化工热力学第三版课后习题答案
《化工热力学》（第三版）习题参考答案
58页第2章
2-1 求温度673.15K、压力4.053MPa的甲烷气体摩尔体积。 解：（a）理想气体方程
pV RT V
RTp
8.314 673.154.053 10
6
1.381 10
3
m mol
3 1
（b）用R-K方程
① 查表求Tc、pc；② 计算a、b；③ 利用迭代法计算V。
p
RTV bRTp
aT V V b
a Vi b T Vi Vi b m mol
3
1
Vi 1
b
3
V0 1.381 10
1
Vi 1 1.3896 10
3
m mol
3
（c）用PR方程
33步骤同（b），计算结果：Vi 1 1.3893 10 m mol
1
。
（d）利用维里截断式
Z B
pVRT
1
BpRT0.422Tr
1.6
1
BpcRTc
1
prTr
1 B
0.172Tr
4.2
prTr
B
1
prTr
0.083 B 0.139
查表可计算pr、Tr、B0、B1和Z 由Z
pVRT
V
ZRTp
1.391 10
3
m mol
3 1
2-2 V=0.5 m3，耐压2.7 MPa容器。规定丙烷在T=400.15K时，p<1.35MPa。求可充丙烷多少千克？
解：（a）用理想气体方程 pV nRT pV
mM
RT m
MpVRT
0.0441 1.35 10
6
0.5
8.314 400.15
8.948 m mol
3 1
（b）用R-K方程
① 查表求Tc、pc；② 计算a、b；③ 利用迭代法计算V。
化工热力学第三版课后习题答案
p
RTV bRTp
aT V V b
a Vi b T Vi Vi b m mol
3
1
Vi 1
b
3
V0 2.464 10
Vi 1 2.241 10
3
m mol
3 1
则可充丙烷质量计算如下：
m n M
VVi 1
M
0.0441 0.52.241 10
3
9.838 kg
（c）利用维里截断式：
Z B
pVmRT
1
BpRT
1.6
1
BpcRTc
1
prTr
1 B
0.172Tr
4.2
prTr
B
1
prTr
0.083
0.422Tr
B 0.139
查表可计算pr、Tr、B0、B1和Z 由Z
pVmRT
Vm
0.916 8.314 400.15
1.35 10
6
2.257 10
3
m mol
3 1
则可充丙烷质量计算如下：
m n M
VVi 1
M
0.0441 0.52.257 10
3
9.77 kg
3
2-4 V=1.213 m，乙醇45.40 kg，T=500.15K，求压力。 解：（a）理想气体状态方程
p
nRTV
mM
RTV
45.4046
8.314 500.15
1.213
3.383 MPa
（b）用R-K方程
0.42748 R TC
PC
0.08664 R TC
PC
2
2.5
a28.039
b0.058
a
p
RTVm bVn
T Vm Vm b
1.229 m kmol
3
1
Vm
1.21345.40/46
p 2.759 MPa
化工热力学第三版课后习题答案
（c）用SRK方程计算
（d）用PR方程计算
（e）用三参数普遍化关联
化工热力学第三版课后习题答案
n
mMVn
45.446
0.987 kmol 1.229 m kmolBpRT
1
3
1
Vm Z BpcRTcB
1.2130.987 1
pVmRT
p
RTVm B
1
B B B B B
1
R T
c
pc
1
0.361,B 0.057, 0.635
B 0.267 p
RTVm B
2.779 MPa
2-6 （本题以计算机编程计算提供参考，考试时不能使用） （a）R-K方程
Tr 0.858i 0
Z 10
Pr 0.329
0.176
h
0.08664 PrZ Tri
m Zn Zwhile
Z
i 1
11 h
4.9340Tr1.5
h
1 h
Z
1
0.835
V(m n)
i 1
i
m n 10
3
n mH
0.08664 Prn Tr11 H
4.9340Tr1.5
m
H
1 H
m n
0.795 0.795
V(1 0.835)
S-R-K
化工热力学第三版课后习题答案
Tr 0.858i 0
Z 1
Pr 0.329
0.176
S 0.480 1.574 0.176
2
2
F
1Tr
1 S 1 Tr
0.5
h
0.08664 PrZ Tri
Z
i 1
11 h
4.9340 F
h
1 h
Z
1
0.828
V(m n) m Zn Zwhile
i 1
i
m n 10
3
n mH
0.08664 Prn Tr1
H m 4.9340 F
1 H 1 H
m
