Capítulo 1 pVT propiedades de los gases
1.1 El coeficiente de expansión volumétrica y la compresibilidad isotérmica de una sustancia se definen de la siguiente manera
Trate de deducir el gas ideal, y la relación presión-temperatura.
Solución: Según la ecuación del gas ideal
1.5 Dos bombillas de vidrio con un volumen de V están conectadas por un tubo delgado y el aire en estado estándar está sellado dentro de la bombilla. . Si una de las bolas
se calienta a 100 °C y la otra bola se mantiene a 0 °C, y se ignora el volumen del gas en el tubo de conexión, intente encontrar el aire dentro del recipiente.
presión.
Solución: Según las condiciones dadas en la pregunta, (1) la cantidad total de material en el sistema es constante; (2) la presión en las dos bolas permanece igual.
Estado estándar:
Por lo tanto,
1.9 Como se muestra en la figura, en un recipiente con tabique, hay hidrógeno e hidrógeno a la misma temperatura y presión en ambos lados, nitrógeno, ambos pueden considerarse gases ideales.
(1) Cuando la temperatura en el recipiente se mantiene constante y se retira la partición, y el volumen de la partición en sí es insignificante, intente
calcular la presión después de las dos Los gases se mezclan.
(2) ¿Son los volúmenes molares de H2 y N2 los mismos antes y después de la extracción del tabique?
(3) Después de extraer la partición, ¿cuáles son las proporciones de las presiones parciales de H2 y N2 en el gas mezclado y sus volúmenes parciales?
Solución: (1) Después del mezclado isotérmico
Es decir, mezclado en las condiciones anteriores, se considera la presión del sistema.
(2) ¿Cómo definir el volumen molar de un componente en una mezcla de gases?
(3) Según la definición de volumen parcial
Para presión parcial
1.11 Hay aire a presión normal en un autoclave a temperatura ambiente para garantizar que Para la seguridad del experimento, use nitrógeno puro a la misma temperatura para reemplazarlo. Los pasos son los siguientes: vierta nitrógeno en el hervidor hasta que la presión sea 4 veces mayor que la del aire y luego descargue el gas mezclado en el hervidor hasta que vuelva a la normalidad.
Volver a la presión normal. Repita tres veces. Encuentre la fracción molar de oxígeno en el gas cuando la caldera finalmente se agota y regresa a la presión normal.
Solución: Análisis: Después de cada flujo de nitrógeno, la fracción molar del gas mezclado permanece sin cambios hasta que el gas de escape vuelve a la presión normal p.
Supongamos que antes del primer llenado de nitrógeno, la fracción molar de oxígeno en el sistema es, y después del llenado de nitrógeno, la fracción molar de oxígeno en el sistema
es, entonces, . Repita el proceso anterior. Después de llenar con nitrógeno por enésima vez, la fracción molar del sistema es
Entonces
1.13 Ahora hay N2 en. 0 °C y 40,530 kPa Gas, su volumen molar se calcula utilizando la ecuación de estado del gas ideal y la ecuación de van der Waals.
El valor experimental es.
Solución: Calcular usando la ecuación de estado del gas ideal
Utiliza van der Waals para calcular, busca la tabla y encuentra eso para el gas N2 (Apéndice 7)
Usa MatLab La solución de esta ecuación obtenida por la función fzero es
También puedes usar el método de iteración directa,, toma el valor inicial
y el resultado de diez iteraciones.
1.16 25 °C La presión total del gas acetileno húmedo saturado con vapor de agua (es decir, la presión parcial del vapor de agua en el gas mezclado es la presión de saturación y vapor del agua a la misma temperatura) es 138,7 kPa y se enfría a 10 °C bajo presión total constante, lo que provoca que parte del vapor de agua se condense en agua. Calcule
la cantidad de agua condensada por mol de gas acetileno seco durante el proceso de enfriamiento. Se sabe que la presión de vapor saturado del agua a 25 °C y 10 °C es 3,17 kPa y 1,23 kPa respectivamente.
Solución: El diagrama de proceso es el siguiente
Supongamos que el sistema es una mezcla de gases ideal, entonces
1.17 Un recipiente rígido cerrado se llena con aire y se pequeña cantidad de agua. Sin embargo, cuando el recipiente está en equilibrio máximo a 300 K, la presión dentro del recipiente es 101,325 kPa. Si el recipiente se mueve a agua hirviendo a 373,15 K, intente encontrar la presión que debe tener el recipiente cuando alcance un nuevo equilibrio. Suponga que siempre hay agua en el recipiente y que se puede ignorar cualquier cambio de volumen del agua.
La presión de vapor saturado del agua a 300 K es 3,567 kPa.
Solución: