化工熱力學(xué)題庫(kù)

1、填空題1. 純物質(zhì)P-V圖臨界等溫線在臨界點(diǎn)處的斜率和曲率都等于（），數(shù)學(xué)上可以表示為（）和（） 答案：0， 3分 2. T溫度下的過冷純液體的壓力P（） (，=) 2分 答案：3. 物質(zhì)的對(duì)比蒸氣壓的對(duì)數(shù)和絕對(duì)溫度有近似（）關(guān)系 2分 答案：線性4. 對(duì)比態(tài)原理認(rèn)為，在（）的對(duì)比狀態(tài)下，所有的物質(zhì)表現(xiàn)出（）的性質(zhì) 答案：相同 相同 2分5. 化學(xué)位可表示成四個(gè)偏導(dǎo)數(shù)形式，每個(gè)偏導(dǎo)數(shù)都是偏摩爾性質(zhì)。（錯(cuò)） 2分6.因?yàn)橐后w的（或活度系數(shù)）模型是溫度和組成的函數(shù)，故理論上與壓力無關(guān)。（錯(cuò)） 2分7.對(duì)于理想溶液，Lewis-Randall規(guī)則和Henry規(guī)則是等價(jià)的。（對(duì)） 2分8.低壓下某二元

2、液體混合物的偏摩爾焓的表達(dá)式為和，則和的關(guān)系是 （） （b1=b2） 2分9.氣相與液相均用逸度系數(shù)計(jì)算的困難（）（需選狀態(tài)方程計(jì)算精度相當(dāng)，但計(jì)算困難形式復(fù)雜） 2分10. 指出下列物系的自由度數(shù)目（1） 水的三相點(diǎn)（），（2）液體水與正丁醇處于汽液液平衡 （） （3）乙醇與水的二元?dú)庖浩胶鉅顟B(tài)（） （0；1；2） 3分11. 反應(yīng)體系相率表達(dá)式為 （）。獨(dú)立反應(yīng)數(shù)可以通過 （） 和 （） 兩種方法確定。答案：;R的決定；C的決定 2分 12.剩余性質(zhì)是指在相同的溫度和壓力下 熱力學(xué)性質(zhì)之差。超額性質(zhì)是指 熱力學(xué)性質(zhì)之差 （真實(shí)氣體與理想氣體； 真實(shí)溶液與理想溶液） 2分13.有人提出了一定

3、溫度下二元液體混合物的偏摩爾體積的模型是，其中V1，V2為純組分的摩爾體積，a，b 為常數(shù)，問所提出的模型是否有問題？（）；若模型改為，情況又如何？（） 答案：由Gibbs-Duhem方程得， ， a,b不可能是常數(shù)，故提出的模型有問題由Gibbs-Duhem方程得， ，故提出的模型有一定的合理性_。4分名詞解釋1. （2分）干度（品質(zhì)）熱力學(xué)中干度的定義如下：汽液共存物中，汽相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)2. （2分）偏心因子 反應(yīng)物質(zhì)分子形狀與物質(zhì)極性大小的量度。3. （2分）中壓下相平衡判據(jù)等溫等壓下封閉體系達(dá)到相平衡的判據(jù)(dG)T,p=0或?qū)τ诙囗?xiàng)與多組分，各組分化學(xué)位或逸度相等。 計(jì)算題1

4、.（10分）已知50。C時(shí)測(cè)得某濕蒸汽的質(zhì)量體積為1000cm3/g,求單位質(zhì)量的H,S,G函數(shù)各是多少？50。C水的飽和汽、液相性質(zhì)性質(zhì)M飽和液相 Ml飽和汽相MgV/cm3.g-11.012112032U/J.g-1209.322443.5H/J.g-1209.332382.7S/J.g-1.K-10.70388.0763V=Vg x+Vl (1-x)x=(V-Vl) /(Vg-Vl)=1000-1.0121/（12032-1.0121）=0.0803 3分H=Hg x+Hl (1-x) =209.33*0.91697+2592.2*0.08303=407.18J/g 2分S=Sg+Sl

5、(1-x)=0.7038*0.91697+8.0763*0.08303=1.3159J/g.K 2分G=H-TS =407.18-323.15*1.3159=-18.053J/g 3分 2.（10分）某二元混合物的逸度為。試以Lewis-Randall規(guī)則作為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，確定（1)和的表達(dá)式；（2）的表達(dá)式。 1分 1分 另 1分 1分再由活度系數(shù)定義，得 2分 2分于是有： 2分3.（15分）高壓水蒸氣作為動(dòng)力源，可驅(qū)動(dòng)透平機(jī)做功。753K，1.520MPa的過熱蒸汽進(jìn)入透平機(jī)，在推動(dòng)透平機(jī)做功的同時(shí)，每kg蒸汽向環(huán)境散熱7.1kJ。環(huán)境溫度293K，由于過程不可逆，實(shí)際輸出的功等于可逆絕熱膨脹