n
0.784
V(1 0.828)
0.785
2-7 计算T=523.15K，p=2 MPa 的水蒸气的Z和V 解：（a）用维里截断式 Z
pVRT
1
BV CV
2
V
RTp
BRTpV
CRTpV
2
采用迭代法计算V=2.006
之后求得Z=0.923
化工热力学第三版课后习题答案
（d）利用维里截断式
Z B
pVRT
1
BpRT0.422Tr
1.6
1
BpcRTc
1
prTr
1 B
0.172Tr
4.2
prTr
B
1
prTr
0.083 B 0.139
查表可计算pr、Tr、B0、B1可得到Z=0.932； 由Z
pVRT
V
ZRTp
2.025 10
3
m mol
3 1
（c）水蒸气表 V 0.11144 m kg Z
pVRT
3
1
0.11144 18 2.00592 m kmol
0.9223
3 1
2000 2.005928.314 523.15
92页第三章 3-4
丁二烯
1 3
R 8.314
T1 127 273.15P1 2.53 10PaTc 425
6
T2 227 273.15P2 12.67 10Pc 4.326 10
6
Pa
6
Pa
0.181
Cp(T) 22.738 222.796 10
3
T 73.879 10
6
T
2
利用三参数压缩因子计算方法，查图表，得到压缩因子：
Tr1
T1Tc
Tr2
T2Tc
Tr1 0.942
Tr2 1.177
Pr1
P1Pc
Pr2
P2Pc
Pr1 0.585Pr2 2.929
Z1 0.677
Z2 R T2P2
Z1 R T1P1
Z2 0.535
V V 7.146 10
4
m mol
3 1
化工热力学第三版课后习题答案
R Tc P2 T2
H2R 0.083 0.139 1.097
PcT c
1.6
0.894
T2
4.2
Tc
H2R 8.475 10
3
1.6 4.2
R Tc P1 TT 11
H1R 0.083 0.139 1.097 0.894 PcTT
c c
H1R 2.704 10
3
H
T
T2
Cp(T)dT H2R H1R
1
H 5.028 10
3
J mol
1
S2R 12.128
2.6 5.2
R P2 T2 T2
S2R 0.675 0.722 PcTT
c c
2.6 5.2
R P1 T1 T1
S1R 0.675 0.722 PcTT
c c
S1R 4.708
S
T
T2
Cp(T)T
1
dT R ln
P2
S2R S1RP1
S 3.212J mol
1
K
1
3-7： 解：
1 V S V
, ,
V T p p T T p
S
V S p T 5.261 10
3
p2p1
Vdp 2.095 10
3
1.551 10
3
2000 381
m kPakg K
3
3
5.261 J kg
1
K
1
注意：m kPa 10 J
H T S V p 270 5.261 1.551 10
3
3
1.619 10
6
1.091 kJ kg
1
或者
H
L
1 TVdp p
1
p2
1 2.095 10 1090.6J kg
3
270 1.551 10
3
2 10 3.81 10
6
5
1
化工热力学第三版课后习题答案
3-9
解：乙腈的Antonie方程为
lnp 14.7258
s
3271.24t/ c 241.85
kPa
（1）60℃时，乙腈的蒸气压 lnp 14.7258
ss
3271.2460 241.85
3.888
p 48.813 kPa
（2）乙腈的标准沸点
ln100 14.7258 t 81.375 c
3271.24t/ c 241.85
4.605
（3）20℃、40℃和标准沸点时的汽化焓
dlnpdT H
s
HRT
2
3271.24
t 241.85 2
2
HRT
2
3271.24 8.314 T
t 241.85 2
H 20 c 34.09kJ/mol; H 40 c 33.57kJ/mol; H 81.375 c 32.72kJ/mol
117页第四章 4-1
化工热力学第三版课后习题答案
3 1
h
12kgs
6J
u
2
g zq w z 3 m h (2300 3230) 10
3
kg3600 s
J10 kg
4
q 0
m 2.778
10 kg3600 s
4
2.778
kgs
u120
2
50Jkg
2
109
Jkg
u 109
h 2.583 10
s
4J
12
m u
2
1.65 10
s
g z m 81.729
Js
h
12
m u
2
g z m 2.567 10
6J
s
w
2.567 106 J
s
2.567 10 W
