化工热力学 习题（10级）
第 二 章
1. 用R-K方程和普遍化三参数压缩因子法计算1公斤甲烷在273K及400?105Pa下的体积。
2. 用下列方法计算200℃及10?105Pa下异丙醇气的压缩因子与体积。
(1)取至第三维里项内的维里方程，实验测定的维里系数B = -388cm3/mol,
C = -26000cm6/mol2
(2)用普遍化第二维里系数法
已知：异丙醇 Tc=508.2K Pc =50?105Pa ω=0.700
3.合成尿素所用二氧化碳压缩机入口气体流量为28200NM3/h，压缩后出口压力为15.5MPa（绝对压力），出口温度为393 K。若吸入气体以纯二氧化碳计，求出口操作状态下的体积流量。
4.用下述方法计算10 MPa,743 K时水蒸汽的比容
（1）理想气体定律； （2）R-K方程； （3）一种普遍化方法； 并将所得结果与水蒸汽表比较。
5.一耐压容器中半充以在正常沸点状态的液氮，然后将容器密闭，加热至295 K。已知正常沸点的液氮摩尔体积为34.7cm3/mol，求加热后的容器中压力。
6.试用R-K方程计算含70.5% H2、28.5% N2、1.0% CH（摩尔分数）的混合气体在30MPa、4100℃条件下的摩尔体积。
第 三 章
1.用普遍化三参数压缩因子法计算15 MPa,555 K时正丁烷的逸度系数和逸度，以及与同一温度，0.1MPa理想气体状态间的焓差、熵差。
2. 通常计算元素气体的热力学性质时，一种方法规定在298.15K及1?105Pa下这种元素气体的焓与熵为零，试 用普遍化第二维里系数法求O2 在300?105Pa，500℃下
?35?2的焓，熵和逸度。C??10T?1.674?10TJmol/?K p?29.97?4.1863. 一容器内的液体水和蒸汽在1MPa压力下处于平衡状态，质量为1kg。假如容器内液体和蒸汽各占一半体积，试求容器内的液体水和蒸汽的总焓。
4. 有温度为423.15K，压力为0.15MPa的蒸汽8kg，经过活塞－气缸设备等温可逆压缩到正好处于饱和气体状态的终态，试求过程的热效应Q和功W。
5. 有人用A和B两股水蒸汽通过绝热混合获得0.5MPa的饱和蒸汽，其中A股是干度
为98％的湿蒸汽，压力为0.5MPa，流量为1kg/s；而B股是473.15K，0.5MPa的过热蒸汽，试求B股过热蒸汽的流量该为多少？
第 四 章
1. 用热力学观点分析下列两个关系式是否正确？；
22V1?V1?a?(b?a)x式中a与b是T与P的函数，?x2?bx2，1?bx1;V2?V2?a??b?aV1与V2是纯组分1与2的摩尔体积。
2. 试计算323K和20KPa时等分子混合的甲烷（1）－正己烷（2）体系的第二维里
系数和两个组分的逸度系数。
3. 在25℃，20×105Pa 条件下，二元溶液中组分1的逸度f1可表示为f1 = 50x1-80x12+40x13。式中f1的单位为105 Pa，x1为组分1的摩尔分数。试求（1）纯组分1 的逸度f1和逸度系数φ1；（2）组分1的亨利常数k1；（3）指定温度与压力，且已知f1的表达式，如何求得f2的表达式？
4. 在25℃，0.1013MPa下，n2 mol的NaCl（2）溶于1Kg H2O（1）中所形成的溶液
2nV?1001.38?16.625n2?1.773n1.52?0.1194n2的总体积nV(cm3)与n2的关系为
试求n2 = 0.5 mol时，H2O和NaCl的偏摩尔体积 V1和V2
5.在473K、5MPa下两气体混合物的逸度系数可表示为： ln??y1y2?1?y2?