6、時(shí)軸功的85%。做功后，排出的氣為71kPa。求此過程的理想功、損耗功、熱力學(xué)效率。解：由附錄查得T1=753K,p1=1520kPa時(shí)的過熱蒸汽焓和熵值為：h1=3426.7KJ/kg，s1=7.5182KJ/kg/K蒸汽在透平機(jī)中做絕熱不可逆膨脹后，熵值不變，s2=7.5182 KJ/kg/K,由水蒸氣表查得p2=71kPa時(shí)的h21=2663.1 KJ/kg ，由此得到可絕熱功，Q=0，則WR=H=m(h21-h1=1*(2663.1-3426.7)=-763.6kJ而透平機(jī)實(shí)際上既不絕熱也不可逆，2分實(shí)際輸出的軸功為：WS=0.85 WR=0.85*763.6=-649.1KJ2分由熱

7、力學(xué)第一定律：H=Q+Ws=-7.1-649.1=-656.2KJ可得實(shí)際膨脹做功后的終態(tài)焓值：h2=h1+H/m=3426.7-656.2/1=2770.5 KJ/kg2分由h2及p2查水蒸氣的H-S圖得實(shí)際膨脹后的熵，s2=7.7735 KJ/kg/K，因此蒸汽的實(shí)際終態(tài)為：p2=0.0071Pa，h2=2770.5 KJ/kg，s2=7.7735 KJ/kg/K 1分過程的熵產(chǎn)生： Sg=m(s2-s1)-Sf=(7.7735-7.5182)-（-7.1/293）0.2553+0.0242=0.2795kJ/K 2分 理想功：Wid=H-T0S=-656.2-293*0.2553=-73

8、1.0Kj2分過程損耗功：WL=T0Sg=293*0.2795=81.9 Kj2分或者WL=WS-Wid=-649.1-（-731.0）=81.9 Kj過程熱力學(xué)效率：a=WS/ Wid=649.1/731.0*100%=88.8%2分本題旨在考察熱一律和理想功和損耗功和熱力學(xué)效率的計(jì)算，所以公式較重要，算錯(cuò)可酌情扣分，且查表所得數(shù)據(jù)應(yīng)在題目中給出。4.（10分）寫出已知壓力p和液相組成（），求泡點(diǎn)溫度（T)及與之平衡的相平衡組成（）的計(jì)算過程（可敘述計(jì)算過程，也可寫計(jì)算框圖）答案：解：具體計(jì)算步驟為：1. 假設(shè)T：因?yàn)榕c有關(guān)，第一次試算時(shí)，先令所有組分的=1；1分2. 用Antoine方程計(jì)

9、算；選擇適當(dāng)?shù)腅OS計(jì)算；選擇活度系數(shù)方程計(jì)算；1分3. 用式（5-18）計(jì)算所有的，進(jìn)而計(jì)算；1分4. 若是第一次迭代，則歸一化計(jì)算所有的，并以此值，設(shè)定溫度T，已知壓力p共同計(jì)算；若不是第一次迭代，跳到（6）；2分5. 將最新的，和已知壓力p和代入式（5-18），計(jì)算所有的，進(jìn)而計(jì)算； 1分6. 比較最近兩次計(jì)算的是否相等，如果不相等，則歸一化所有計(jì)算得到的，并以此值，設(shè)定溫度T和已知壓力p共同計(jì)算，返回（5）；如果相等，進(jìn)入（7）；2分7. 考察是否等于1？若1，則重新給定溫度T值，返回（2）；若=1，則計(jì)算結(jié)束，最新給定溫度就是相平衡溫度T，最后一次歸一化的即為氣相組成；若1，重新設(shè)定

10、溫度時(shí)，應(yīng)有所降低，相反，0，故為正偏差溶液2分6.（5分）已知40和7.09MPa下，二元混合物的(f：MPa)，求（a）時(shí)的；（b）解：（a）1分1分同樣得1分(b)，所以1分同樣得，所以1分1、 (2分)在PT圖上純物質(zhì)三種聚集態(tài)互相共存處稱 三相點(diǎn) 。2、 (2分)純物質(zhì) P-V圖臨界等溫線在臨界點(diǎn)處的斜率 _0_， 曲率為 _0_。3、 （4分）指出下列物系的自由度數(shù)目，(1)水的三相點(diǎn) 0 ，(2)液體水與水蒸汽處于汽液平衡狀態(tài) 1 ，(3)甲醇和水的二元汽液平衡狀態(tài) 2 ，(4)戊醇和水的二元汽-液-液三相平衡狀態(tài) 1 。4、 （2分）組成為x1=0.2，x2=0.8，溫度為30

