题目
摩尔质量为30kg的某理想气体,在定容下由275°C,加热到845°C,若热力学能变化为400kJ/kg,焓变化了()
摩尔质量为30kg的某理想气体,在定容下由275°C,加热到845°C,若热力学能变化为400kJ/kg,焓变化了()
题目解答
答案
参考答案:Δh=557.9kJ/kg
解析
步骤 1:确定温度变化
初始温度 \(T_1 = 275°C = 275 + 273.15 = 548.15K\)
最终温度 \(T_2 = 845°C = 845 + 273.15 = 1118.15K\)
温度变化 \(\Delta T = T_2 - T_1 = 1118.15K - 548.15K = 570K\)
步骤 2:计算热力学能变化
已知热力学能变化 \(\Delta u = 400kJ/kg\)
步骤 3:计算焓变化
对于理想气体,焓变化 \(\Delta h\) 可以通过以下公式计算:
\[
\Delta h = \Delta u + \Delta (pv) = \Delta u + \Delta (nRT/M)
\]
其中,\(n\) 是摩尔数,\(R\) 是理想气体常数,\(M\) 是摩尔质量,\(\Delta (pv)\) 是压力和体积变化的乘积。在定容条件下,体积不变,因此 \(\Delta (pv) = \Delta (nRT/M) = (nR/M)\Delta T\)。
由于 \(n = m/M\),其中 \(m\) 是质量,因此 \(\Delta (pv) = (mR/M^2)\Delta T\)。
将已知值代入,得到:
\[
\Delta h = 400kJ/kg + (1kg \times 8.314J/(mol\cdot K) / 30kg/mol) \times 570K
\]
\[
\Delta h = 400kJ/kg + (8.314J/(mol\cdot K) / 30kg/mol) \times 570K
\]
\[
\Delta h = 400kJ/kg + (0.277133J/(kg\cdot K)) \times 570K
\]
\[
\Delta h = 400kJ/kg + 158.568kJ/kg
\]
\[
\Delta h = 558.568kJ/kg
\]
初始温度 \(T_1 = 275°C = 275 + 273.15 = 548.15K\)
最终温度 \(T_2 = 845°C = 845 + 273.15 = 1118.15K\)
温度变化 \(\Delta T = T_2 - T_1 = 1118.15K - 548.15K = 570K\)
步骤 2:计算热力学能变化
已知热力学能变化 \(\Delta u = 400kJ/kg\)
步骤 3:计算焓变化
对于理想气体,焓变化 \(\Delta h\) 可以通过以下公式计算:
\[
\Delta h = \Delta u + \Delta (pv) = \Delta u + \Delta (nRT/M)
\]
其中,\(n\) 是摩尔数,\(R\) 是理想气体常数,\(M\) 是摩尔质量,\(\Delta (pv)\) 是压力和体积变化的乘积。在定容条件下,体积不变,因此 \(\Delta (pv) = \Delta (nRT/M) = (nR/M)\Delta T\)。
由于 \(n = m/M\),其中 \(m\) 是质量,因此 \(\Delta (pv) = (mR/M^2)\Delta T\)。
将已知值代入,得到:
\[
\Delta h = 400kJ/kg + (1kg \times 8.314J/(mol\cdot K) / 30kg/mol) \times 570K
\]
\[
\Delta h = 400kJ/kg + (8.314J/(mol\cdot K) / 30kg/mol) \times 570K
\]
\[
\Delta h = 400kJ/kg + (0.277133J/(kg\cdot K)) \times 570K
\]
\[
\Delta h = 400kJ/kg + 158.568kJ/kg
\]
\[
\Delta h = 558.568kJ/kg
\]