4化工热力学 第4章中讨论与相平衡有关的均相敞开系统的热力学。因为，对于一个非均相系统 旦平衡状态确定之后，系统中成平衡的各相的热力学性质的计算即可以用第3章中介绍的均 相封闭系统热力学关系来解决。故相平衡准则是非均相系统的重要内容之一。由图1-2知， 均相散开系统是非均相系统达到相平衡的前提，故相平衡准则的获得离不开均相敞开系统的 热力学关系式」 另外，均相散开系统热力学关系式表达了与环境间的能量、物质传递对系统性质的影 响。在温度、压力一定的条件下，就是物质传递的影响，即是混合物性质与组成的关系。所 以，计算一个均相混合物的性质，既可以作为均相散开系统来处理，也能像第3章那样作为 均相封闭系统来处理。以后我们将会看到，这两种方法处理的结果是一致的。 “模型”部分的内容主要有VT状态方程和活度系数方程，它们是化工热力学中最常 用的表达系统特征的模型。由于，V,T是推导诸多热力学关系式的基本参数，所以物质 的VT关系提前在第2章中介绍，而活度系数模型放在第4章中，此时已经引入了活度 系数、混合物中组分逸度及组分逸度系数等概念。但应当指出的是，模型并不是经典热力学 本身的内容，经常是从统计热力学或结合经验手段获得。本教材将从应用的角度来介绍和使 用模型，并非是开发和建立模型。 除模型之外，强度性质也是重要的系统特征，不仅在推算其他性质中，而且在实际应用 中均有重要的意义。本书的第8章是关于热力学基础数据的获取方法。 “原理”与“模型”的结合原则上可以实现：由一个状态方程十C的信息推算其他有 用的热力学性质。“应用”部分就展示了化工热力学的这一强大功能。 按应用对象的差异，我们将应用部分划分为：均相系统、非均相系统、流动系统 均相系统的性质包括纯物质和均相定组成混合物的性质。均相性质的计算比较简单，故 将这部分内容放在第3章中，在均相封闭系统热力学原理之后来过论。除一般的均相性质 外，纯物质的汽液平衡及其蒸气压、汽化焓、汽化熵等饱和热力学性质的计算也由均相封 闭系统的热力学原理来完成。另外，常用的热力学性质图、表的内容也安排在第3章 非均相系统的性质包括了相平衡状态的确定和成平衡的各相的性质。由图1-2知，非均 相封闭系统的物性计算，首先是要确定相平衡状态（即相平衡计算）。而相平衡准则实际是 建立在非均相散开体系热力学关系上的，只有组成非均相系统的若干均相散开系统之间的物 质，能量传递达到动态平衡（即净量为0）时，才是平衡状态。由于混合物系统相平衡的类 型较多，第5章是关于热力学原理解决不同类型的非均相系统的物性计算问题，这一章的内 容是十分丰富的。 工业上常见的流动系统也是一种开系统。第6章专门讨论稳定流动系统的热力学第 定律和第二定律，即所谓流动系统的能量平衡和熵平衡方程，并应用于具有实际意义的过程 中（如化工过程、压缩制冷循环、动力循环等）。这一章的应用对象虽然是散开系统，但是 在应用中离不开热力学性质计算，所以，第6章虽然是化工热力学解决散开系统的问题，但 某种程度上也是封闭系统热力学原理的综合应用。 作为经典热力学原理的延伸，非平衡态热力学更能反映自发进行的自然和社会现象。另 外，热力学在表面现象、电解质溶液和高分子溶液中的应用近年来也受到重视。目前， 一般 化工热力学教材较少涉及这些内容，但它们反映了学科的发展，并开始在实际中应用。本教 材概括地介绍了这些断内容，为高等化工热力学承前启后 热力学性质的表达主要有图、表和解析方程三种形式，它们各具特色，本教材对不同表 达形式都进行了适宜的介绍和应用。我们认为，热力学性质的图、表形式虽然在解决化工
