2005年熱力學(xué)最終試題及答案

1、本科生期末考試試卷統(tǒng)一格式（16開(kāi)），注：該格式用于直接將試題粘貼在教務(wù)處激光照排中心提供的 試卷專(zhuān)用紙上，學(xué)生個(gè)人須填寫(xiě)的信息（學(xué)院、專(zhuān)業(yè)、班、年 級(jí)、學(xué)號(hào)、姓名等）已直接印在試卷專(zhuān)用紙上20052006學(xué)年第一學(xué)期期末考試試卷化工熱力學(xué)（A卷 共3頁(yè)）（考試時(shí)間：2006年1月10日）題號(hào)一二三四五六七八成績(jī)核分人簽字得分判斷并改正（共10題，每題3分）1、維里系數(shù)具有物理意義，它代表了物質(zhì)極性的大小。（X）答：維里系數(shù)具有物理意義，它代表了分子間相互作用力的大小2、純物質(zhì)的飽和蒸氣壓僅是溫度的函數(shù)，可由安托尼方程計(jì)算。（，）答：正確。3、理想氣體有f = p ,而理想溶液有 £

2、 = %（，）答：正確。4、符合Lewis-Randall規(guī)則或Henry規(guī)則的溶液一定是理想溶液。（X）答：錯(cuò)。例如非理想稀溶液。5、p、V、T是流體的基本性質(zhì)之一，通過(guò)它可以計(jì)算流體的逸度、活度以及在流動(dòng)過(guò)程中體積功和軸功。（X ）答：錯(cuò)。不能計(jì)算活度。6、Cp -CV =R（ X ）答：錯(cuò)。只有理想氣體的定壓和定容熱容才符合上述關(guān)系，對(duì)于真實(shí)流體，其定壓和定容熱容的差值與流體的pVT關(guān)系相關(guān)。7、對(duì)于理想混合物，AH ,AG,AV均為零。答：錯(cuò)。AG不為零。8、絕熱膨脹為等嫡膨脹。（x）答：錯(cuò)。絕熱可逆膨脹是等嫡膨脹。9、流體在高壓下都會(huì)出現(xiàn)“逆向蒸發(fā)”或“逆向冷凝”現(xiàn)象。（X）答：錯(cuò)。

3、發(fā)生逆向現(xiàn)象的首要條件是等溫線(xiàn)可以?xún)纱闻c露點(diǎn)線(xiàn)相交，或等 壓線(xiàn)可以?xún)纱闻c泡點(diǎn)線(xiàn)相交。發(fā)生的原因是因?yàn)榛旌衔锏呐R界點(diǎn)不一定是汽液 平衡的最高溫度點(diǎn)，也不一定是最高壓力點(diǎn)?；蛄黧w在高壓下不一定出現(xiàn)“逆 向蒸發(fā)”或“逆向冷凝”現(xiàn)象。10、流體絕熱可逆膨脹的溫降總比節(jié)流膨脹的大。（，）答：等嫡膨脹系數(shù)總比節(jié)流膨脹系數(shù)大。二、簡(jiǎn)答題（共4題，每題5分）1、有人為了在熱天給室內(nèi)降溫， 把室內(nèi)的冰箱的門(mén)打開(kāi)，試問(wèn)這種方法可行嗎？ 用熱力學(xué)觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行解釋。答：不可行（2分）。根據(jù)能量守恒定律，若把房間作為孤立體系，所有的能量 最終都以?xún)?nèi)能的形式儲(chǔ)存在體系內(nèi)部，冰箱壓縮機(jī)消耗的電能變成熱被房間吸 收，從而使室內(nèi)溫

4、度升高（3分）。.一一 1 . 22、穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律可寫(xiě)成AH+Au +gZ=Q+Ws （2分）,2它應(yīng)用于絕熱節(jié)流的簡(jiǎn)化形式是AH =0 （1分），應(yīng)用于換熱器的簡(jiǎn)化形式是AH = Q （1分）,應(yīng)用于離心泵的簡(jiǎn)化形式是 AH =WS （1分）。3、試舉兩例說(shuō)明，理想混合物與真實(shí)混合物相比，哪些熱力學(xué)量的計(jì)算可以簡(jiǎn)化？如何簡(jiǎn)化？答：由于理想混合物的ah id = av id = au id = 0 ,因此，有 h i = Hi,Ui =Ui, Vi =Vi。偏摩爾量的計(jì)算需要采用截距法，但如果混合物是理想混合物，則不需要計(jì)算混合物中某一組分的偏摩爾崎、偏摩爾體積和偏摩爾內(nèi)能，他們