6
wc
2.583 2.567
2.567
100%
wc 0.623%
4-2
方法一：
h
1212 u
2
g zq w
u1 3
2
R 8.314
h u
2
w
u2
0.0750.25
2
u1u2 0.27
T2 353.15 H
T1 593.15
Cpmh T2 T1 HR2 HR1
dPr Tr 0
B1
Pr 0
HR1 R 647.3 Tr
0
0
dB0
0.344 dB1
Tr 0
B0
HR1 576.771
Pr
1
HR2 R 647.3 Tr
1
0
dB0
1
1 0.344 dB1
Tr 1
B0
1
1
dPr Tr 1
B1
HR2 56.91
经计算得
化工热力学第三版课后习题答案
Cpmh 35.03 J mol
1
K
1
0.075 3 1
3.14 3 0.0132 m s
2
0.0132
8.314 593.15/1500000
4.015 mol s
1
2
体积流速为：V u1 d/2
VVm
VRT/p
2
摩尔流速为：n
根据热力学第一定律，绝热时Ws = -△H，所以
H
n Cpmh T2 T1 n HR2 HR1
3.167 10 W
Ws
4.015 8.408 10 ( 56.91 576.771)
方法二：
根据过热蒸汽表，内插法应用可查得
35kPa、80℃的乏汽处在过热蒸汽区，其焓值h2=2645.6 kJ·kg； 1500 kPa、320℃的水蒸汽在过热蒸汽区，其焓值h1=3081.5 kJ·kg-1；
w
h
1 22 u2 u1
2
2645.6 3081.5 4.464 10
3
-1
435.904kJ kg
1
按理想气体体积计算的体积R TP
8.314 593.151500000
3
3
1
V 3.288 10m mol
N 4.015
mols
0.0132 m s3.288 10
3
3 1
4.015
1
mols
m molW
3
w435.904 18 N3.15 10
4
4-6 解：
二氧化碳
T1 303.15P1 1.5 10Tc 304.2
6
R 8.314
6
Pa
P2 0.10133 10Pc 7.357 10
3
6
Pa
Pa
0.225
Cp(T) 45.369 8.688 10
T 9.619 10 T
5 2
化工热力学第三版课后习题答案
R Tc P2 T2 T2
H2RT2 0.083 0.139 1.097 0.894 PcTT
c c
通过T2
2
H1RCpmh
T1迭代计算温度，T2=287.75 K
T
1
T2
Cp(T)T
dT
1
H
T
Cp(T)dT H2RT2 H1R
1
1.822 10
8
J
mol
ln
T2 T1
4-7
解：
T1 473.15P1
2.5 10Tc 305.4
6
R 8.314
6
Pa
P2 0.20 10Pc 4.88 10
Pa
6
Pa
0.098
Cp(T) 9.403 159.837 10
3
T 46.234 10
6
T
2
R P2
S2RT2 0.675
Pc
T2 Tc T2
0.722
Tc
经迭代计算（参考101页例题4-3）得到T2=340.71K。
化工热力学第三版课后习题答案
R Tc P2 T2
H2RT2 0.083 0.139 1.097
PcT c
T
T2
0.894
Tc
1
2
H
Cp(T)dT H2RT2 H1R
1
8.32725 10 J mol
3
。
146页第五章
5-1：b 5-2: c 5-4: a 5-5: a
5-1：
解：可逆过程熵产为零，即 Sg Ssys Sf Ssys 5-2：
解：不可逆过程熵产大于零，即 Sg Ssys Sf Ssys 系统熵变可小于零也可大于零。
5-4：
解：不可逆绝热过程熵产大于零，即 Sg Ssys Sf Ssys 0。所以流体熵变大于零。 5-5：
解：不可逆过程熵产大于零，即 Sg Ssys Sf Ssys
5-3：
解：电阻器作为系统，温度维持100℃，即373.15K，属于放热；环境温度298.15K，属于吸热，根据孤立体系的熵变为系统熵变加环境熵变，可计算如下：
50 (20 A) 2 3600 s 1.44 10J
8
8
2
8
5T0
0 Ssys 0。
5T0
0 Ssys
5T0
。即
10T0
0 Ssys
10T0
。
1.44 10J373.15 K
1.44 10J298.15 K
9.707 10
41
K
J
5-6：
解：理想气体节流过程即是等焓变化，温度不变，而且过程绝热，所以系统的熵变等于熵产，计算如下：
化工热力学第三版课后习题答案
所以过程不可逆。
5-7：
页4-7
解：
绝热稳流过程所以