4 I 化工热力学 章中讨论与相平衡有关的均相敞开系统的热力学。因为，对于一个非均相系统，一 旦平衡状态确定之后，系统中成平衡的各相的热力学性质的计算即可以用第 章中介绍的均 相封闭系统热力学关系来解决 故相平衡准则是非均相系统的重要内容之一 由图 1-2 知， 均相敞开系统是非均相系统达到相平衡的前提，故相平衡准则的获得离不开均相敞开系统的 热力学关系式 另外，均相敞开系统热力学关系式表达了与环境间的能量、物质传递对系统性质的影 在温度、压力 定的条件下，就是物质传递的影响，即是由合物性质与组成的关系 以，计算一个均相泪合物的性质，既可以作为均相敞开系统来处理，也能像第 章那样作为 均相封闭系统来处理 以后我们将会看到，这两种方法处理的结果是 致的 "模型"部分的内容主要有 frV 状态方程和活度系数方程，它们是化工热力学中最常 用的表达系统特征的模型 。由于户 是推导诸多热力学关系式的基本参数，所以物质 frV-T 关系提前在第 章中介绍，而活度系数模型放在第 章中， 时已经引入了活度 系数、混合物中组分逸度及组分逸度系数等概念 。但应当指出的是，模型并不是经典热力学 本身的内容，经常是从统计热力学或结合经验手段获得。本教材将从应用的角度来介绍和使 用模型，并非是开发和建立模型 除模型之外，强度性质也是重要的系统特征，不仅在推算其他性质中，而且在实际应用 中均有重要的意义。本书的第 章是关于热力学基础数据的获取方 "原理"与"模型"的结合原则上可以实现 由一个状态方程十 C7 的信息推算其他有 用的热力 性质。"应用"部分就展示 了化工热力 学的 一强大功能 按应用对象的差异， 我们将应用部分划分为 均相系统、非均相系统、流动系统 均相系统的性质包括纯物质和均相定组成泪合物的性质 均相性 的计算比较简单，故 将这部分内容放在第 章中，在均相封闭系统热力学原理之后来讨论 除一般的均相性质 外，纯物质的汽-液平衡及其蒸气 焰、汽化摘等饱和热力学性质的计算也由均相封 闭系统的热力学原理来完成 另外，常用的热力 质图、 的内 容也安排在 非均相系统的性质包括了相平衡状态的确定和成平衡的各相的性质。由图 知，非 相封闭 系统的物性计 首先是要确定 平衡 态( 即相平衡计算) 而相 平衡准 实际是 建立在非均相敞开体系热力学关系上的，只有组成非均相系统的若干均相敞开系统之间的物 质，能量传递达到动态平衡(即净 0) 时，才 平衡状态 。由于混合物系统相平衡的类 型较多，第 章是关于热力学原理解决不同类型的非均相系统的物性计算问题，这一章的内 容是十分丰富 的。 业上常见的流动系统 种敞开系统 门讨论稳定流动系统的热力学第 定律和第二定律，即所谓流动系统的能量平衡和'扁 平衡方程，并应用于具有实际意义的过程 中(如化工过程、压缩制冷循环、动力循环 这→章的应用对象虽然是敞开系统，但是 在应用中离不开热力学性质计算，所以，第 虽然是 热力 学解决敞开系统的问题 ，但 某种程度上也是封闭系统热力 理的综合应 作为 典热力学原理的延伸，非平衡态热力 更能反映自 进行的自然和社 现象 外，热力 学在表面 、电解质溶液和高分子溶液中的应用近年来也受到重视。目前， 热力 学教材较少涉及这些内 容， 但它们反映了学科 发展，并开始在实际中应 本教 材概括地介绍了这些新 内容，为 工热力学承前启后。 热力 性质的表达主要有图、表和解析方程 种形式，它们各 特色 本教材对不同表 达形式都进行了适宜的介绍和应用 我们认为，热力学性质的图 形式虽然在 决化工
第1章绪论5 热工问题中很有用，但是它们本身的建立离不开解析计算方法。另外，随者模型的完善、计 算机及软件的发展，解析法将更具优势。所以，本教材在某种程度上偏重于热力学性质的解 析表达，同时，也在例题和习题中比较了图解法和解析法。 热力学解决实际间题的可靠性是基于它严密的理论系统。必要的理论和数学推导不仅是 热力学的基础，而且对于培养学生的抽象思维能力和逻辑思维能力十分有益。为了加强应 用，教材中还涉及简单的数值计算和计算机程序的知识，提供了常见的化工热力学计算软 件，以提高学生的学习兴趣和效率、增强用热力学解决实际问题的自信心。