化工热力学第一章 绪

第一章绪言

§1-1 化工热力学的目的和任务本章提要(教师录像)

化工过程中离不开化工物性，化工物性源于实验测定。但化学物质的数目种多，由此组成的混合物更是数不胜数。可见物性的测定需要花费大量的人力、物力和财力，而且测定的实验数据不一定就是实际过程所需要的，所以通过一定的理论方法，从容易测量的性质推测难测量的性质、从有限的实验数据获得更系统的物性的信息具有重要的理论和实际意义。

化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题。

§1-2 化工热力学与物理化学的关系

化工热力学与物理化学关系密切，物理化学的热力学部分已经介绍了经典热力学的基本原理和理想系统（如理想气体和理想溶液等）的模型，化工热力学将在此基础上，将重点转移到更接近实际的系统。

§1-3 热力学性质的普遍化关系式

理论和实验均表明，物质的均相热力学性质总是可以表示为组成和另外任意两个强度性质的函数，如

M=M（T，p，{x}）公式 1-1

若给定了T，p和组成，系统的状态就确定下来了，其它的所有的热力学性质也就随之而确定下来。

我们称能确定体系状态的强度性质最小数目为自由度，用于确定体系状态的强度性质称为独立变量，其它需要求解的强度性质称为从属变量。

采用经典热力学原理就可以得到如式1-1一样的热力学性质之间的普遍化关系式。它是热力学性质计算的基础，但是要真正用于具体系统性质的计算还必须引入反映系统特征的模型。

§1-4 经典热力学的局限性

经典热力学不能独立地解决实际问题，而需要与表达系统特征的模型相结合。系统的特征的本质是分子间的相互作用，属于统计力学的范畴，这是经典热力学的局限之一，也是化工热力学解决实际问题的特色之一。

§1-5 化工热力学的主要内容

经典热力学原理，必须结合反映系统特征的模型，才能应用于解决化工过

程的实际问题，我们称"原理-模型-应用"为化工热力学内容"三要素"。"三要素"应该是化工热力学教材内容的基本组成部分。原理是基础，应用是目的，模型是应用中不可缺少的工具。

§1-6 封闭系统与敞开系统

封闭系统是化工热力学最感兴趣的系统之一，它又可以分为均相封闭系统和非均相封闭系统。

均相封闭系统中只有一个相，且与环境之间没有物质传递，其特征是组成不变化和一个相。所以，它代表了实际中的纯物质系统或均相定组成混合物系统。即计算纯物质和均相定组成混合物性质的基础是均相封闭系统的热力学原理。

非均相封闭系统则与实际中的相平衡系统相对应。非均相封闭系统含有多个相，在没有达到平衡状态时，其中的任何一个相都可以看作为均相敞开系统，因为各相之间必定存在着物质和能量的传递。若在环境条件稳定的情况下，物质和能量的传递将会趋于动态平衡，一旦当系统达到平衡状态时，各敞开系统之间通过边界传递物质和能量的净值为零，各相的组成、温度、压力不再发生变化，此时系统中任何一个均相敞开系统都可以视为均相封闭系统（见图1.1）。正确理解这种关系，对于掌握非均相系统的热力学性质计算是十分重要的，也能使不同热力学性质的计算与热力学原理一一对应起来。

图1.1 不同系统之间的关系

§1-7 热力学性质计算的一般方法

(1)基于相律分析系统的独立变量和从属变量；

(2)由经典热力学原理得到普遍化关系式。特别是将热力学性质与能容易测量的p、V、T及组成性质和

理想气体等压热

联系起来；

容

(3)引入表达系统特性的模型，如状态方程或活度系数；

(4)数学求解。

化工热力学第1章解答

习题 第1章 绪言 一、是否题 1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。(错。G S H U ??=?=?,,0,0但和 A ?，0=U ?，=T ?)2ln R =， G =?2. 3. 4. 5. ） 6. V )的自变 7. 1 T P 无关。） 8. 描述封闭体系中理想气体绝热可逆途径的方程是 γ γ) 1(1212-??? ? ??=P P T T （其中ig V ig P C C =γ）， 而一位学生认为这是状态函数间的关系，与途径无关，所以不需要可逆的条件。(错。) 9. 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） 10. 自变量与独立变量是不可能相同的。（错。有时可以一致） 三、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. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是 2 和 2 。 3. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的 以V 表示) (以P 表示)。 4. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知ig P C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则 A 等容过程的 W = 0 ，Q =()1121T P P R C ig P ???? ??--，?U =()112 1T P P R C ig P ??? ? ??--，?H = 112 1T P P C ig P ? ?? ? ??-。 B 等温过程的 W =2 1ln P P RT -，Q =2 1ln P P RT ，?U = 0 ，?H = 0 。 Q = 0 ，? 5. 1cm 2， 6. 7. 8. =8.314 J mol -1 K -1 1. t A 、B 两 室。两室装有不同的理想气体。突然将隔板移走，使容器内的气体自发达到平衡。计算 该过程的Q 、W 、U ?和最终的T 和P 。设初压力是（a ）两室均为P 0；（b ）左室为P 0，右室是真空。 解：（a ）不变P T U W Q ,;0,0,0===? (b) 05.0,,;0,0,0P P T U W Q ====即下降一半不变? 2. 常压下非常纯的水可以过冷至0℃以下。一些-5℃的水由于受到干扰而开始结晶，由于 结晶过程进行得很快，可以认为体系是绝热的，试求凝固分率和过程的熵变化。已知冰 的熔化热为333.4J g -1和水在0～-5℃之间的热容为4.22J g -1 K -1。 解：以1克水为基准，即

