КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ По газовым законам

1. Вычислить, какой объем при нормальном давлении займут дымовые газы, если объем той же самой массы газов при давлении 0,9888 бар и неизменной температуре равен 10 м3.

2. Масса 1 м3 сухого доменного газа при нормальных условиях равна 1,24 кг. Какова масса этого же объема газа при 0 °С и давлении

1,566 бар.

3. Коксовый газ выходит из подсводового пространства камер коксовых печей со средней температурой 700 °С. Какой объем займет

7. При 17 °С давление газа в баллоне было равно 125,5 бар. На сколько понизилась температураДгаза, если установившееся давление стало на 35% ниже первоначального?

8. Во сколько раз уменьшится давление в сосуде, если охладить газ от 200 до – 50 °С?

9. Определить массу паров толуола в помещенииИобъемом 50 м3 при температуре 20 °С. Давление паров толуола при этой температуре равно 2 972 Н/м2.

10. Сколько граммов водяного пара содержится в комнате размером 12 x 6 x 4 м3 при 20 °С, если относительная влажность равна 60 %? Упругость насыщенного пара воды при этой температуре равна 2337 Н/м2. (Относительная влажность — отношение упругости водяного пара, содержащегося в воздухе, к упругости насыщенного пара при данной температуре).

11. Сколько кубических метров двуокиси углерода при 27 °С и давлении 1 бар можно получить при обжиге 250 кг известняка с содержанием 89% СаСО3?

82

лочки стратостата емкостью в 1 м3 при 27 °С и нормальном давлении? Как измен тся объем этого газа на некоторой высоте, когда давление станет равным 13 320 Н/м2 и температура – 50 °С?

15. Газометр емкостью 15 л наполнен водородом. При 27 °С давлен е в нем дост гает 99 540 Н/м . Определить массу водорода, принимая во вн ман е, что давление водяного пара при этой температуре равно 3 598 Н/м2.

106 400 Н/м3 при 27 °С. Сколько баллонов емкостью 25 л каждый можно наполнить этим водородом при той же температуре, но под давлением 141,8 бар.

20. В подогреватель поступаетДкоксовый газ из электрофильтра с температурой 50 °С и давлением 120 900 Н/м2. Здесь он подогрева-

19. В газовый холодильник коксовый газ поступает нагретый до 80 °С при давлении 100 600 Н/м2. Какой объем будет занимать 1 м3

ется до 70 °С. Вычислить объемы поступающего и выходящего газа при данной температуре и давлении, если его объем при нормальных условиях равен 37 500 м3.

21. Определить, во сколько раз увеличится объем оболочки стратостата при подъеме, если принять, что температура при старте была равной – 10 °С, давление – 1,02∙106 Н/м2, а на высоте 22 км температура стала – 55 °C, давление 5 332 Н/м2.

22. Средний состав сухого доменного газа в объемных процентах:

СО – 28,0%; Н2 – 2,7%; N2 – 58,5%; СО2 – 10,5%; СН4 – 0,3%. Вычислить

83

массу 10 м3 этой смеси при температуре 20 °С и давлении 101 325 Н/м2. Выразить процентный состав доменного газа в единицах массы.

23. В конденсатор из дефлегматора в 1ч поступает в виде паров: бензола 821 кг; толуола 236 кг; ксилола 45 кг; сольвентов (триметилбензола) 23 кг; поглотительного масла 125 кг; водяных паров 650 кг. Выразить состав поступающих паров в объемных процентах и определить их парциальные давления, если общее давление равно 101325 Н/м2. Молекулярный вес поглотительного масла пр нять равным 170.

24. остав паров бензольных углеводородов над поглотитель-

С Н (СН )бензола– 45 кг; сольвентов С Н (СН ) – 23 кг; поглотительного

6 4 3 2 А6 3 3

масла 1 379 кг, водяных паров 4 702 кг. Вычислить состав этих паров в объемных процентах и парциальные давления каждой из составных частей смеси, если о щее давление равно 104 000 Н/м2. Молекулярный вес поглотительного масла 170.