另外，本教材的 例题中，除了重视定量计算外，还十分重视定性分析，实践表明，这对于全面理解和解决实 际问题是十分必要的。 教材中所涉及的热力学性质种类和计算过程是有限的，但是，其原理和方法具有普遍意 义。教材将力求通过有限的实例总结出化工热力学解决实际向题的一般性方法。使读者在应 用中能触类旁通，举一反三。 用计算机手段辅助教学和自学也是本教材的特点之一。教材提供有计算程序：Ther malCal. 1.3教材的结构体系 化工热力学主要研究均相封闭系统、非均相封闭系统和散开系统。各类系统的性质及其 计算所依据的原理既有区别又有联系，它们构成了化工热力学的框架结构。图1-3所示的教 材结构体系，将化工热力学内容“三要素”形象地比作为一株树，“原理”似树之根基，“应 用”如树之果实，“模型”像输送养分之躯干。欲用热力学“原理”进行实际“应用”，离不 开反映真实系统特性的“模型”，三者缺一不可。图中的横向虚线代表了不同系统的热力学 性质和原理之间的联系与区别 均相性质 均相性质 用 组成混合物 合物 流功体不 热力学基础致据 模型EOS和 热力学原理 架别体 表埃组押 图1-3化工热力学的结构体系 1.4热力学性质 流体的性质有热力学性质和传递性质之分。前者是指物质处干平衡状态下压力、体积 温度、组成以及其他的热力学函数之间的变化规律。后者是指物质和能量传递过程的非平衡
章绪论 5 热工问题中很有用，但是它们本身的建立离不开解析计算方法 另外，随着模型的完善、计 算机及软件的发展，解析法将更具优势。所以，本教材在某种程度上偏重于热力学性质的解 析表达，同时，也在例题和习题中比较了图解法和解析法 热力学解决实际问题的可靠性是基于它严密的理论系统 必要的理论和数学推导不仅是 热力学的基础，而且对于培养学生的抽象思维能力和逻辑思维能力十分有益 为了加强应 用，教材中还涉及简单的数值计算和计算机程序的知识，提供了常见的化工热力学计 件，以提高学生的学习兴趣和效率、增强用热力学解决实际问题的自 心。另外，本教材的 例题中，除了重视定量计算外，还十分重视定性分析，实践表明，这对于全面理解和解决 际问题是十分必要的 教材中所涉及的热力 性质种类和计 程是有限的，但是，其原理和方法具有普遍意 教材将力求通过有限的实例总结出化工热力学解决实际问题的一般性方法 使读者在应 用中能触类旁通，举一反三。 用计算机手段辅助教 和自 也是本教材的特点之一 教材提 有计算程序 ThermalC 1.3 辙帽的结构体系 化工热力 主要研究均相封闭系统、非均相封闭系统和敞开系统。 各类系统的性质及 计算所依据的 理既有区别又有联 系，它们构成 热力 框架结 。图 所示 的教 材结构体系，将化 热力 内容" 要素 形象 作为 株树，"原理"似树之根基，"应 用"如树之果实，"模型"像输送养分之躯干。欲用热力学 "原理"进行实际" 用"，离不 开反映真实系统特性的"模型"， 者缺 不可 图中的横向虚线代表了不同系统的热力学 性质和原理之间的联系与区别 工热力 的结构 1.4 银元学健康 流动体系的 量平衡、摘 平衡方程 流体的性质有热力学性质和传递性质之分。前者是指物质处于平衡 态下压力 体积 温度、组成以及其他的热力学函数之间的 规律 后者是指物质和能量传递过程的非平衡
6|化工热力学 特性，如表1-1所示 表11物质的性质分类 性质 热力学性质压力、摩尔体积，温度及各种热力学函数，如热力学能、培，热容、熵、吉氏函数和亥氏函数等 传递性质热导市、扩散系数和黏度等 人们希望能从直接测量性质（如压力、摩尔体积、温度、组成、定压热容等）来推 算难以直接测量的性质（如焙、热力学能、嫡、吉氏函数、亥氏函数、热容、逸度、逸 度系数、活度系数等)。为了更有效完成这项任务，常常需要输入物质的基础数据，如相 对分子质量、正常沸点、临界参数、蒸气压甚至是混合物的共沸点等，以减少模型对其 他强度性质的依赖。