化工热力学第一章 习题解答

第一章习题解答 一、问答题： 1-1化工热力学与哪些学科相邻？化工热力学与物理化学中的化学热力学有哪些异同点？ 【参考答案】：高等数学、物理化学是化工热力学的基础，而化工热力学又是《化工原理》、《化工设计》、《反应工程》、《化工分离过程》等课程的基础和指导。化工热力学是以化学热力学和工程热力学为基础。化工热力学与化学热力学的共同点为：两者都是利用热力学第一、第二定律解决问题；区别在于：化学热力学的处理对象是理想气体、理想溶液、封闭体系；而化工热力学面对的是实际气体、实际溶液、流动体系，因此化工热力学要比化学热力学要复杂得多。 1-2化工热力学在化学工程与工艺专业知识构成中居于什么位置？ 【参考答案】：化工热力学与其它化学工程分支学科间的关系如下图所示，可以看出，化工热力学在化学工程中有极其重要的作用。 1-3化工热力学有些什么实际应用？请举例说明。 【参考答案】： ①确定化学反应发生的可能性及其方向，确定反应平衡条件和平衡时体系的状态。（可行性分析）

②描述能量转换的规律，确定某种能量向目标能量转换的最大效率。（能量有效利用） ③描述物态变化的规律和状态性质。 ④确定相变发生的可能性及其方向，确定相平衡条件和相平衡时体系的状态。 ⑤通过模拟计算，得到最优操作条件，代替耗费巨大的中间试验。 化工热力学最直接的应用就是精馏塔的设计：1）汽液平衡线是确定精馏塔理论板数的依据，可以说没有化工热力学的汽液平衡数据就没有精馏塔的设计；2）精馏塔再沸器提供的热量离不开化工热力学的焓的数据。由此可见，化工热力学在既涉及到相平衡问题又涉及到能量有效利用的分离过程中有着举足轻重的作用。 1-4化工热力学能为目前全世界提倡的“节能减排”做些什么？ 【参考答案】：化工热力学是化学工程的一个重要分支，它的最根本任务就是利用热力学第一、第二定律给出物质和能量的最大利用极限，有效地降低生产能耗，减少污染。因此毫不夸张地说：化工热力学就是为节能减排而生的！ 1-5化工热力学的研究特点是什么？ 【参考答案】：化工热力学的研究特点： (1)从局部的实验数据加半经验模型来推算系统完整的信息； (2)从常温常压的物性数据来推算苛刻条件下的性质； (3)从容易获得的物性数据（p、V、T、x）来推算较难测定或不可测试 的数据（y，H，S，G）； (4)从纯物质的性质利用混合规则求取混合物的性质； (5)以理想态为标准态加上校正，求取真实物质的性质。 其中最大的特点是将实际过程变成理想模型加校正的处理问题方法。

