 范德華方程 常用於公式證明和推導中。2 r k 方程 3 維里方程 2.普遍化法 使用條件 在不清楚用何種狀態方程...

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