11、0K的二元液體的泡點(diǎn)組成y1的為(已知液相的Pa) _0.334_。 5、 (2分)一定狀態(tài)下體系的火用指體系由該狀態(tài)達(dá)到與 環(huán)境基態(tài)完全平衡 時(shí)，此過程理想功。6、 (2分)二元混合物容積表達(dá)式為V=X1V1+X2V2+X1X2，如選同溫同壓下符合Lewis-Randll規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)就有 V= V =X1X2 。7、 (2分)能量平衡時(shí)以熱力學(xué) 第一定律 為基礎(chǔ)，有效能平衡時(shí)以熱力學(xué) 第二定律 為基礎(chǔ)。8、（4分）丙酮(1)-甲醇(2)二元體系在98.66KPa時(shí)，恒沸組成x1=y1=0.796，恒沸溫度為327.6K，已知此溫度下的kPa則 van Laar 方程常數(shù)是 A12=_0.58

12、7_，A21=_0.717_(已知van Laar 方程為 )9、 (4分)等溫等壓下二元溶液組分的活度系數(shù)與組成之間關(guān)系，按Gibbs-Duhem方程 X1dln1+X2 d2 = 0 10、 (6分)由于鄰二甲苯與對(duì)二甲苯、間二甲苯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相近，因此它們混合時(shí)會(huì)形成_理想溶液_溶液，它們的H=_0_，V=_0_。2. 判斷題1、 (2分)一定壓力下，純物質(zhì)的泡點(diǎn)溫度和露點(diǎn)溫度是相同的，且等于沸點(diǎn)。( )2、 (2分)二元共沸物的自由度為2。( )3、 (2分)逸度也是一種熱力學(xué)性質(zhì), 溶液中組分i的分逸度與溶液逸度的關(guān)系為（ ）4、 (2分)由于鄰二甲苯與對(duì)二甲苯、間二甲苯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)

13、相近，因此它們混合時(shí)會(huì)形成理想溶液。( )5、 (2分)理想溶液各組分的活度系數(shù)和活度為1。( )6、 (2分)損失功與孤立體系的總熵變有關(guān)，總熵變?cè)酱螅瑩p失功越大，因此應(yīng)該盡量減少體系的不可逆性。( )7、 (2分)對(duì)不可逆絕熱循環(huán)過程，由于其不可逆性，孤立體系的總熵變大于0。 ( )8、 (2分)理想功Wid是指體系的狀態(tài)變化是在一定的環(huán)境條件下按以完全可逆過程進(jìn)行時(shí)，理論上可能產(chǎn)生的最大功或者必須消耗的最小功，因此理想功就是可逆功，同時(shí)也是的負(fù)值。( )9、 （2）功的傳遞不會(huì)引起熵的流動(dòng)，當(dāng)有功輸出或輸入系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生熵變。（ ） 10、溫度和壓力相同的兩種理想氣體混合后，則溫度

14、和壓力不變，總體積為原來兩氣體體積之和，總內(nèi)能為原兩氣體內(nèi)能之和，總熵為原來兩氣體熵之和。() 三.解答題1. （10分）欲在一7810cm3的鋼瓶中裝入了1000g的丙烷，且在253.2下工作，若鋼瓶的安全工作壓力10MPa，問是否有危險(xiǎn)？解：查出Tc=369.85K,Pc=4.249MPa,=0.152如何用維里方程計(jì)算摩爾體積？可以容納的丙烷。即所以會(huì)有危險(xiǎn)。2. （15）分別用PR方程和三參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理計(jì)算，312K的丙烷飽和蒸氣的逸度；(2) 分別用PR方程和三參數(shù)對(duì)應(yīng)態(tài)原理計(jì)算312K、7MPa丙烷的逸度；(3) 從飽和氣相的逸度計(jì)算312K、7MPa丙烷的逸度。設(shè)在17MPa的

15、壓力范圍內(nèi)液體丙烷的比容為，且為常數(shù)。解：(1) a 以PR方程計(jì)算：查附表知丙烷的蒸氣壓Antoine方程為： ，MPa，則在312K時(shí)，。丙烷的物性參數(shù)為：、，迭代式為：取作為初值，經(jīng)8次迭代后得：，Z=0.7719 b 以三參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理計(jì)算：，查附表得：；則：(2) a 以PR方程計(jì)算，方程參數(shù)計(jì)算同(1)，迭代公式為：取作為初值，經(jīng)10次迭代后得：，Z=0.3455 b 以三參數(shù)對(duì)應(yīng)狀態(tài)原理計(jì)算：，查附表得：；則：(3)3.(15分)已知某含組分 1 和 2的二元溶液，可用 ln1=AX22 , ln2=A X12 關(guān)聯(lián)，A可視為常數(shù)， 60 下達(dá)汽液平衡時(shí)能形成共沸物，現(xiàn)測(cè)得60