化工热力学第一章绪论试题

第1章 绪 言 1. 凡是体系的温度升高时，就一定吸热，而温度不变时，则体系既不吸热也不放热。 答：错。等温等压的相变化或化学变化始、终态温度不变，但有热效应。气体的绝热压缩，体系温度升高，但无吸收热量。 2. 当n 摩尔气体反抗一定的压力做绝热膨胀时，其内能总是减少的。 答：对。绝热：Q=0；反抗外压作功：W ＜0；?U=Q ＋W=W<0。 3. 封闭体系中有两个相βα,。在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系；达到平衡时， 则βα,两个相都等价于均相封闭体系。 答：对 4. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。 答：对 5. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。 答：错。理想气体的熵和吉氏函数不仅与温度有关，还与压力或摩尔体积有关。 6. 要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程 P=P (T ， V )的自变量中只有一个强度性质，所以，这与相律有矛盾。 答：错。V 也是强度性质 7. 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相等，初态和 终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的? =21T T V dT C U ?；同样，对于初、终态压力相等的过程有 ? =2 1T T P dT C H ?。 答：对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。 8. 状态函数的特点是什么？ 答：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态。 9. 对封闭体系而言，当过程的始态和终态确定后，下列哪项的值不能确定: A Q B Q + W, ?U C W （Q=0）,?U D Q （W=0）,?U 答：A 。因为Q 不是状态函数，虽然始态和终态确定，但未说明具体过程，故Q 值不能确定 。 10. 下列各式中哪一个不受理想气体条件的限制 A △H = △U+P△V B CPm - CVm=R C = 常数 D W = nRTln （V2╱V1） 答：A 11.对于内能是体系的状态的单值函数概念的错误理解是: A 体系处于一定的状态,具有一定的内能 B 对应于某一状态,内能只能有一数值,不能有两个以上的数值

化工热力学各章节习题

化工热力学各章节习题 第一章 绪论 一、选择题(共3小题，3分) 1、(1分)关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是（ ） A.可以判断新工艺、新方法的可行性。 B.优化工艺过程。 C.预测反应的速率。 D.通过热力学模型，用易测得数据推算难测数据；用少量实验数据推算大量有用数据。 E.相平衡数据是分离技术及分离设备开发、设计的理论基础。 2、(1分)关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是（ ） （A ）研究体系为实际状态。 （B ）解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。 （C ）处理方法为以理想态为标准态加上校正。 （D ）获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型。 （E ）应用领域是解决工厂中的能量利用和平衡问题。 3、(1分)关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是（ ） A.判断新工艺的可行性。 B.化工过程能量分析。 C.反应速率预测。 D.相平衡研究 参考答案 一、选择题(共3小题，3分) 1、(1分)C 2、(1分)B 3、(1分)C 第二章 流体的PVT 关系 一、选择题(共17小题，17分) 1、(1分)纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则此物质的状态为（ ）。 A ．饱和蒸汽 B.饱和液体 C ．过冷液体 D.过热蒸汽 2、(1分)超临界流体是下列 条件下存在的物质。 A.高于T c 和高于P c B.临界温度和临界压力下 C.低于T c 和高于P c D.高于T c 和低于P c 3、(1分)对单原子气体和甲烷，其偏心因子ω，近似等于 。 A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 4、(1分)0.1Mpa ,400K 的2N 1kmol 体积约为__________ A 3326L B 332.6L C 3.326L D 33.263 m 5、(1分)下列气体通用常数R 的数值和单位，正确的是__________ A K kmol m Pa ???/10314.83 3 B 1.987cal/kmol K C 82.05 K atm cm /3 ? D 8.314K kmol J ?/

化工热力学第六章教案

授 课 内 容 第六章 流动系统的热力学原理及应用 §6-1 引言 本章重点介绍稳定流动过程及其热力学原理 1 理论基础 热力学第一定律和热力学第二定律 2 任务 对化工过程进行热力学分析，包括对化工过程的能量转化、传递、使用和损失情况进行分析，揭示能量消耗的大小、原因和部位，为改进工艺过程，提高能量利用率指出方向和方法。 3 能量的级别 1）低级能量 理论上不能完全转化为功的能量，如热能、热力学内能、焓等 2）高级能量 理论上完全可以转化为功的能量，如机械能、电能、风能等 3）能量的贬值 4 本章的主要内容 1）流动系统的热力学关系式 2）过程的热力学分析 3）动力循环 §6-2 热力学第一定律 1 封闭系统的热力学第一定律 热和功是两种本质不同且与过程传递方式有关的能量形式，可以相互转化或传递，但能量的数量是守恒的 2 稳定流动系统的热力学第一定律 稳定流动状态：流体流动途径中所有各点的状况都相等，且不随时间而变化，即所有质量和能量的流率均为常数，系统中没有物料和能量的积累。 稳定流动系统的热力学第一定律表达式为： 所以得 U Q W ?=+2 2 u U g z Q W ??+ +?=+2211 其中流体所做的功S W W p V pV =+-由H U pV =+212S H g z u Q W ?+?+?=+