Тепловые и энергетическиеДзаконы

1. Горючее в двигателе внутреннего сгорания самовоспламеняется (в смеси с воздухом) при 650 °С. Подсчитать: а) до какого давления нужно сжать воздух, чтобы достигнуть указанной температуры; б) какая работа должна быть затрачена на сжатие 1 кг воздуха, если давление воздуха перед сжатием 90 кН/м2, температураИ100 °С и сжатие протекает по закону политропы: PV1,3 = const.

2. Воздух, сжатый до 5 МН/м2, расширяется в цилиндре двигателя, принимая давление 0,5 МН/м2. Подсчитать: а) температуру воздуха после расширения, если до расширения она была 12 °С; б) какую температуру примет воздух, если расширение его происходит через дроссельный клапан (без совершения внешней работы).

3. Требуется сжать 80 м3 воздуха при постоянной температуре 20 °С до 0,8 МН/м2. Первоначальное давление 91,2 кН/м2. Подсчитать: а) объем воздуха после сжатия; б) работу сжатия; в) расход воды на охлаждение воздуха во время сжатия, если температура его при впуске 15 °С и на выходе 26 °С.

84

4. 40 кг кислорода при 1,0 МН/м2 расширяются до 5,5-кратного объема при постоянной температуре 20 °С. Подсчитать: а) конечное давление кислорода; б) количество подводимого тепла; в) работу расширения.

5. До какого давления нужно изотермически сжать 10 м3 возду- Сха, чтобы у него отнять 3 140 кДж тепла, если начальная температура

его 20 ° и давление 0,1 МН/м2?

6. жат е воздуха идет по закону РV1,2 = const от 100 до 650 кН/м2. Подсч тать конечные: а) температуру; б) объем воздуха; в) работу сжатия,

если первоначальный объем воздуха 15м и температура 17°С. делить. 3 .

7 20 м3 воздуха сжимают адиабатически до 810 кН/м2 Опре- : а) объем; ) температуру его после сжатия; в) работу изме-

нения объема, если температура воздуха до сжатия 20 °С и давление

91,0 кН/м2.

температуре 17 °С. Из аллона воздух быстро выпускают в атмосфе-

ру, т. е. он ад абат чески расширяется (без отдачи внешней работы),

8. Воздухбаллонанаход тся в аллоне под давлением 12 МН/м2 и при

9. Определить мощность мотора, работающего на компрессоре, который сжимает 30 кг кислорода в 1 ч от 0,1 до 0,9МН/м2, если: а) сжатие газа идет по уравнению PV1,2 = const; ) КПД передачи от мотора к компрессору 0,6; в) температура поступающего в компрессор кислорода 15°С. При под-

счете принять запас мощности мотора 16%.

11. Компрессор сжимает адиабатическиД35 м3 СO2 в 1 ч при

10. В компрессор поступает 15 м3/мин воздуха при 20 °С, где он

сжимается с 0,1 до 0,8 МН/м2. Вычислить расход энергии, если сжатие идет по адиабатическому закону PV1,4 = const.

– 10 °С с 2,74 до 6,0 МН/м2. Удельный объем СO2 равен 0,0142 м3/кг. Пользуясь энтропийной диаграммой (см. диаграмму 15 [6]), подсчи-

тать работу сжатия.

13. Сколько потребуется тепла для нагревания 200 м воздуха от

20 до 440 °С?

14. Сколько выделится тепла при охлаждении 112 м3 газа соста-

ва: 50% – Н2, 16% – N2, 4% – СО и 30% – СO2 от 400 до 200 °С?

15. Через холодильник проходит 448 м3 воздуха в 1 ч, охлаждаясь в нем от 150 до 17 °С. Определить суточный расход воды на

85

охлаждение, если температура ее при входе в холодильник 6 °С, температура при выходе 30 °С.

16. Подсчитать: а) расход воды; б) конечный объем воздуха при выходе из компрессора, работающего, как указано на схеме (рис. 7), если сжатие идет: в первой ступени до 350 кН/м2, во второй

Сдо 1 200 кН/м2, в третьей до 4 500 кН/м2; в) определить также мощность мотора, работающего на компрессор, если КПД передачи 0,85 и запас мощности 10%.