16、下 1 = 14.7, P1S = 0.0174MPa, P2S = 0.0667MPa，設(shè)汽相可視為理想氣體。試求：（1）GE表達(dá)式；（2）A值；（3）60C下恒沸點(diǎn)組成和平衡蒸汽壓。4. (15分)某動(dòng)力循環(huán)的蒸汽透平機(jī)，進(jìn)入透平的過熱蒸汽為2.0MPa，400，排出的氣體為0.035MPa飽和蒸汽，若要求透平機(jī)產(chǎn)生3000kW功率，問每小時(shí)通過透平機(jī)的蒸汽流量是多少？其熱力學(xué)效率是等熵膨脹效率的多少？假設(shè)透平機(jī)的熱損失相當(dāng)于軸功的5%。 解：進(jìn)出透平機(jī)的蒸汽狀態(tài)見下圖所示，焓、熵值從附錄水蒸汽表中查到，按穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律對(duì)透平機(jī)進(jìn)行能量衡算，H=Q-Ws 則 蒸汽流量 按本題意，等

17、熵膨脹的空氣應(yīng)該是濕蒸汽，即為飽和蒸汽和飽和水的混合物，此時(shí)熵值，即為飽和蒸汽和飽和水的熵按比例混合，從附錄查得飽和蒸汽的熵，從飽和水性質(zhì)表查得飽和液體的熵， 設(shè)空氣中氣相重量百分含量為x,則 7.1271=7.7153x+(1-x)0.9875解得 x=0.9126空氣的焓值 H=xHg+（1-x）Hl =0.91262631.4+(1-0.9126)304.25=2428.0kJkg-1定熵效率 中南大學(xué)化工熱力學(xué)試卷2014-2015學(xué)年第一學(xué)期；時(shí)間100分鐘；化工熱力學(xué) 課程 64學(xué)時(shí) 3.5 學(xué)分考試形式：閉卷；專業(yè)年級(jí)：化工12級(jí)、高工；總分100分，占總評(píng)成績(jī)70%（出題人：化

18、工1203班 康倩倩 黃雅蘭 向思錦 高迪 盧燦江 閆貝貝）一、填空題（每空一分，共25分）1:封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律 _ ，穩(wěn)流系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律_ 2：真實(shí)氣體混合物的非理想性由 _ 和_導(dǎo)致 氣體純組分的非理想性 混合引起的非理想性3：最大的熱機(jī)效率是_，_就是其中的一種，其效率的表達(dá)式為_ _ 可逆熱機(jī)的效率 卡諾熱機(jī) 4：在制冷循環(huán)中，獲得低溫的方法通常是用高壓、常溫的流體進(jìn)行絕熱膨脹來實(shí)現(xiàn)的。絕熱膨脹有_和_節(jié)流膨脹 作功膨脹5：熵產(chǎn)的原因是_有序能量耗散為無序的熱能，并被體系吸收6：熱力學(xué)一致性檢驗(yàn)的主要原理是_，其方法分為兩類，一類是_，另一類是_ 吉布斯-杜亥姆方程 積分

19、式的總包檢驗(yàn) 對(duì)每一數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)7.初壓初溫相同的空氣，分別經(jīng)過可逆等溫壓縮、多變壓縮、絕熱壓縮至相同壓力，功耗|s|的大小順序是_。絕熱壓縮多變壓縮等溫壓縮8.某干度為0.9853的蒸汽在0.01235MPa，50下，hf=209.33 kJ/kg,hg=2592.1 kJ/kg,則其h為_。 2557.1 kJ/kg 2592.1*0.9853+209.33*(1-0.9853)=2557.19.如圖，一熱機(jī)經(jīng)過卡諾循環(huán)ABCDA，其中SABCD=S1，SABGF=S2，則卡諾效率為_。 S1/S2 10.溫度差決定_的趨向，壓力差決定_的趨向，化學(xué)位之差決定_的趨向。 熱傳導(dǎo)；物體運(yùn)動(dòng)

20、；化學(xué)反應(yīng)或物質(zhì)在相間傳遞；11.透平的作用是_。 將流體中的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功12.溶液的活度與_和_有關(guān)，活度系數(shù)可用來描述溶液非理想性，越大，非理想性_。 溫度；壓力；越小13. 表示_， 表示_。 理想溶液中組分i的摩爾自由焓；理想溶液中組分i的摩爾混合自由焓二、簡(jiǎn)答（每題5分，共10分）1 寫出穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律的一般形式，并對(duì)流體流經(jīng)泵和流經(jīng)換熱器的系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。答 穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式為:H+1/2u2+gz=Q+Ws（1)流體流經(jīng)換熱器傳質(zhì)設(shè)備：Ws=0；另外，考慮動(dòng)能項(xiàng)和勢(shì)能項(xiàng)與焙變之間的數(shù)量級(jí)差別，動(dòng)能項(xiàng)和勢(shì)能項(xiàng)可以忽略，即1/2u20，gz0因此