微分形式： 若忽略动能和势能变化，则有 即为封闭系统的热力学关系式 §6-3 热力学第二定律和熵平衡 1 热力学第二定律 1） Clausius 说法：热不可能自动从低温物体传给高温物体 2）Kelvin 说法：不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功而不引起其它变化。 实质：自发过程都是不可逆的 2熵及熵增原理 1）热机效率 2）可逆热机效率 3）熵的定义 3.1）可逆热温商 3.2）熵的微观物理意义 系统混乱程度大小的度量 对可逆的绝热过程 对可逆的等温过程 对封闭系统中进行的任何过程，都有 ——热力学第二定律的数学表达式 4）熵增原理 d d d S H g z u u Q W δδ++=+S H Q W ?=+1 W Q η= 1212 21111 1Q Q T T T W Q Q T T η--= ===-2 211 积分得熵变rev rev Q dS T Q S S S T δδ= ?=-=? 或rev rev Q S Q T S T ?= =?0 S ?=Q dS T δ≥ ()000 孤立孤立孤立系统，，则或 Q dS S δ=≥?≥

化工热力学知识点

一、课程简介 化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，是化工类专业学生必修的基础技术课程。 化工热力学课程结合化工过程阐述热力学基本原理、定理及其应用，是解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡计算、能量的有效利用等实际问题的。 二、教学目的 培养学生运用热力学定律和有关理论知识，初步掌握化学工程设计与研究中获取物性数据；对化工过程中能量和汽液平衡等有关问题进行计算的方法，以及对化工过程进行热力学分析的基本能力，为后续专业课的学习及参加实际工作奠定基础。 三、教学要求 化工热力学是在基本热力学关系基础上，重点讨论能量关系和组成关系。本课程学习需要具备一定背景知识，如高等数学和物理化学等方面的基础知识。采用灵活的课程教学方法，使学生能正确理解基本概念，熟练掌握各种基本公式的应用领域及应用技巧，掌握化学工程设计与研究中求取物性数据与平衡数据的各种方法。以课堂讲解、自学和作业等多种方式进行。 四、教学内容 第一章绪论 本章学习目的与要求： 了解化工热力学的发展简史、主要内容及研究方法。 第二章流体的P-V-T关系 本章学习目的与要求： 了解纯物质PVT的有关相图中点、线、面的物理意义，掌握临界点的物理意义及其数学特征；理解理想气体的基本概念和数学表达方法，掌握采用状态方程式计算纯物质PVT性质的方法；了解对比态原理，掌握用三参数对比态原理计算纯物质PVT性质的方法；了解真实气体混合物PVT性质的计算方法。 第一节纯物质的PVT关系 1. 主要内容：P-V相图，流体。 2. 基本概念和知识点：临界点。

3. 能力要求：掌握临界点的物理意义及其数学特征。 第二节气体的状态方程式 1. 主要内容：理想气体状态方程，维里方程，R-K方程。 2. 基本概念和知识点：理想气体的数学表达方法，维里方程，van der Waals方程，R-K方程。 3. 能力要求：掌握采用状态方程式计算纯物质PVT性质的方法。 第三节对比态原理及其应用 1. 主要内容：三参数对比态原理，普遍化状态方程。 2. 基本概念和知识点：对比态原理，以ω作为第三参数的对比态原理，普遍化第二维里系数。 3. 能力要求：了解对比态原理，掌握用三参数对比态原理计算纯物质PVT性质的方法。 第四节真实气体混合物的PVT关系 1. 主要内容：混合规则，气体混合物的虚拟临界参数，气体混合物的第二维里系数。 2. 基本概念和知识点：气体混合物的虚拟临界参数，气体混合物的第二维里系数。 3. 能力要求：了解真实气体混合物PVT性质的计算方法。 第三章纯物质（流体）的热力学性质 本章学习目的与要求： 理解Maxwell关系式，掌握热力学性质间的基本关系式和用P-V-T推算其他热力学性质的关系式；理解热容和剩余性质的概念，了解蒸发焓与蒸发熵的计算方法，掌握用状态方程和三参数对应态原理计算焓变与熵变的方法；了解热力学性质图、表的制作原理，会使用热力学性质图或表进行计算。 第一节热力学性质间的关系 1. 主要内容：热力学基本方程，Maxwell关系式。 2. 基本概念和知识点：热力学基本方程，Maxwell关系式及应用。