在教材的第8章及其附录中列出了部分物质的基础数据及其获取 方法。 1.5热力学基本概念的回顾 (1)强度性质与容量性质一类与系统的尺寸（即物质量的多少）无关的性质称为强度 性质，如系统的温度T、压力力等。反之，与系统中物质量的多少有关的性质称为容量性 质，如系统的总体积、总热力学能等（本教材中用M,表示总性质）。 摩尔性质定义为容量性质除以物质的量（本教材中用M表示摩尔性质），摩尔性质即成 为强度性质。 系统的状态是由系统的强度性质所决定的。我们将确定系统所需要的强度性质称为独立 变量，其数目可从相律计算。例如，由相律知，纯物质的汽液平衡系统和单相系统的自由 度分别是1和2。即只要给一个强度性质（如饱和性质T,p,V",V等中的任何一个） 就可以确定纯物质的汽液平衡状态，但要确定纯物质的单相系统，就需要两个强度性质来 作为独立变量。 要注意某些场合下，强度性质T、力与摩尔性质M是有一定区别的。 (2)状态函数与系统状态变化的途径无关，仅取决于初态和终态的量称为状态函数 系统的性质都是状态函数。状态函数与系统变化途径无关的特性对系统性质变化的计算很 有意义。 (3)平衡状态与可逆过程平衡状态是一种静止状态，此时，系统与其环境之间净流 (物质和能量)为零。平衡状态的定量描述是本教材的重要内容。均相系统的平衡状态较为 简单，而非均相系统的平衡状态首先表现为各相之间的相平衡，并且，在相平衡状态下，各 相之间的净流为零，故非均相系统中的各相可视为均相封闭系统。 可逆过程是系统经过一系列平衡状态所完成的，其功耗与沿同路径逆向完成该过程所获 得的功是等量的。实际过程都是不可逆过程。可逆过程是实际过程欲求而不可及的理想极 限。所以，可逆过程为不可逆过程提供了效率的标准 (4)热力学过程与循环经典热力学中，系统的变化总是从一个平衡状态到另一个平衡 状态，这种变化称为热力学过程。热力学过程可以不加任何限制，也可以使其按某一预先指 定的路径进行，我们感兴趣的热力学过程主要有：等温过程、等压过程、等容过程、等焓过 程、等熵过程、绝热过程、可逆过程等，有时也可以是它们的组合。 热力学循环是指系统经过某些过程后，又回到了初态，如卡诺循环是理想的热功转 化循环。工业上涉及热功转换的制冷循环、动力循环等具有实际意义，为了方便，将
6 I 化工 力学 特性，如表 1-1 所示 物质的性质分类 热力 学性质 |压力、摩尔体积、温度及各种热力学函数，如热力学能、始、热容、恼、吉氏函数和亥氏函数等 性质 l 传递性质 |热导率、扩散系数和教度等 人们希望能从直接测量性质(如压力、摩尔体积、温度、组成、定压热容等)来推 算难以直接测量的性质(如 晗、热力学能、摘、吉氏函数、亥氏函数、热容、逸度、逸 度系数、活度系数等) 为了更有效完成这项任务，常常需要输入物质的基础数据，如相 对分子质 、正常沸点、临界参数、蒸气压甚至是棍合物的共沸点等，以减少模型对其 他强度性质的依赖。在教材的第 章及其附录中列出了部分物质的基础数据及其获取 方法 1.5 镰刀学墨*梅愈的回顾 (1)强度性质与容 性质 一类与 系统的尺寸(即物质 的多少)无关的性质称为强度 性质，如系统的温度 、压力 反之，与系统中物质量的多少有关的性质称为容量性 质，如系统的总体积、总热力学能等(本教材中用 Mt 表示总性质) 摩尔性质定义为容 性质除以物质的量(本教材中用 表示摩尔性质) ，摩尔性质即成 为强度性质 系统的状态是由系统的强度性质所决定的 我们将确定系统所需要的强度性质称为独立 变量，其数目可从相律计算 例如，由相律知，纯物质的汽 液平衡系统和单相系统的自由 度分别是 即只要给一个强度性质(如饱和性质 p s , vsv , 等中的任何一个) 就可以确定纯物质的汽液平衡状态，但要确定纯物质的单相系统，就需要两个强度性质来 作为独立变量。 