21、，穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律可化簡(jiǎn)為:H=Q(2)流體流經(jīng)泵、壓縮機(jī)、透平等設(shè)備，在數(shù)量級(jí)的角度上，動(dòng)能項(xiàng)和勢(shì)能項(xiàng)不能與焙變相比較，可以忽略，即1/2u20，gz0即H=Q+Ws。若這些設(shè)備可視為與環(huán)境絕熱，或傳熱量與所做功的數(shù)值相比可忽略不計(jì)，那么進(jìn)一步可化簡(jiǎn)為:H=Ws三、計(jì)算題（每題15分，共65分）1、將一剛性容器抽空，在液氮的常沸點(diǎn)下裝到容積的一半，然后關(guān)閉這個(gè)容器，加熱到21，試計(jì)算所產(chǎn)生的壓力。已知液氮的常沸點(diǎn)KTb4.77,其摩爾體積在常沸點(diǎn)時(shí)為0.0347m3kmol-1。Tc=126.2K,Pc=3.394Pa,=0.04。解：加熱到T294.5K時(shí)，液氮汽化為氮?dú)釴221下N

22、2的摩爾體積：（1）由RK方程計(jì)算： （2）采用SRK方程計(jì)算21代入下式：所以： 由于高壓低溫，采用SRK方程計(jì)算，精度較高。但若過程結(jié)果正確，兩種方法都正確。2、某蒸汽動(dòng)力裝置，進(jìn)入蒸汽透平的蒸汽流量為1680kgh-1，溫度為430，壓力為3.727MPa。蒸汽透平絕熱膨脹對(duì)外做功。產(chǎn)功后的乏汽分別為：（1）0.1049MPa的飽和蒸汽；（h2=2680 kJkg-1，s2=7.36 kJkg-1K-1）（2）0.1047kPa、60的蒸汽。（h3=2620 kJkg-1，s3=8.02 kJkg-1K-1）試求此兩種情況下，蒸汽經(jīng)透平的理想功與熱力學(xué)效率。已知大氣溫度為25。（已知3.

23、727MPa，430時(shí) h1=3280kJkg-1，s1=6.92kJkg-1K-1）解：（1）h1=3280kJkg-1 s1=6.92kJkg-1K-1 h2=2680 kJkg-1 s2=7.36 kJkg-1K-1 Wid=m(h2-h1)-mT0（s2-s1）=1680(2680-3280)-298(7.36-6.92)=-1228103 kJh-1 絕熱：Q=0，Ws=H=m（h2-h1）=-1008103 kJh-1 （2） 3、某二元溶液,Lewis-Randall規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的超額Gibbs自由能可由下式給出：式中：為常數(shù)，兩純組元逸度分別為和，單位為Pa,:,T:K,求：(1

24、) 以Lewis-Randall規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)和的表達(dá)式。(2) 以Henry定律為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)與的表達(dá)式。解：（1）由于 故：對(duì)于二元混合物，可以使用二元截距公式計(jì)算活度系數(shù)二元截距公式為: 則：將代入上式，整理得：(2) 由活度的定義：因此，以Lewis-Randall規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)和分別為：，則又由于亨利系數(shù)：則，同理可得：則依據(jù)定義式：以Henry定律為標(biāo)準(zhǔn)的活度系數(shù)與的表達(dá)式為：4、寫出已知壓力(p)和液相組成(x1，x2，xn)，求泡點(diǎn)溫度(T)及與之相平衡的汽相組成(y1,y2,., yn)的計(jì)算過程(可以寫計(jì)算框圖)解:5、寫出水在一定溫度下的飽和蒸氣壓的獲

25、得方法。在一定溫度下水的蒸氣壓獲得方法可以有以下幾種:(1)通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量(2)通過數(shù)據(jù)手冊(cè)查找到相應(yīng)的Antoine常數(shù)，使用Antoine方程進(jìn)行計(jì)算(3)通過飽和水蒸氣表查找出題人：化工1203班 田星、姜燦、周雪晴、陳順、王大鵬基本題型如下：選擇題：1.5分10=15分填空題：2分5=10分簡(jiǎn)答題：25分計(jì)算題：50分一、選擇題（1.5分10=15分） 1、關(guān)于化工熱力學(xué)研究?jī)?nèi)容，下列說法中不正確的是（ C ）A.判斷新工藝的可行性。 B.化工過程能量分析。 C.反應(yīng)速率預(yù)測(cè)。 D.相平衡研究2、下列各式中，化學(xué)位的定義式是 A 3、對(duì)無熱溶液，下列各式能成立的是 D 。A. SE=