??式中y1和y2为组分1和2的摩尔分率，试求 ln?1及ln?2 的表达式，并求出当y1 =y2=0.5
f1及?f2各为多少？ 时，?第 五 章
1. 今有94℃的热水连续地从一储桶以0.2273 M3/min的速度泵送，泵用电机的功率为1.492 kw，热水在途中流经一热交换器，以10080 kcal/min的速度放出热量，并输送到比第一储桶高15米的第二储桶中去，试求输往第二储桶的水温。已知：94℃热水的密度为962.8 kg/m3
2.设有10kg水被下述热流体加热，从288 K加热到333 K，计算热流体的熵变，被加热的水的熵变以及总熵变。
（1）3.4×105Pa的饱和蒸汽； （2）3.4×105Pa，450K的过热蒸汽； (3)与10kg ,333K的热水完全逆流换热； (4)与最小量的370K热水完全顺流换热。假如（1）、（2）两种情况下蒸汽冷凝但不过冷。
3. 1摩尔理想气体在400K由10Pa经等温不可逆压缩至10?10Pa，压缩过程的热被移
5
5
至300K的储热器。实际压缩功比可逆压缩功多20%，计算气体的熵变，储热器的熵变及总熵变，计算该过程损失功。
4. 今有773K，100×105Pa的过热蒸汽进入高压汽轮机绝热膨胀做功，设冷凝器的压力为0.04×105Pa ，试求：(1)可逆绝热膨胀（乏汽为湿蒸汽）(2)不可逆绝热膨胀（乏汽为饱和蒸汽）时体系与环境总火用和总火无的变化。
5. 某化肥厂用废热锅炉回收二段转化气的热量，转化气进，出废热锅炉的温度为1000℃和380℃，废热锅炉进口水温55℃，产生40×105Pa，440℃的过热蒸汽，若不计散热损失，问废热锅炉产汽量为多少公斤？求这一回收余热过程的损失功和热力学效率。已知转化气在1000℃和380℃间平均恒压热容为36 kJ/kmol·k，转化气的流量为5160 NM3/吨氨。
现若令产生的过热蒸汽通过汽轮机做功，做功后的乏汽为1.0×105的饱和蒸汽，试求此过程的理想功，损失功和热力学效率。
6. 蒸汽常因管路保温不善，在输送过程中冷凝，试计算1kg， 4.5×105Pa的饱和蒸汽冷凝成同压下的水时的散热损失和损失功，假定环境温度为25℃。并说明为何两者的数值不同？
7. 一车间要利用300K、8.1×105Pa的空气和－195.95℃的液氮来产生20kg/s 、－162.15℃、1.55×105Pa的低温空气。拟采取的方案有两个：（1）空气先经节流阀节流膨胀到1.55×105Pa，再经冷却器，用液氮冷却至所需温度－162.15℃; （2）不采用节流膨胀，而是使空气先在等熵效率为80％的透平机中膨胀做功，然后进入换热器冷却至－162.15℃。试求（1）、（2）两方案中冷却器的热负荷以及过程的总熵增，两种方案的损失功，将它们进行比较并分析原因。液氮的汽化潜热自查。T0=298K
8. 某换热器完全保温。热流体的流量为0.042kg/s，进、出换热器时的温度分别为150℃、35℃，其等压热容为4.36kJ/kg.K。冷流体进、出换热器时的温度分别为25℃、110℃，其等压热容为4.69kJ/kg.K。试计算冷、热流体火用的变化、过程的损失功和热力学效率。若将热流体进口温度改为287℃，其余条件不变，计算此时冷、热流体火用的变化、过程的损失功和热力学效率，比较计算结果并分析原因。
第 六 章
1 .一蒸汽动力装置的锅炉供应30×105Pa，430℃的过热蒸汽给汽轮机，汽轮机的额定功率为15×104KW。乏汽在0.10×105Pa的压力下排至冷凝器，假定汽轮机的等熵效率为80％，冷凝器出口的是饱和液体，循环水泵将水打回锅炉是可逆绝热过程，求：(1)每公斤蒸汽对外所做的功;(2) 此动力循环中蒸汽的质量流量 ；(3)蒸汽从锅炉吸收的热量;(4) 水泵消耗的功; (5) 循环的热效率。
2. 1 kg 273K, 6MPa的空气，通过节流阀减压至1MPa，求减压后空气的温度。如果通过膨胀机也减压至1MPa，膨胀机的效率是80%，则空气膨胀后的温度是多少？设环境温度是298K，计算这两个过程的损失功。
3. 某氨蒸汽压缩制冷循环蒸发温度为－15℃，冷凝温度为27℃，离开蒸发器的蒸汽为饱和蒸汽，压缩为不可逆绝热过程，其定熵效率为0.85，已知可逆绝热压缩终态的焓为1657.66kJ/kg,计算冷冻系数及冷冻量为1.4×104kJ/h时压缩所需的功率。
4. 试用T－S图求空气初温分别为300K及230K时，下列条件等焓及等熵膨胀过程的
终温，以及产生的温度降ΔTH及ΔTs，列表比较两种情况的降温效果。 （1）从80atm膨胀至20atm (2) 从20atm膨胀至5atm
第 七 章
1. 丙酮（1）—甲醇（2）二元溶液超额自由焓的表达形式为GE/RT?Bx1x2，纯物质的Antoine
（
安
妥
因
）
方
程
表
示
如
下
：
lnp1s?14.39155?2795.817
t?230.002slnp2?16.59381?3644.297t?239.765pis的单位kPa,t单位℃
试求：（1）假如气相可看作理想气体，B=0.75，温度为60℃下的p-x-y数据。（2）气相可看作理想气体，B=0.64，压力为75kPa下的t-x-y数据。
2. （1）混合蒸汽的组成（摩尔分率）如下：甲烷0.05，乙烷0.10，丙烷0.30，异丁烷0.55。
试确定该混合物在26.7℃时的泡点压力和露点压力。
（2）确定上述混合物在26.7℃与1.033MPa时气相所占的比率及气相组成。
第 八 章
1. 试计算在700K和30.39MPa下合成氨反应的平衡组成。已知反应物为75%H2 和25%N2（均为摩尔分率），反应混合物可假定为理想的气体溶液，反应的平衡常数为0.0091。 2. 制造合成气的方法之一，是使甲烷与水蒸汽按以下反应式进行气相催化反应：
CH4(g)?H2O(g)?CO(g)?3H2(g)
通常出现的副反应为水煤气变换反应：CO(g)?H2O(g)?CO 2(g)?H2(g)假设上述两个反应，在下列所规定的条件下均达到平衡，试问：
（1） 制造合成气时，反应器中达到的最高温度是600K还是1300K合适？
（2） 制造合成气应该在0.1013还是在10.13下较好？为什么？