и б

РисА. 7. Схема работы компрессора

17. Подсчитать теплосодержание 20 м3 генераторного газа при 1 000 °С, если состав его: 3,8%Д– Н2, 33,8% – СО, 56,5% – N2,

4,8% – СO2 и 1,1% – Н2O.

18. При какой температуре конденсируется воздух, находящийся под давлением: а) 0,5; б) 2,0; в) 3,0 МН/м2 (см. диаграмму 8 [6])?

19. Сколько требуется холода для охлаждения 4 кг воздуха, находящегося под давлением 600 кН/м2 от +20Идо – 120 °С?

20. Сколько требуется холода на 1 нм3 воздуха, чтобы привести его в жидкое состояние под давлением 2,0 МН/м2? Первоначальная температура воздуха 27 °С.

21. 1 м3 воздуха, имеющего Р = 0,6 МН/м2 и t = 20 °С, расширяется до 5 л3, причем температура его падает до – 60 °С. Определить конечное давление воздуха.

22. Воздух, имеющий давление 6,0 МН/м2 и температуру – 10 °С, охлаждается в холодильнике, где отдает 180 кДж/кг тепла. Затем воздух проходит дроссельный клапан, в котором давление его снижается до 0,5 МН/м·ч. Определить: а) температуру воздуха после холодильника; б) состояние его после дроссельного клапана.

86

23. Воздух в автоклаве, имея нормальное начальное давление, нагревается (при постоянном объеме) от 15 до 150 °С. Определить: а) конечное давление воздуха; б) затрату тепла на нагревание.

24. 1 кг воздуха нагревают при постоянном нормальном давлении от 15 до 150 °С. Определить: а) объем воздуха после нагревания; б) количество подводимой теплоты.

25. Воздух с температурой 10 °С расширяется адиабатически (в двигателе) от 0,6 до 0,1МН/м2. Определить конечную температуру воздуха.

26. 0,5 м3 воздуха, сжатого до 500 кН/м2, смешано с 2 м3 воздуха при нормальном давлении. Как велики: а) давление; б) температура

28.Подсч тать удельную теплоемкость шлака, состав которого:

35% – SiO2, 20% – А12O3 и 45% – FeO.

29.Магнитная окись железа Fe3O4 восстанавливается до метал-

лического железа при помощи: а) водорода; б) окиси углерода. Найти теплоту восстановления.

30.Подсчитать тепловой эффект разложения натриевой селитры концентрированной серной кислотой, если разложение идет до обра-

зования твердого бисульфата, a HNO3 получается в газообразном состоянии.

31.Каков тепловой эффект реакции (в растворе):ДА

ZnCl2 + Na2SO4 + BaS = ZnS + BaSO4 + 2NaClИ 32. Подсчитать тепловой эффект следующих реакций:

а) ZnSO4 + CaCl2 = ZnCl2 + CaSO4 (в растворе);

б) К2Сr2О7 + S = K2SO4 + Сг2O3 (при прокаливании);

в) NaCl +NH3 + CO2 +H2O = NH4Cl + NaHCO3 (реакция протекает в растворе; NH3 и СO2 – газы);

г) Ca(OH)2 + 2NH4Cl = CaCl2 + 2NH3 + 2H2O (в растворе).

33. Сколько выделится тепла при сгорании 1 кг химически чистой цинковой обманки, если сгорание идет при 800 °С? Принять температурную зависимость теплоемкости ZnS и ZnO одинаковой. Реакция протекает по уравнению

ZnS + 1,5O2 = SO2 + ZnO + q

87

34. Сколько требуется затратить тепла для получения 1 м3 водорода (приведенного к нормальным условиям) из метана крекингом, если реакция протекает при 1 227 °С (СН4 = С + 2Н2)?

35. Пользуясь для КОН (тв) и КС1 (тв) значениями теплоты об-

Сдо ацетальдег да, пользуясь значениями энергии связи атомов в молекулах.