26、0，VE=0 B. SE=0，AE=0C. GE=0，AE=0 D. HE=0，GE= -TSE4、在一定的溫度和壓力下二組分體系汽液平衡的條件是_A_。5、下列偏摩爾自由焓表達(dá)式中，錯(cuò)誤的為 D 。 B. 6、二元非理想極稀溶液, 其溶質(zhì)和溶劑分別遵守 A A. Henry定律和Lewis-Randall規(guī)則. B. Lewis-Randall規(guī)則和Henry定律.C. Raoult規(guī)則和Lewis-Randall規(guī)則. D. Lewis-Randall規(guī)則和拉烏爾規(guī)則7、氣體經(jīng)過穩(wěn)流絕熱膨脹，對(duì)外作功，如忽略宏觀動(dòng)能，位能變化，無摩擦損失，則此過程氣體焓值 B 。 A. 增加 B. 減少

27、C. 不變 D.不確定8、關(guān)于制冷原理，以下說法不正確的是( D ) A.任何氣體 ,經(jīng)等熵膨脹后 ,溫度都會(huì)下降 。B.只有當(dāng)，經(jīng)節(jié)流膨脹后，氣體溫度才會(huì)降低。C. 在相同初態(tài)下，等熵膨脹溫度降比節(jié)流膨脹溫度降大。D.任何氣體 ,經(jīng)節(jié)流膨脹后 ,溫度都會(huì)下降。9、不可逆過程中，孤立體系的（ D ）。A總熵增加，火用也增加。 B. 總熵減少，火用也減少。C總熵減少，但火用增加。 D總熵增加，但火用減少。10作為朗肯循環(huán)改進(jìn)的回?zé)嵫h(huán)是從汽輪機(jī)（即蒸汽透平機(jī)）中抽出部分蒸汽（ B ）A 鍋爐加熱鍋爐進(jìn)水 B回?zé)峒訜崞骷訜徨仩t進(jìn)水C. 冷凝器加熱冷凝水 D.過熱器再加熱二、填空題（每題2分,共10

28、分）1.理想溶液的過量性質(zhì)等于_（0）2.熱力學(xué)一致性檢驗(yàn)的原理是是依據(jù)_（吉布斯-杜亥姆方程）3.穩(wěn)流系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律為：_()4.化學(xué)分析法包括_、_、_（能量衡算法，熵分析法，火用分析法）5.絕熱可逆膨脹的溫降比節(jié)流膨脹的溫降_（大、小、相等） 三、簡(jiǎn)答題(1題5分，2題8分，3題4題各6分：共25分)1、汽相和液相均用逸度系數(shù)計(jì)算的困難是什么？答：根據(jù)逸度系數(shù)的計(jì)算方程，需要選擇一個(gè)同時(shí)適用于汽相和液相的狀態(tài)方程，且計(jì)算精度相當(dāng)。這種方程的形式復(fù)雜，參數(shù)角度，計(jì)算比較困難（意思對(duì)即可）。2、有人提出用下列方程組來表示恒溫、恒壓下簡(jiǎn)單二元體系的偏摩爾體積式中：V1和V2是純組分的摩爾

29、體積，、 只是T、P的函數(shù)。試從熱力學(xué)的角度分析這些方程是否合理？答： 根據(jù)Gibbs-Duhem方程 得恒溫、恒壓下或 （2分） 由本題所給的方程得到 即 （A） （2分）同樣可得 即 （B） （2分）比較上述結(jié)果，式（A）=（B）得：整理此式得： 或 （2分）根據(jù)題意，所給出的方程組只有在時(shí)才滿足Gibbs-Duhem方程，方程才合理。3、寫出局部組成的概念，并說明Wilson方程和NRTL方程的適用條件。答：局部組成的概念：在某個(gè)中心分子i的近鄰，出現(xiàn)i分子和出現(xiàn)j分子的幾率不僅與分子的組成xi和x j有關(guān)，而且與分子間相互作用的強(qiáng)弱有關(guān) （2分）Wilson方程適用條件：可以準(zhǔn)確地描述

30、極性和非極性混合物的活度系數(shù)（2分）NRTL方程適用條件：可以用于部分互溶體系，特別用于液-液分層物系的計(jì)算（2分）4、說明基團(tuán)貢獻(xiàn)法的出發(fā)點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)及局限性答：基團(tuán)貢獻(xiàn)法的基本假定是純化合物或混合物的物性，等于構(gòu)成此化合物或混合物的各種集團(tuán)對(duì)此物性貢獻(xiàn)值的總和；即假定在任何體系中，同種基團(tuán)在不同分子中對(duì)某一物性具有同一貢獻(xiàn)值，例如臨界體積，只要由各個(gè)基團(tuán)的臨界體積貢獻(xiàn)值之和加上某一常數(shù)即可。 （4分）優(yōu)點(diǎn)：更大的通用性及不需要臨界參數(shù) （1分） 局限性：分子交互作用難于校正 （1分）四、計(jì)算題（共50分）1、(16分)25，0.1MPa下，組分1和2形成二元溶液，其溶液的摩爾焓為H=60018