要注意某些场合下，强度性质 、户与摩尔性质 是有一定区别的 (2) 状态函数 与系统状态变化的途径无关，仅取决于初态和终态的 称为状态函数。 系统的性质都是状态函数 状态函数与系统变化途径无关的特性对系统性质变化的计算很 有意义。 (3) 平衡状态与可逆过程 平衡状态是 种静止状态，此时，系统与其环境之间净流 (物质和能量)为零。平衡状态的定量描述是本教材的重要内容。均相系统的平衡状态较为 简单，而非均相系统的平衡状态首先表现为各相之间的相平衡，并且，在相平衡状态下，各 相之间的净流为零，故非均相系统中的各相可视为均相封闭系统 可逆过程是系统经过 系列平衡状态所完成的，其功耗与沿同路径逆向完成该过程所获 得的功是等 实际过程都是不可逆过程 可逆过程是实际过程欲求而不可及的理想极 所以，可逆过程为不可逆过程提供了效率的标准。 (4) 热力学过程与循环 经典热力学中，系统的变化总是从 个平衡状态到另 个平衡 状态，这种变化称为热力学过程 热力学过程可以不加任何限制，也可以使其按某 预先指 定的路径进行，我们感兴趣的热力 学过程主要有 等温过程、等压过程、等容过程、等焰过 等'脑过程、绝热过程、可逆过程等，有时也可以是它们的组合。 热力学循环是指系统经过某些过程后，又回到了初态，如卡诺循环是理想的热功转 化循环 工业上涉及热功转换的制冷循环、动力循环等具有实际意义，为了方便，将
第1章绪论7 个热力学循环看作是若干个特定过程的组合。本教材中将对重要的热力学循环进行定量 分析。 1.6热力学性质计算的一般方法 以简单的例子来说明化工热力学应用于热力学性质计算的一般性方法和步骤。 【例题1-1】计算例围1-1所示的纯流体单相区●的强度性质M的变化量。系统从(T1, p1)的初态变化至(T,2)的终态。 解：我们已经知道了某些热力学性 质的绝对值，如，V,T,C。等，但 (T2,P2) 对另外一些性质还不清楚其绝对值是多 少，如U,H,S,G和A等，对于这 些性质，其变化值已经能满足实际需要 () 本题也只计算M变化值。 解决问题的一般性的步聚如下 (1)变量分析由相律知，单相纯 例图11均相纯物质的pT图 物质系统的自由度为2，依题意，取强 度性质T,力为独立变量（原则上可以取任意两个强度性质，但一般取能直接测量的性质）， 则其余的强度性质M就是待计算的从属变量，由式(1-2)得 M=M(T.D) (1-2) (2)由经典热力学原理，将热力学性质与能直接测量的pVT性质和理想气体热容C 联系起来由状态函数的数学特性知 △M=M(T2,p2)-M(T,p1) =[M(T2,p2)-Me(T2,po)]-[M(T1,p1)-Mg(T1,po)] +[Mis (T2,po)-Mis(Ti,po)] 式中，M是理想气体的性质0是任意指定的理想气体状态的压力。 由经典热力学原理，可以得到[M(T2,p)-Me(T2,po)门，[M(T,p1)-Me(T,po)]、 [M(T2,0)一M(T1,p加)门与pV-T性质和C男之间的依赖关系，即成为从pV-T关系和 C学来推算热力学性质的有用的方程。 (3)引入表达系统特性的模型经典热力学原理能给出热力学性质M随强度性质（如 T,p)变化的关系式，但这是一种普遍的关系式，并非是从属变量与独立变量之间的具体 公式，具体公式因系统而异，必须引入能表达系统特性的模型方能确定。如表达特定系统 pV-T关系的状态方程p=p(T,V,a,B,.)和理想气体状态的热容方程C=a十bT2十cT十 dT等就是重要的模型（其中a,B,a,b,c,d等是特征常数），由系统的性质而定 (4)数学求解引入模型后，采用一定的数学计算方法才能完成任务。当然，模型参数 是要预先确定的。有些条件下，模型参数的确定，需要引用一定量的强度性质的实验数据 对于混合物的多相系统，则首先根据平衡准则确定相平衡状态，再进行各个呈平衡相的 性质计算。其方法是类似的 0对纯物质系统，其实不受单相区的限制
