第一章气体练习题及答案 1.在26dm3真空容器中,装入525gCl2和482gS02,190℃时Cl2和SO2部分反应为 SO2C2,假如容器压力变为201325kPa,求平衡时各气体的分压力。 解:1=26dm3,T=46315K,p=201.325kPa C m(Cl2)_(525 mol= 0.07404mol M(Cl2)(70.905 n(so,) m(SO2)_(4.82 mol= 0. 07524mol M(SO2)(64.065 SO: SO CIg 平衡时:0.07404molx 007524mol-x m(总)=0.14928-x p201235×2.6×10 0.1359mol 8.314×463.5 n(so, CI,)=x=0.1338mol n(C12)=0.06066mol nSO2)=0.06186mol yCl,) 0.4464 m(总) VSO n(so,) =0.4552 n(总) SO:C)≈(SoCl2)=09845 平衡时各气体分压: p(C12)=p(总)(Cl2)=201.325乐kPax0.4464=8983kPa
第一章 气体练习题及答案
p(SO2)=p(总)(SO2)=201325Pa×0.4552=9160kPa p(SO2 CI2)= p(B).p(SO2)-P(Cl2)=19.8lkPa 2.有4dm3的湿空气,压力为101325kPa,其中水蒸气的分压力为123kPa,求水蒸气、 N2和O2的分体积以及N2和O2在湿空气中的分压力(设空气中的体积分数分别为079和 0.21) 解:H(H12OsP(H2O =12.33/101.325=0.1217 D(总) y(N2)=|l-y(H2O×0.79=06939 yO2)=l-y(H2O)×0.21=0.1844 在一定T、P下,任一组分的分体积V(B)=V(总)y(B),所以 V(HO)=0.1217×4dm3=04868dm3 V(N2)=0.6939×4dm3=2775dm3 V(O2)=0.1844×4dm3=0.7376dm3 在一定T、V下,任一组分的分压力p(B)=p(总)y(B),所以 p(N2)=101.325kPa×0.6939=70309kPa p(O2)=101.325kPa×0.1844=18684kPa 或pN2)=[p(总)-p(H2O)×0.79=(101.325-1233)×0.79=70.30kPa p(O2)=[p(总)-p(H2O)×0.21=(101325-1233)×0.21=18689kPa 前一方法由于摩尔分数只取4位有效数字面使分压产生偏差,后一计算结果更准些。 3.在恒压下将20℃,100kPa的干燥空气10dm3,使呈气泡通入20℃的CCl4液体中, 气泡逸出时可完全达到饱和,今测得CCL4液体减少了了8698g。求CCl4的饱和蒸气压(干 燥空气可视为理想气体)。 解:通前: p千=n+RT p103×001 mol= 0404mol RT8.314×298 通后 pl=(n++nca, ) RT 8.698 710.404+ 8.314×298 n+n 154 m3=001141m3 Pca, v=noc rT 9683VP1241p 0.01141
4.氯乙烯、氯化氢及乙烯构成的混合气体中,各组分的摩尔分数分别为0.89、0.0及 002。于恒定压力101.325kPa条件下,用水吸牧掉其中的氯化氢,所得混合气体中增加了分 压力为20mmHg的水蒸汽。试求洗涤后的混合气体中C2H2Cl及C2H4的分压力 解:考虑10mol混合气体,则 r(C,H1C1)=89mol,n(HC)=9mol,n(C2H4)=2mol除去HCl气体后,各气体组成: (C,H, n(C, H,)+nC, H, CI)+n(H, o 2+89 200020 yC2HC)=1-yC2H4)-y(H2O=0.952 p(C2H,)=yCH4)p=0.220×101325kPa=2.226kPa p(C2HC)=y(C2HCDP=09527×101325Pa=96535Pa 5.25℃时饱和了水蒸气的乙炔气体(即该混合气体中水蒸气分压力为同温度下水的饱 和蒸气压)总压力为1387kPa,于恒定总压下冷却到10℃,使部分水蒸气凝结为水。试求 每摩尔干乙炔气在该冷却过程中凝结出水的物质的量。已在25℃及10℃时水的饱和蒸气压 分别为3.17Pa及1.23kPa。 解:每摩尔干乙炔气含有水蒸气的物质的量: 进口处:mDO) P(I,O) 3.17 0.02339 n(CH2)些(p(C2H1)138.7-3.17 出口处:m旺1 ∫p(HO 3.17 DcH1)-1387-123 0.008947 除水量为:r(H2O)=(0023390008974mo1=0.014mol 6.