马沛生 主编 化工热力学 第三章习题解答

第三章 纯流体的热力学性质计算 思考题 3-1气体热容，热力学能和焓与哪些因素有关？由热力学能和温度两个状态参数能否确定气体的状态？ 答：气体热容，热力学能和焓与温度压力有关，由热力学能和温度两个状态参数能够确定气体的状态。 3-2 理想气体的内能的基准点是以压力还是温度或是两者同时为基准规定的？ 答：理想气体的内能的基准点是以温度为基准规定的。 3-3 理想气体热容差R p v c c -=是否也适用于理想气体混合物？ 答：理想气体热容差R p v c c -=不适用于理想气体混合物，因为混合物的组成对此有关。 3-4 热力学基本关系式d d d H T S V p =+是否只适用于可逆过程？ 答：否。热力学基本关系式d d d H T S V p =+不受过程是否可逆的限制 3-5 有人说：“由于剩余函数是两个等温状态的性质之差，故不能用剩余函数来计算性质随 着温度的变化”，这种说法是否正确？ 答：不正确。剩余函数是针对于状态点而言的；性质变化是指一个过程的变化，对应有两个状态。 3-6 水蒸气定温过程中，热力学内能和焓的变化是否为零？ 答：不是。只有理想气体在定温过程中的热力学内能和焓的变化为零。 3-7 用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的焓值或熵值有时相差很多，为什么？能否 交叉使用这些图表求解蒸气的热力过程？ 答：因为做表或图时选择的基准可能不一样，所以用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的焓值或熵值有时相差很多。不能够交叉使用这些图表求解蒸气的热力过程。 3-8 氨蒸气在进入绝热透平机前，压力为 2.0 MPa ，温度为150℃，今要求绝热透平膨胀机出口液氨不得大于5%，某人提出只要控制出口压力就可以了。你认为这意见对吗？为什么？请画出T -S 图示意说明。 答：可以。因为出口状态是湿蒸汽，确定了出口的压力或温度，其状态点也就确定了。 3-9 很纯的液态水，在大气压力下，可以过冷到比0℃低得多的温度。假设1kg 已被冷至-5℃ 的液体。现在，把一很小的冰晶(质量可以忽略)投入此过冷液体内作为晶种。如果其后

化工热力学第一章 例题

第一章 例题 一、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. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是 2 和 2 。 3. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的 以V 表示) (以P 表示)。 4. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知ig P C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则 A 等容过程的 W = 0 ，Q =()1121T P P R C ig P ???? ??--，?U =() 1121T P P R C ig P ???? ??--，?H = 112 1T P P C ig P ??? ? ??-。 B 等温过程的 W =21ln P P RT -，Q =2 1ln P P RT ，?U = 0 ，?H = 0 。 C 绝热过程的 W =( ) ???? ????? ? -???? ??--112 11ig P C R ig P P P R V P R C ，Q = 0 ，? U = ( ) ???? ????? ? -??? ? ??-112 11ig P C R ig P P P R V P R C ，?H =112 1T P P C ig P C R ig P ??????????-???? ??。 5. 在常压下1000cm 3液体水膨胀1cm 3，所作之功为 0.101325J ；若使水的表面增大1cm 2， 我们所要作的功是6102.7-?J (水的表张力是72e rg cm -2)。 6. 1MPa=106Pa=10bar=9.8692atm=7500.62mmHg 。 7. 1kJ=1000J=238.10cal=9869.2atm cm 3=10000bar cm 3=1000Pa m 3。 8. 普适气体常数R =8.314MPa cm 3 mol -1 K -1=83.14bar cm 3 mol -1 K -1=8.314 J mol -1 K -1 =1.980cal mol -1 K -1。 二、计算题 1. 一个绝热刚性容器，总体积为V t ，温度为T ，被一个体积可以忽略的隔板分为A 、B 两 室。两室装有不同的理想气体。突然将隔板移走，使容器内的气体自发达到平衡。计算该过程的Q 、W 、U ?和最终的T 和P 。设初压力是（a ）两室均为P 0；（b ）左室为P 0，右室是真空。 解：（a ）不变P T U W Q ,;0,0,0===?

化工热力学教案(陈新志版)

48课时化工热力学教案 教材：陈新志版化工热力学

课程简介 内容提要： 本课程介绍了经典热力学原理及其在化工中的应用。 课程内容分为六章，第1章至第5章的主要内容有绪论、流体p-V-T和状态方程、均相封闭系统热力学原理及应用、非均相封闭系统的热力学原理及应用，第6章是流动系统的热力学原理及应用。 课程特点： 化工热力学是化学工程的重要分支和基础学科。热力学原理在解决化工实际问题中起到了重要的作用。化工热力学是化学工程与工艺专业的必修课程。 在学科横向交叉、纵向深入发展，同时学时数逐年缩减的新形势下，化工热力学教学应力求建立课程内容新体系，加强基础，面向实际，引导思维，启发创新，便于自学。教材内容宽松适度，便于不同水平的学生学习。本课程具有下列特点： (1)新体系，以应用为目的，从应用与其所依据的热力学原理的对应关系来组织教材内容。有利于学以致用，掌握重点，了解全貌，缩短学时和提高效率。 (2)简明性，从应用的角度来引用和深化已经学习过的内容，减少与《物理化学》等课程的重复。将部分内容进行自学处理，对部分内容推陈出新，以适应学科的发展。在增加课程信息量的基础上，缩减必须的课堂讲授学时 (3)实用性，新教材十分重视实际应用能力的培养。新体系不但加强了热力学原理和实际应用之间的联系，加深了对概念理解，更提高了解决实际问题的能力。 (陈新志本人的教材说明)