31、0X120X13 (J/mol) . 式中X1 為組分1的摩爾分?jǐn)?shù),標(biāo)準(zhǔn)態(tài)按Lewis-Randall定則計(jì)算，求解：過程如下 （除第4小題每小題3分，第4題 4分）2、(14分)某動(dòng)力循環(huán)的蒸汽透平機(jī)，進(jìn)入透平的過熱蒸汽為2.0MPa，400，排出的氣體為0.035MPa飽和蒸汽，若要求透平機(jī)產(chǎn)生3000kW功率，問每小時(shí)通過透平機(jī)的蒸汽流量是多少？假設(shè)透平機(jī)的熱損失相當(dāng)于軸功的5%。（已知：飽和蒸汽的熵，飽和液體的熵，）解：進(jìn)出透平機(jī)的蒸汽狀態(tài)見下圖所示， （2分）焓、熵值從附錄水蒸汽表中查到，按穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律對(duì)透平機(jī)進(jìn)行能量衡算H=Q-Ws （3分） 則 蒸汽流量 （3分） 按本

32、題意，等熵膨脹的空氣應(yīng)該是濕蒸汽，即為飽和蒸汽和飽和水的混合物，此時(shí)熵值，即為飽和蒸汽和飽和水的熵按比例混合，已知：飽和蒸汽的熵，飽和液體的熵， 設(shè)空氣中氣相重量百分含量為x,則 7.1271=7.7153x+(1-x)0.9875 解得 x=0.9126 （3分）空氣的焓值 H=xHg+（1-x）Hl =0.91262631.4+(1-0.9126)304.25=2428.0kJkg-1 （3分）3、（20分）某二元溶液，Lewis-Randall 規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的超額Gibbs自由能可由下式給出： 式中：為常數(shù)，兩純組元逸度分別為和，單位為Pa, , T：K, 求：（1） 以Lewis-Ran

33、dall 規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)與的表達(dá)式。（2） 以Henry定律為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)與的表達(dá)式。解：（1）由于 故：對(duì)于二元混合物，可以使用二元截矩公式計(jì)算活度系數(shù)二元截矩公式為： （4分）則： （4分）將代入上式，整理得： （2分）（2）由活度的定義： 因此，以Lewis-Randall 規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)與分別為：， 則 （4分）又由于亨利系數(shù)：則： （2分）同理可得：則依據(jù)定義式: 以Henry定律為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)與的表達(dá)式為： （4分）一，填空題。1.（4分）化工熱力學(xué)既要解決 問題，又要解決 問題，所以化工熱力學(xué)實(shí)際上是集 和 兩者主要部分的大成。答案：化學(xué) 工程 化學(xué)熱力學(xué)

34、 工程熱力學(xué)2.（3分）真實(shí)氣體混合物的非理想性由兩個(gè)原因所致：其一 其二 答案：氣體純組分的非理想性 由于混合引起的非理想性3.(4分)在一般情況下往往沒有PVT數(shù)據(jù)而只具備臨界常數(shù)TC ， PC 將a和b變成TC和 PC的表達(dá)式： 對(duì)于范德華方程中參數(shù)a= b= 對(duì)于R-K方程中參數(shù) a= b= 答案： 27R2T2C RTC 64PC 8PC 4. （2分）化學(xué)工業(yè)廣泛應(yīng)用壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)。其中壓縮機(jī)可用作制冷工業(yè)，按照壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來分，主要有 和 兩大類。（2分）答案：往復(fù)式 葉輪式5. （2分）按照Gibbs-Duhem方程，等溫等壓條件下二元溶液組分的活度系數(shù)與組成之間關(guān)系

35、為 X1dln1+_ = _ 。答案： X2 d2 06（3分）對(duì)封閉體系，單位質(zhì)量能量平衡方程式是_，對(duì)穩(wěn)定流動(dòng)體系單位質(zhì)量能量的平衡方程式是_。答案：UQW H1/2U2+gz=Q+Ws 或HEkEpQWs7.（3分）在相平衡達(dá)到時(shí)，除了兩（多）相的 和_必須相等外，各相中i組分的_也必須相等，這就是相平衡的判據(jù)。答案： 溫度 壓力 化學(xué)位8.（2分）某反應(yīng)體系在平衡時(shí)含有以下幾種物質(zhì)：CO2 , CO , C , H2 和 H2O ，其獨(dú)立組分?jǐn)?shù)為和獨(dú)立反應(yīng)數(shù)分別為 和_。答案： 3 3 9. （3分）根據(jù)熱力學(xué)的觀點(diǎn)，體系與環(huán)境間由于_做推動(dòng)力而傳遞的能量稱為熱，熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表