一密闭刚性容器中充满了空气,并有少量的水。当容器于300K条件下达到平衡时, 器内压力为101325kPa。若把该容器移至373.15K的沸水中,试求容器中到达新的平衡时应 有的压力。设容器中始终有水存在,且可忽略水的体积变化。300K时水的饱和蒸气压为 3567Pa。 解:300K时,p空气)=(1013253567kPa=97758kPa 37315时,p(空气)= 373.15 3001597758kPa=121.534kPa P(H O)=p(H2O)=101.325kPa p=p(空气)+p(H2O)=22.850kPa 7.把25℃的氧气充入40dm3的氧气钢瓶中,压力达2027×10kPa。试用普遍化压缩 因子图求解钢瓶中氧气的质量 解:氧的临界参数:T。=154.58K,P2=504Pa r==29825=1920, Tc1548
P,=P20270 4.019 Pc5043 由压缩因子图查出Z=095 pr= ZnRT nO2)= pV20270x103×40x103 mol= 344.31m 095×8314×29815 m(O2)=m(2M(02)=(34431×31999g=11kg 第二章热力学第一定律练习题及答案
第二章 热力学第一定律练习题及答案
5ml理想气体于始态1=25℃、P2=101325kPa、V恒温膨胀至末态,已知末态体 积2=21,分别计算气体膨胀时反抗恒定外压p(环)=0.5P1及进行可逆膨胀时系统所作 的功,并在pV图上给出两种不同途径的功所对应的面积。 解: 理想气体5mol 理想气体5m =25℃ P1101.325kPa 2 (1).反抗恒定外压p(环)=0.5p膨胀: =2=(5831423815cm-12dm p, W1=-p(环)(V2-V)=(0.5×101325×12232)=-6.197kJ (2),可逆膨胀 H2=-nTmn2=-5×8314×29815m =-8.59kJ 2.1mol理想气体由202.66kPa、10dm3恒温升温,使压力升到2026.5kPa,再恒压缩至 体积为1dm3。求整个过程的H、Q、M及M。 解:n=1mol,理想气体 P1=20265从Pa p2=2026.5kPa 恒 P2=2026.5kP V=10dm W,=0 W2=-p△=-P2(3-2)=-2026.5(1-10) -20265(9)(kPa·dm3)=1824kJ =1+W2=18.2
P2=P1,7=7 故△U=0,M=0 Q=-=-182kI 3.已知100℃、101.325kPa的恒温恒压下1mol水转变为水汽吸热40.64kJ。试求1mol 水由始态100℃、101325kPa转变为同样温度、压力为40.53kPa的水汽末态时的MU及MH。 设水蒸气可视为理想气体,液体水的体积相对同样物质的量的水蒸气而言予忽略。 n= Im 10132Pa但容 101325遇、H2Og) 100C,F 100c,F(2)-14053kPa 100C AH1=Q=40.64kJ AU1=+=Q2-P1(2-1)=-nV2 =(40641×8314×37315×103)kJ=3754kJ MU=△U,+MU,=37.54kJ 4.1mol理想气体于27℃、101.325kPa状态下受某恒定外压恒温压缩到平衡,再白该 状态下恒容升温至97℃C.则压力升到101325kPa。求整个过程的W、Q、M及MH。已 知该气体的C.恒定为2092 J- molK 解:n=lmol理想气体 =101382想外车/=27c 1=27C P2=Pg (2)TP3=1013.25kPa V=I T P环=P2=P W1=-Pg△F=-P2(2-V1)=(P2F2-P21) =:)m到 nRT,-Pz nRT 1_Pz 10300.15 1×8.314×30.151-x 1370.15 =17740J
W=W1+W2=17740J AU=nC,(2-t1)=1×20.92(97-27)=1464J MY=nC(t2-1)=m(C+R)3-1)=1x(8.314+20.92)×(97-27)=2046J Q=M-W=(1464-17740J=-16276J 5.已知78℃时乙醇的摩尔蒸发焓为3947kJ·mol4,平衡压力为101.325kPa,平衡蒸 气体积为2793dm3·mo1。若将20g78℃、101.325kPa的液体乙醇注入一真空容器中,蒸 发成蒸气后使容器中仍达到78℃及101325kPa。