第一章、绪论 §1-1化工热力学的目的和任务 化工过程中离不开化工物性，化工物性源于实验测定。但化学物质的数目种多，由此组成的混合物更是数不胜数。可见物性的测定需要花费大量的人力、物力和财力，而且测定的实验数据不一定就是实际过程所需要的，所以通过一定的理论方法，从容易测量的性质推测难测量的性质、从有限的实验数据获得更系统的物性的信息具有重要的理论和实际意义。 化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题。 §1-2化工热力学与物理化学的关系 化工热力学与物理化学关系密切，物理化学的热力学部分已经介绍了经典热力学的基本原理和理想系统（如理想气体和理想溶液等）的模型，化工热力学将在此基础上，将重点转移到更接近实际的系统。 §1-3热力学性质的普遍化关系式 理论和实验均表明，物质的均相热力学性质总是可以表示为组成和另外任意两个强度性质的函数，如 M=M（T，p，{x}） 若给定了T，p和组成，系统的状态就确定下来了，其它的所有的热力学性质也就随之而确定下来。 我们称能确定体系状态的强度性质最小数目为自由度，用于确定体系状态的强度性质称为独立变量，其它需要求解的强度性质称为从属变量。 采用经典热力学原理就可以得到热力学性质之间的普遍化关系式。它是热力学性质计算的基础，但是要真正用于具体系统性质的计算还必须引入反映系统特征的模型。 §1-4经典热力学的局限性 经典热力学不能独立地解决实际问题，而需要与表达系统特征的模型相结合。系统的特征的本质是分子间的相互作用，属于统计力学的范畴，这是经典热力学的局限之一，也是化工热力学解决实际问题的特色之一。

化工热力学教案

化工热力学教案 第一章绪论 ★基本要求目的使学生了解化工热力学研究对象及其在化工中应用。 ★重点化工热力学研究的特点 ★难点通过大量举例使学生深刻认识化工热力学的重要作用 1、化工热力学的目的和任务 化工过程中离不开化工物性，化工物性源于实验测定。但化学物质的数目种多，由此组成的混合物更是数不胜数。可见物性的测定需要花费大量的人力、物力和财力，而且测定的实验数据不一定就是实际过程所需要的，所以通过一定的理论方法，从容易测量的性质推测难测量的性质、从有限的实验数据获得更系统的物性的信息具有重要的理论和实际意义。 化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题。 2、化工热力学与物理化学的关系 化工热力学与物理化学关系密切，物理化学的热力学部分已经介绍了经典热力学的基本原理和理想系统（如理想气体和理想溶液等）的模型，化工热力学将在此基础上，将重点转移到更接近实际的系统。 3、热力学性质的普遍化关系式 理论和实验均表明，物质的均相热力学性质总是可以表示为组成和另外任意两个强度性质的函数，如 M=M（T，p，{x}） 若给定了T，p和组成，系统的状态就确定下来了，其它的所有的热力学性质也就随之而确定下来。 我们称能确定体系状态的强度性质最小数目为自由度，用于确定体系状态的强度性质称为独立变量，其它需要求解的强度性质称为从属变量。 采用经典热力学原理就可以得到热力学性质之间的普遍化关系式。它是热力学性质计算的基础，但是要真正用于具体系统性质的计算还必须引入反映系统特征的模型。 4、经典热力学的局限性 经典热力学不能独立地解决实际问题，而需要与表达系统特征的模型相结合。系统的特征的本质是分子间的相互作用，属于统计力学的范畴，这是经典热力学的局限之一，也是化工热力学解决实际问题的特色之一。 5、化工热力学的主要内容 经典热力学原理，必须结合反映系统特征的模型，才能应用于解决化工过程的实际问题，我们称“原理-模型-应用”为化工热力学内容“三要素”。“三要素”应该是化工热力学教材内容的基本组成部分。原理是基础，应用是目的，模型是应用中不可缺少的工具。 6、封闭系统与敞开系统 封闭系统是化工热力学最感兴趣的系统之一，它又可以分为均相封闭系统和非均相封闭系统。 均相封闭系统中只有一个相，且与环境之间没有物质传递，其特征是组成不变化和一个相。所以，它代表了实际中的纯物质系统或均相定组成混合物系统。即计算纯物质和均相定组成混合物性质的基础是均相封闭系统的热力学原理。 非均相封闭系统则与实际中的相平衡系统相对应。非均相封闭系统含有多个相，在没有达到平衡状态时，其中的任何一个相都可以看作为均相敞开系统，因为各相之间必定存在着物质和能量的传递。若在环境条件稳定的情况下，物质和能量的传递将会趋于动态平衡，一旦当系统达到平衡状态时，各敞开系统之间通过边界传递物质和能量的净值为零，各相的组成、温度、压力不再发生变化，此时系统中任何一个均相敞开系统都可以视为均相封闭系统（见图1.1）。正确理解这种关系，对于掌握非均相系统的热力学性质计算是十分重要的，也能使不同热力学性质的计算与热力学原理一一对应起来。