M
m1 m2 Hm1 h1 m2 h2
(90 273.15) K 30 kg s
50 kg s
T3 339.15K
1
1
M h320 kg s
1
T3
(50 273.15) K
339.15 273.15 66
Sg
mj Sj mi Si
j
i
m1 Cpms ln
T3
m2 Cpms ln T1
T3 T2
Cpmh
4.19 kJ kg
1
Cpms
90 50
K
1
不同温度的S值也可以直接用饱和水表查得。计算结果是0.336。 5-12
解：（1）循环的热效率
WS,Tur W4 1
H2 H1
T
WNQH
(2) 水泵功与透平功之比
H2=3562.38 kJ·kg-1，H3=2409.3 kJ·kg-1，H4=162.60 kJ·kg-1，H5=2572.14 kJ·kg-1，
H4
V p H1 162.60 14 0.007 10 0.001 176.6 kJ kg
3
1
4 1S,Tur
V pH2 H3
0.001 (14 0.007) 10
3562.38 2409.3
3
0.012
T
H2 H3 H1 H4
H2 H1
0.345
化工热力学第三版课后习题答案
(3) 提供1 kw电功的蒸气循环量
m
1000WN
10001167.08
0.857 g s
1
5-15题：
4 15
T0TH
QLW
TLT0 TL
C
1
WQH
TQLQH
C 60%
T0 1
TH
20%
T
TL
T TL 0
0.6 0.2
0.555
QLQH
ir ir
T0 TL c 60% 20% 1 TH T0 TL
0.6 0.2
21 273.15 6 273.15
1 0.12 0.555
118 273.1521 6
194页第六章
S(T p) n
8.314 3.47 1.45 10
3
T 0.121 10 T
5 2
T
dT n 8.314 ln
3.727
p
703
3.607 10 J s
Wid H(374.114) T0 S(374.114 0.1049)
化工热力学第三版课后习题答案
（b）
WidWs
H(333) T0 S(333 0.0147) H(333)4.926 10 J s
3.408 10 J s
6-3
H
h2 h1 HT0 Ssys Ssur
83.94
0.9549 1.1925
298 热损失为
1
3
1
292.98 376.92 83.94
Ssur
Sg
0.044 kJ kg
1
K
1
根据热力学第一定律
Q功损失为
WL
H 83.94 kJ kg或Q 1.511 10 J mol
T0 Sg
13.1 kJ kg
1
或
WL
235.8 J mol
1
6-6：
解：理想气体经一锐孔降压过程为节流过程， H 0,且Q 0，故WS 0，过程恒温。
WL
Wid
T0 Sg
3
1
298 8.314 ln 1.96
7.42 10 J mol
6-8：
解：（1）产品是纯氮和纯氧时，
Wid RT0(y1lny1 y2lny2) 8.314 298.15 (0.21ln0.21 0.79ln0.79) 1.274kJ mol
1
（2）产品是98% N2和50% O2的空气时，设计计算流程如下：
化工热力学第三版课后习题答案
98% N2
50% O2
总的功
W Wid W1 W2
W1 T0R 0.98ln0.98 0.02ln0.02 298.15 8.314 0.098 242.924 J mol
1
W2 T0R 0.5ln0.5 0.5ln0.5
298.15 8.314 0.693
1.718 kJ mol
1
W 1.274 242.924 10 0.687kJ mol
1
3
1.718
6-12： 解：
查表得 Hf
H20
H2O 285.84
NH3 46.19
O20
CH3OH 238.64
CO2 393.51
N20
S130.59
H2
12
69.94192.51205.03126.8213.64191.49
H2 O2 H2 O(l)
1
H 285.84 kJ mol
S
69.94 130.59 0.5 205.03 8.314 ln
0.0206105
0.10133
235.244 kJ mol
169.785 J mol
1
K
1
1
EXCH2
12
H T0 S
32
285.84
1000
NH3N2 H2 NH3
1
EXC(NH3)
3 117.61 1 0.335 1 16.63336.535 kJ mol
CH3OH
EXC(CH3OH)
4 117.61 1 1.966 410.54 166.31
716.636 kJ mol
1
6-13 解：