求过程A、M、Q及W 解:29: ChOH夏空蒸岑 101.325kPa 101325kPa 78℃ 78℃ 恒温、恒压② 向真空蒸发,W=0 AU=O △U,△状态函数,根据②过程计算: MH=n△H 39.47(kJ)=17.16kJ △U=Q2+H2=△H-p(2-H1)≈△H-pV1 17160-101325×x27937( =(17160-1230XJ)=15930J=159kJ Q=M=15930J=159kJ 6.100℃,50663kPa的水蒸气100dm3等温可逆压缩至101325kPa,并在101.325kPa 下继续压缩至10dm3为止。 (1)试计算此过程的Q、W、M、A。已知100C.101.32kPa,水的蒸发热406 10J·mol"。 (2)若使终态物系恒温100C,反抗50.663kPa外压,使其恢复到始态,求此过程中的Q W、AU、MH (3)若使终态物系恒温100℃C向真空蒸发,并使其恢复至始态,求Q、W,MU、MH
100C 等温可逆压 100°C 可逆相变、100Cc 50603△U△H1{1o1.32 kpA AU 100dm3 101325kPa 10dr n1(g) n1(g) (1)△U1=0,M1=0 50.663×100ln 50.663 J=-351lJ 101.325 第一步了,n不变,对理想气体:P2l2=P11 1=|100563 dm'=50dm 101.325 第二步是相变过程,冷凝成水的物质的量为: n=n-n2- P2250.66×100-101.325n01=1.306mol 8.314×373.15 M,=-1.306×4.06×104J=-5.302×104J Q2=M2=-5302×10J W2=-P2A=101325×(10-50)=140×101325=4052J △U2=Q2+W2=(-53020+4052)J=-48968J 所以得 △U=△U7,+△U,=-48968J AH=AH1+AH2=-53020J Q=g+g2=(-3511-53020J=-56531 H=(3511+4052)J=7563J (2)此过程的始态与终态正好是(1)问中的始态与终态的颠倒,所以: △U=(U1-U3)=-(3-U1)=48968J MH=(H1-H3)=-(H3-H1)=53020J H=-ps△=-50.663(100-10)J=-4559J
Q=MU-H=(48968+4559)J=53527J (3)此过程的始态、终态与(2)问相同 △U=48968J △H=53020J =-P外△=0J Q=△=48968J 7.64gO2在101.325kPa,25℃时,绝热膨胀至50663kPa,计算Q、W、MU,MH。 已知:双原子分子Cpm=3.5R,Cvm=2.5B (1)若此过程可逆地进行 (2)若此过程是反抗恒定的50663kPa外压的绝热膨胀。 解 10132kPa绝(64gO 64g,O 50.66kPa 25°C 3.5R (1)绝热可逆进行:Q=0,?2=1.4 T PI 50.663 298.15K=244.59K 101325 A=nCp(72-7)=x2x8314×(24459-29815)J=222 H=△U=-2226J MH=△U+△(pV)=△U+n△T =-2226+2×8314x(244.59-298.15)J=-3117 (2)绝热不可逆膨胀 Q=0 △U=H IR. nRT nC(2-T)=-Ps(2-1)=-P P2
nx=R(T2-71)=-p(2-1)=-P外xmR (P2 PI T21 S-1)=-Pm\: P, T,298.15K (T2-2981K)=0.5x 0.5 T2=255.56 M=nC(:-7)=2x×8314×(25556-29815J=170J Iy=△U=-1770J △=△U+△(p)=△U+mR△T --1770+2×8314x(25556-298.15)J=-2479J 此题结论:绝热可逆过程与绝热不可逆过程从同一始态出发不能一步到达同一终点 8.200mol邻二甲苯液体在101325kPa下,由2985K加热蒸发为43.5K邻二甲苯蒸 气,求过程的MU,M、W、Q, 已知:邻二甲苯的正常沸点为1444℃,该温度下邻二甲苯的 △mHn=366 kJ. mol, C2()=0.20张JK,mol2,Cpm(g)=0.160kJ·Kmol 邻二甲苯(1) 邻二甲苯(g) P1=101.325kPa △H P2=101.325lkPa T1=29815k T2=443.1K n=200mol n=200mol △H △ 邻二甲苯(1) 邻二甲苯(g) P3=101.325kPa 可逆相变 p101.325kPa T3=417.55K T4=41755K n=200mol n=200mol A1H=nCpm()(T-T)=4.83×10°kJ A2H=nA、Hn=7.32×103kJ △H=nCp(g)72-74)=0.82×10°kJ