章绪论 7 个热力学循环看作是若干个特定过程的组合 。本教材中将对重要的热力学循环进行定量 分析 1. 擦元学锥质计算的-般指法 以简单的例子来说明化工热力学应用于热力学性质计算的一般性方法和步骤 【例题 1-1 计算例图 所示的纯流体单相区@的强度性质 M 的变化量 系统从 Pl) 的初态变化至(丁 ，如)的终态。 解: 我们 经知道了某些热 学性 质的绝对值，如 V , T , Cρ 等，但 对另外一些性质还不清楚其绝对值是多 ，如 H , 5 , 等，对于这民 些性质，其 变化值 已经能 满足实际需妥。 本题也只计 变化值 解决问题的一般性的步骤如下 (1)变量分析 由相 律知，羊相纯 物质系统的自由度为 ，依题意 取强 (T2,P2) (TJ,pJ) T 例图 均相纯物质的 frT 度性质 为独立变量(原则上可以取任意两 个强度性质，但一般取 能直接测量的性质) , 则其余的强度性质 就是待计 算的从属变量，由式(1 2) M(T ρ) (1-2) (2) 经典热力学原理，将热力学性质与能直接测量的户V-T 性质和理想气体热容 联系起来 由状态函数的数学特性知 t:,M =M(T2 ,P2) - M(T1 ,Pl) =[M(T2 ) Mlg( 巧，户 J- M(T l)- Mi (T ，户 )J + [Mig (T2 ,PO) - Mig (T1 ，如 )J 式中， Ml 是理想气体的性质;如是任意指定的理想气体状态的压力。 经典热力学原理， 以得到 [M( 口，如 )-Mlg 丑，户 M(T ρ1)-Mlg( ，如 [Mi 巧，如 Mlg(T ，如 )J j:r 性质和 间的 依赖关系，即成为从户 丁关 系和 C7 来推算热力学性质的有用的方程 (3) 引入表达系统特性的模型 典热力学原理能给出热力学性质 随强 度性质 (如 ρ) 变化的关系式，但这是 种普遍的关系式，并非是从属变量与独立变量之间的具体 公式，具体公式因系统而异，必须引入能表达系统特性的模型方能确定。如表达特定系统 j:r 关系的状态方程 (T . )和理想气体状态的热容方程 C7 +bT2+c dT 等就是重要 模型(其 ，卢 是特征常数) ，由系 统的性质而定 (4) 数学 求解 引入模型后，采用 一定 数学 计算方法才 能完成任务 。当然，模型参数 是要预先确定的 有些条件下，模型参数的确定，需妥引用一定量的强度性质的实验数据。 对于混合物的 相系统，则首先根据平衡准则确定相平衡状态 ，再进行各个呈平 相的 性质计算 。其方 法是类似的 对纯物质系统 受单相区的限制
8化工热力学 以上的实例并非要求读者现在就能掌握热力学性质计算的原理和方法，而是借此来 说明： ①化工热力学的应用是有规律可循的，并非那么抽象，许多问题的解决都能按照例题 的步骤进行： ②化工热力学内容上的“三要素”十分重要，无时不体现在解决实际问题的过程之中： ③经典热力学解决实际问题离不开反映系统特征的模型或强度性质数据，模型的获得 虽不是经典热力学的研究内容，但对热力学性质的计算很重要； ④化工热力学解决实际问题时，一般要求输入多于独立变量个数的强度性质，以表征 系统的特性（如确定模型参数等），故常属于一种关联方法。尽管如此，化工热力学在解决 实际问题中的作用已被人们所背定 习题 一、是否题 1,封闭系统中有两个相a,.。在尚未达到平衡时，月两个相都是均相散开系统：达到平衡时，则 a,月两个相都等价于均相封闭系统。 2.理想气体的境和吉氏函数仅是温度的函数。 3.封闭系统中1m0l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和T:,则该过程的△一∫CvdT,同样，对于初、终态压力相等的过程有 一、填空颗 1,状态函数的特点是 2.