разования из элементов (см. табл. 17, с. 471 [6]), а для СН3С1 (ж) и Н3ОН (ж) теплотами сгорания (см. табл. 18, с. 482 [6]), подсчитать

теплоту реакц : CH3Cl + KOH = CH3OH + KCl.

36. Выч сл ть теплоту дегидратации 1 моль этилового спирта

37. Углек слый аммоний получается пропусканием углекиского газа в амм ачную воду. Сколько при этом выделится тепла на 1 кг

ду, т. е. чтобы получить твердый NH4NO3? Принять, что вся теплота реакции расходуется на испарение Н2O.

44. Смешивают 100 г 50%-ного и 75 г 95%-ного растворов серной кислоты. Подсчитать количество выделившегося при этом тепла.

45. Тепловой эффект образования разбавленного раствора соляной кислоты из элементов и воды 165 000 Дж/моль. Теплота образо-

88

вания безводного хлористого алюминия 674 000 Дж/моль. Подсчитать теплоту растворения А1С13, если теплота растворения 1 г-атом алюминия в разбавленной соляной кислоте 502 000 Дж.

46. Теплота образования А1(ОН)3 из элементов 1 243 000 Дж, а соляной кислоты 164 800 Дж. Подсчитать теплоту нейтрализации гидроокиси алюминия соляной кислотой.

47. Концентрированную серную кислоту разбавляют водой до содержан я в ней H2SO4: a) 5%; б) 20 %. Какова температура раствора после разбавлен я, если первоначальная температура кислоты 20 °С? Подсчет про звести на основании теплот образования концентриро-

теплоемкостьбFeS равной 0,524 кДж/кг · град и если исходные вещества предварительноАнагреть до 150 °С?

50. Определить теплоту о разования Са(ОН)2 из СаО и Н2O, если теплота растворения СаО 76 700 Дж/моль, а теплота растворения Са(ОН)2 11 700 Дж/моль.

новлению МnO2 анализом установленоД, что в конечном продукте содержится 4,4 кг металлического марганца и 2,2 кг МnO. Найти общий тепловой эффект процесса (при стандартныхИусловиях), т. е. сколько требуется тепла для восстановления МnO2 при заданных условиях.

51. Металлический марганец получают восстановлением мар-

ганцовой руды (пиролюзита) углеродом: MnO2 + 2C = Mn +2CO. В электрическую печь загружено 10 кг МnO2 и 4 кг кокса. По восста-

52. Подсчитать высшую и низшую теплоту сгорания и теоретический расход воздуха при сжигании фрезерного торфа, содержаще-

го: С – 58% ; Н2 – 6% ; О2 – 31%; S – 0,1% ; N2 – 1,9% ; влаги – 2,0%, золы – 1,0%.

53. Определить тепловой эффект реакции газификации твердого топлива, если из генератора водяного пара выходит газ следующего состава (% об.): СО – 38; Н2 – 50; N2 – 5,8; СO2 – 6,2. Расчет выполнить на 1 000 м3 генераторного газа. Теплота образования (кДж/моль) СО – 110,58; СО2 – 393,79; Н2O (пар) – 242,0. В генераторе идут следующие реакции: С + Н2О ↔ СО + Н2; СО + Н2О ↔ СО2 + Н2.

89

54. Рассчитать тепловой эффект Q (кДж/моль) конверсии этилена:

С2Н4 + 2Н2О ↔ 2СО + 4Н2 + Q

55. Подсчитать количество теплоты Q (кДж), выделяющейся

при образовании 100 л ацетилена из карбида кальция, по реакции:

аСКонтрольные вопросы и задания к главе 2

2 + Н2О = СаО + С2Н2 + Q, если теплота образования:

аС2 – 62 700 кДж/кмоль;

Н2O – 635 100 кДж/кмоль;

2Н2 – 226 750 кДж/кмоль.

1. Что такое ? Сформулируйте первый и второй законы термод нам ки.

2. Как е газы называются реальными? Сформулируйте основные газовые законы (закон Бойля, закон Гей–Люссака, закон Аво-

90