5、在數(shù)值上等于純物質(zhì)的摩爾性質(zhì)（無(wú)論從相平衡的角度還是從熱力學(xué)性質(zhì) 的角度舉兩個(gè)例子均為正確給 5分，中間熱力學(xué)關(guān)系不正確扣分）。4、在相關(guān)區(qū)域填寫(xiě)可能存在的相態(tài)。（3分）（2分）三、計(jì)算題(共5題，共50分)1、( 13分)苯和環(huán)己烷液體混合物的無(wú)因次超額Gibbs函數(shù)可用GE / RT = Bx1x2表示，且：B = 0.6186 0.004t(9)。請(qǐng)寫(xiě)出:(1) 活度系數(shù)與組成的函數(shù)關(guān)系。(2) H E/RT與組成的函數(shù)關(guān)系。(3) SE/R與組成的函數(shù)關(guān)系。解：. 一 GE1)根據(jù)G0=ln*RT i并依據(jù)二元截距公式得：ln 1ln 2GERTGERT- GE/RT-X2-=2T,p

6、f GE/RT1 -x2.一二 X2T,p10由于：GE/RT = BXiX2則：金RT-Bi：x2；2-2可以得到:ln1 = Bx2Jn，2 = Bx2(2) SE= .GE亍p,x貝 U： SE/R =FGE/R1f Bxix2T p,x 一二盯“Bx1x2-x1x2T p,x T p將 B = 0.6186 - 0.004tC)代入上式得:SE / R = -Bx1x2 0.004x1x2T = - 0.6186-0.004T -273.15 k1x2 0.004x1x2T = 0.008x1x2T -1.7112x1x2(3) GE =H E -TSE則：H E -GE TSEH E

7、/RT =GE/RT SE/R=Bg -BxiX2 0.004xiX2T= 0.004xiX2T2（15分）純苯的狀態(tài)由 0.1 MPa、353K的飽和液體變?yōu)?453K的飽和蒸氣，試計(jì)算該過(guò)程的陽(yáng)。計(jì)算時(shí)可用下列數(shù)據(jù)：正常沸點(diǎn)時(shí)的潛熱=30681 J mol-1 ,飽和液體在正常沸點(diǎn)下的體積=95.7 cm3 mol-1 ， Cpig= 16.0+0.235T （J mol-1 K-1）,第二維里系數(shù)B = -78(； 103)2.4,上式中T的單位是K,B 是 cm3 mol1,在 453K 時(shí)的飽和蒸氣壓符合方程:_s _ _ _log(P /KPa) =6.927 -2037.5823

8、40.2042 (t/ C)（設(shè)苯的p、V、T關(guān)系符合二階舍項(xiàng)的維里方程）解：計(jì)算框圖為：T=453K, t=179.85C代入:10g(Ps/KPa) =6.927 -2037.582340.2042 (t/ C)ps= 1020.9kPa飽和液體353K,101.325kPavH453K,1020.9kPaH2R飽和蒸氣-H1R353K,101.325kPa理想氣體理想氣體453K,1020.9kPa 1. VH -3068J mol二階舍項(xiàng)的維里方程為:Z =1 + 曳，則：V =RT +B (1) RTp代入（1）和（2）式得:u r p RTR dB ,HB -Tdpp0 | PP

9、dT t=P B-T Po即：H RdB二PFt2.413B = -78( 103) TdB100014=-782.4 I 父dT< T )-1000 =2.9669 109 /T34 ,T2則:一 r'2.9669父 1091.236父 109 ” “任H = + x p x 101 1丁 2.4丁 2.4pTT J4.203T2.4103根據(jù)題意，H ； = 322.8J molH： = -1810.95J molAH ig = £2C ig dTT1 478=j273 d6.0 +0.235T HT-11070.5J mol-1H =/vH -HiR H ig H

10、 2R= 30681 322.8 11070.5-1810.95 _ 1=40263.35J mol3 （12分）某煌類(lèi)系統(tǒng)汽相和液相均可視為理想混合物，其液相摩爾分率為：乙烷（1）: 0.02;丙烷（2）: 0.35;丙烯（3） : 0.60; 1-丁烯（4）: 0.03。已知：15M105Pa下該混合物的泡點(diǎn)溫度為311K,在此T、p條件下的相平衡常數(shù)為：K1 =2.63, K3 =1.03。丙烷在 311K 時(shí)飽和蒸氣壓 p2S =6.0"05Pa；311K時(shí)丙烷的第二維里系數(shù)B2 = 3.877M10“m3 mol J求：該條件下的平衡汽相組成。解：根據(jù) yi = kixiy

11、1 = k1x1 = 2.63 0.02 = 0.0526V3 k k3X3 =1.03 0.60 =0.6180根據(jù)ln " BPRTln 2sBPSRT-45-3.877 106.0 1058.314 311=-0.089972s =0.9140 _ _ 4_ _ 5v BP -3.877 1015 10同理 ln 2 =-0.2 2 4 9RT8.3 1 43 1 1%=0.7986理想混合物的汽液平衡方程為yiP . iv = xi PS . iSy2X2 P20.35 6.0 105 0.9140p;15 105 0.7986= 0.1602y4 =1-y1 - y2 - y3 =1 -0.0526-0.1