封闭系统中，温度是T的1mol理想气体从(p:,V,)等温可逆地膨张到(p1,V),则所做的功为 (以V表示)或 (以D表示)， 3.封闭系统中，1mol理想气体（已知C学）按下列途径由T、p1和V可逆地变化至，则 A等容过程的W Q 4U ，△H= B等温过程的W ,Q= ,△0= ,△H= C绝热过程的W .AU= .AH 4 1MPa= atm- kgfcm2。 普适气体常数R MPa·cm2·mol·K- _bar·cm2·mol1·K-1= mol-1·K1= cal·mol-1·K-1 三、计算题 .某一服从p(V-b)=RT状态方程(6是正常数)的气体，在从10006等温可逆膨胀至20006，所做 的功应是理想气体经过相同过程所做功的多少倍？ 2.一个0.057m3气瓶中贮有的1MPa和294K的高压气体通过一半开的阀门放人一个压力恒定为 0.115MPa的气柜中，当气瓶中的压力降至0.5MPa时，计算下列两种条件下从气瓶中流人气柜中的气体 量（假设气体为理想气体） (a)气体流得足够慢以至于可视为恒温过程 (b)气体流动很快以至于可忽视热量损失（假设绝热过程可逆，绝热指数Y=1.4)
8 I 化工热力学 以上的实例并非要求读者现在就能掌握热力学性质计算的原理和方法，而是借此来 说明: 化工热力学的应用是有规律可循的，并非那么抽象，许多问题的解决都能按照例题 的步骤进行; 化工热力 学内容上的"三要素"十分重要，无时不体现在解决实际问题的过程之中; ③经典热力学解决实际问题离不开反映系统特征的模型或强度性质数据，模型的获得 虽不是经典热力学的研究内容，但对热力学性质的计算很重要; 化工热力学解决实际 问题时，一般要求输入 于独 立变量个数的强度性质， 以表征 系统的特性(如确定模型参数等) ，故常属于一种关联方法 尽管如此，化工热力学在解决 实际问题中的作用已被人们所肯定 习题 一、是否题 1.封闭系统中有两个相 。在尚未达到平衡时 Q , 两个相都是均相敞开系统 ;达到平衡时，则 ， 两个相都等价于均相封闭系统 理想气体的恼和吉氏函数仅是温度的函数 封闭系统中 lmol 气体进行了某 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 T2 和终态的温度分别为 T] 和巧 则该过程的 {:，u = T; 同样，对于初终态压力相等的过程有 T1 T 2 6H = f T 1 二、填空题 1.状态函数的特点是 2. 封闭系统中，温度是 lm 理想气体从(丸 等温可逆地膨胀到(酌 则所做的功为 (以 表示)或 (以 表示)。 3. 封闭系统中， lm 理想 气体(已知 q) 按下列途径由 T] 、户 可逆地变 至扣， 等容过程的 w= , Q= , 6U= , 6H= 等温过程的 w= 绝热过程的 w= 4. lMPa= Pa= 5. 适气体常数 R= , Q= , 6U= , 6H= , Q= , 6U= , 6H= bar= atm= mmHg= MPa' cm3 • mol- J • K- J = mol- J • K- J = cal. mol- J • 三、计算题 kgf . cm- 2 0 bar ' cm3 • mol- J • K- ] = 1.某 服从 p(V-b)=RT 状态方程 (b 是正常数 的气体，在从 1000b 等温可逆膨胀至 2000b 所做 的功应是理想气体经过相同过程所做功的多少倍? 0.057 时气瓶中贮有的 lMPa 294K 的高压气体通过 一半 开的阀门放入 个压力恒定为 O. 115MPa 的气柜中，当气瓶中的压力降至 0.5MPa 时，计算下列两种条件下从气瓶中流入气柜中的气体 量(假设气体为理想气体)。 (a) 气体流得足够慢以至于可视为恒温过程; ( b) 气体流动很快以至于可忽视热量损失(假设绝热过程可逆，绝热指数 y= 1. 4)