化工热力学第六章 习题解答-0805

第六章 习题解答 1. 求算在流动过程中温度为540℃，压力为5.0MPa 的1kmol 氮气所能给出的理想功为多少？取环境温度为15℃，环境压力0.1MPa 。氮气的摩尔定压热容C p =17.86+4.27×10-3T kJ·kmol -1·K -1。 W id -?H -T 0?S ?+?H 813.15 288.15 T 27.86 4.27103-?T ?+()? ?? d 1.586-10 4 ??S n 813.15288.15T 27.86 4.27103-?T ?+() T ????? d R ln p 2p 1? ?????-?????????? ?31.145-32.525+ 1.38 W id - 1.586104?288.151.38?+ 1.62610 4 ? 2. 某厂有一输送90℃热水的管道，由于保温不良，到使用单位时，水温已降至70℃，试求水温降低过程的热损失与损失功。设大气温度为25℃。 解：管道中压力没有变化，且压力对焓、熵的影响可忽略，故采用饱和水的数据计算。 ?H Q W +W 0 Q ?H T 1 T 2T C p T ????d H 2H 1 -292.98376.92-83.94 -W L T 0?S g ?298.150.044()?13.119 ?S g S 2S 1-Q -T 0 + 0.9549 1.1925-83.94298 + 0.044 3.有一逆流式换热器，利用废气 加热空气。空气从0.1MPa 、20℃的状态被加热到125℃，空气的流量为1.5kg ·s -1。而废气从0.13 MPa 、250℃的状态冷却到95℃。空气的比定压热容为 1.04kJ ·kg -1·K -1，废气的比定压热容为0.84kJ ·kg -1·K -1，比定容热容为 0.63kJ ·kg -1·K -1。假定空气与废气通过换热器的压力与动能变化可忽略不计，而且换热器与环境无热量交换，环境状态为0.1MPa 、20℃。试求：（1）换热器中不可逆传热的有效能损失D?（2）换热器的有效能效率？ 解： 1空气；2-废气-?H Q W +W Q ?H

化工热力学第二章第三章习题答案

思考题 3-1气体热容，热力学能和焓与哪些因素有关？由热力学能和温度两个状态参数能否确定气体的状态？ 答：气体热容，热力学能和焓与温度压力有关，由热力学能和温度两个状态参数能够确定气体的状态。 3-2 理想气体的内能的基准点是以压力还是温度或是两者同时为基准规定的？ 答：理想气体的内能的基准点是以温度为基准规定的。 3-3 理想气体热容差R p v c c -=是否也适用于理想气体混合物？ 答：理想气体热容差R p v c c -=不适用于理想气体混合物，因为混合物的组成对此有关。 3-4 热力学基本关系式d d d H T S V p =+是否只适用于可逆过程？ 答：否。热力学基本关系式d d d H T S V p =+不受过程是否可逆的限制 3-5 有人说：“由于剩余函数是两个等温状态的性质之差，故不能用剩余函数来计算性质随 着温度的变化”，这种说法是否正确？ 答：不正确。剩余函数是针对于状态点而言的；性质变化是指一个过程的变化，对应有两个状态。 3-6 水蒸气定温过程中，热力学内能和焓的变化是否为零？ 答：不是。只有理想气体在定温过程中的热力学内能和焓的变化为零。 3-7 用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的焓值或熵值有时相差很多，为什么？能否 交叉使用这些图表求解蒸气的热力过程？ 答：因为做表或图时选择的基准可能不一样，所以用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的焓值或熵值有时相差很多。不能够交叉使用这些图表求解蒸气的热力过程。 3-8 氨蒸气在进入绝热透平机前，压力为 2.0 MPa ，温度为150℃，今要求绝热透平膨胀机出口液氨不得大于5%，某人提出只要控制出口压力就可以了。你认为这意见对吗？为什么？请画出T -S 图示意说明。 答：可以。因为出口状态是湿蒸汽，确定了出口的压力或温度，其状态点也就确定了。 3-9 很纯的液态水，在大气压力下，可以过冷到比0℃低得多的温度。假设1kg 已被冷至-5℃ 的液体。现在，把一很小的冰晶(质量可以忽略)投入此过冷液体内作为晶种。如果其后在5 1.01310Pa ?下绝热地发生变化，试问：(1)系统的终态怎样？(2)过程是否可逆？ 答：压力增高，又是绝热过程，所以是一个压缩过程（熵增加，若为可逆过程则是等熵过

化工热力学第3章 习题解答

第3章 均相封闭体系热力学原理及其应用 一、是否题 1. 热力学基本关系式dH=TdS+VdP 只适用于可逆过程。（错。不需要可逆条件，适用于只 有体积功存在的封闭体系） 2. 当压力趋于零时，()()0,,≡-P T M P T M ig （M 是摩尔性质）。（错。当M ＝V 时，不恒 等于零，只有在T ＝T B 时，才等于零） 3. 纯物质逸度的完整定义是，在等温条件下，f RTd dG ln =。（错。应该是=-ig G G 0 ()0ln P f RT 等） 4. 当0→P 时，∞→P f 。（错。当0→P 时，1→P f ） 5. 因为? ?? ? ??-=P dP P RT V RT 01ln ?，当0→P 时，1=?，所以，0=- P RT V 。（错。从积分式看，当0→P 时，P RT V - 为任何值，都有1=?；实际上，0lim 0=? ???? ???? ??-=→B T T P P RT V 6. 吉氏函数与逸度系数的关系是()()?ln 1,,RT P T G P T G ig ==-。（错,(),(T G P T G ig - f RT P ln )1==） 7. 由于偏离函数是两个等温状态的性质之差，故不可能用偏离函数来计算性质随着温度的 变化。（错。因为： ()()()()[ ]()()[]()()[] 0102011102221122,,,,,,,,P T M P T M P T M P T M P T M P T M P T M P T M ig ig ig ig -+---=-） 二、选择题 1. 对于一均相体系，V P T S T T S T ??? ??-??? ??????等于（D 。 P V V P V P T V T P T C C T S T T S T ??? ????? ??=-=??? ??-??? ??????????） A. 零 B. C P /C V C. R D. P V T V T P T ??? ????? ??????

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化工热力学课后答案（第三版）陈钟秀编著 2-1.使用下述方法计算1kmol 甲烷贮存在体积为0.1246m 3、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K 方程；（3）普遍化关系式。 解：甲烷的摩尔体积V =0.1246 m 3/1kmol=124.6 cm 3/mol 查附录二得甲烷的临界参数：T c =190.6K P c =4.600MPa V c =99 cm 3/mol ω=0.008 (1) 理想气体方程 P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa (2) R-K 方程 2 2.52 2.560.52 6 8.314190.60.427480.42748 3.2224.610 c c R T a Pa m K mol P -?===???? 53168.314190.6 0.08664 0.08664 2.985104.610 c c RT b m mol P --?===??? ∴() 0.5RT a P V b T V V b = --+ ()()50.555 8.314323.15 3.222 12.46 2.98510323.1512.461012.46 2.98510---?= --???+? =19.04MPa (3) 普遍化关系式 323.15190.6 1.695r c T T T ===124.699 1.259r c V V V ===＜2 ∴利用普压法计算，01Z Z Z ω=+ ∵c r ZRT P P P V = = ∴c r PV Z P RT =

654.61012.46100.21338.314323.15 c r r r PV Z P P P RT -???===? 迭代：令Z 0=1→P r0=4.687 又Tr=1.695，查附录三得：Z 0=0.8938 Z 1=0.4623 01Z Z Z ω=+=0.8938+0.008× 0.4623=0.8975 此时，P=P c P r =4.6×4.687=21.56MPa 同理，取Z 1=0.8975 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个Z 值相差很小，迭代结束，得Z 和P 的值。 ∴ P=19.22MPa 2-2.分别使用理想气体方程和Pitzer 普遍化关系式计算510K 、2.5MPa 正丁烷的摩尔体积。已知实验值为1480.7cm 3/mol 。 解：查附录二得正丁烷的临界参数：T c =425.2K P c =3.800MPa V c =99 cm 3/mol ω=0.193 （1）理想气体方程 V=RT/P=8.314×510/2.5×106=1.696×10-3m 3/mol 误差： 1.696 1.4807 100%14.54%1.4807 -?= （2）Pitzer 普遍化关系式 对比参数：510425.2 1.199r c T T === 2.53.80.6579r c P P P ===—普维法 ∴0 1.6 1.60.4220.422 0.0830.0830.23261.199r B T =- =-=- 1 4.2 4.2 0.1720.172 0.1390.1390.058741.199 r B T =- =-=- 01c c BP B B RT ω=+=-0.2326+0.193×0.05874=-0.2213