36、達(dá)式為_規(guī)定體系吸熱為正值，放熱為負(fù)值，體系得功為正值，對(duì)環(huán)境做功為負(fù)值。答案：溫差 U=Q+W10. （1分）在中，如果u的單位用m/s,則H的單位為_答案：11. （3分）檢驗(yàn)汽液平衡數(shù)據(jù)可靠性的基本公式為_方程，其形式為_答案：Gibbs-Duhem 二，解答題。1. （10分）有一理想氣體經(jīng)一銳孔從絕熱膨脹到，動(dòng)能和位能的變化可忽略不計(jì)。求絕熱膨脹過程的理想功與損耗功。大氣溫度為。2.（15分） 設(shè)有合成氨廠二段爐出口高溫轉(zhuǎn)化氣余熱利用裝置，如圖所示。轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入廢熱鍋爐的溫度為1273K，離開時(shí)為653K，其流量為5160N/。降溫過程壓力變化可忽略。廢熱鍋爐產(chǎn)生4MPa，703K的過

37、熱蒸汽,其焓值為3283.6KJ/kg，熵值為6.8694KJ/(kgK)；蒸汽通過透平作功。 離開透平乏汽壓力為0.01235MPa，其焓為2557.0KJ/kg，熵值為7.9679 KJ/(kgK)。在有關(guān)溫度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)化氣的平均等壓熱容為36KJ/(kmolK)。乏汽進(jìn)入冷凝器用303K的冷卻水冷凝，冷凝水用水泵打入鍋爐。進(jìn)入鍋爐的水溫為323K，焓值為209.3 KJ/kg，熵值為0.7038 KJ/(kgK)，做出過程的溫熵圖并用能量衡算法評(píng)價(jià)其能量利用情況。65透平廢熱鍋爐泵冷凝器冷卻水1112W34783. （15分）計(jì)算氨的熱力學(xué)性質(zhì)時(shí)，通常把0飽和液氨的焓規(guī)定為418.6kJ

38、kg-1，此時(shí)的飽和蒸氣壓為0.43 MPa，汽化熱為21432kJkmol-1，飽和液氨的熵為4.186 kJkg-1K-1，試由此基準(zhǔn)態(tài)數(shù)據(jù)查表知，Tc=405.6K, Pc=11.28MPa，=0.250 .理想熱容為25.330.03494T0.139210-5T20.240210-8T3 求：1.013MPa，300K氣氨的焓.4. （15分）由組分A、B組成的二元溶液，汽相可看成理想氣體，液相為非理想溶液，液相活度系數(shù)與組成的關(guān)聯(lián)式如用下式表示： ，80時(shí)，組分A、B的飽和蒸汽壓分別為： 問此溶液在80時(shí)汽液平衡有否形成恒沸物？若有，恒沸壓力以及恒沸組成為多少？5.（15分）在25

39、，1atm以下，含組分1與組分2的二元溶液的焓可以由下式表示：式中H 單位為，、分別為組分1、2的摩爾分?jǐn)?shù)，求(1) 用表示的偏摩爾焓和的表達(dá)式；(2) 組分1與2在純狀態(tài)時(shí)的、；（3）=0.5 的溶液中的和值及溶液的值；答案解析：二.解答題。1. 【解】：節(jié)流過程，以一摩爾理想氣體為計(jì)算基準(zhǔn) . 2. （1）T-S圖T S 1 (4)2 23 （2）能量衡算法：求產(chǎn)氣量：對(duì)廢熱鍋爐進(jìn)行能量衡算，忽略熱損失Q，則有：H=Q+WS因Q=0，WS =0，則：H=0=m( -)=（5160/22.4）36（653-1273）=-5.1416106 KJ；G=1672.4kg；水汽化吸熱：Q=5.14

40、16106 KJ；計(jì)算透平作的功WS：對(duì)透平作能量衡算，忽略熱損失，則有：WS=H透=G（H3-H2）=1672.2（2557.0-3283.6）=-1.2152106 KJ；求冷卻水吸收的熱。即冷卻水的焓變，忽略冷凝器的熱損失，則：H冷卻水=-H冷凝=-G（H4-H3）=-1672.4（209.3-2557.0）=3.9263106 KJ；式中H冷卻水和H冷凝分別是冷卻水吸熱和乏汽冷凝過程的焓變。計(jì)算熱效率：=WS/Q=1.2152106/5.1416106=23.63； 能量損失率：1-23.63=76.37。3.解題思路如下：4. 解：汽相為理想氣體，液相為非理想溶液的體系， 相對(duì)揮發(fā)度

41、 當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)， 由于是的連續(xù)函數(shù)，當(dāng)時(shí)，由2.472變化到時(shí)的0.910，中間必通過=1的點(diǎn)，即在由0變化到1之間某一組成，必存在恒沸點(diǎn)。 由于、均大于1，所以此溶液在80是汽液平衡是形成最大壓力的恒沸物。 恒沸點(diǎn)時(shí)， 得 恒沸壓力 5. （1） (2) (3) 當(dāng)時(shí)，一、選擇。1.下列熱力學(xué)基本關(guān)系式與Maxwell公式中，錯(cuò)誤的是（ C ） A. dG=VdP-SdT B. dH=TdS+VdpC. D.2.、氣體經(jīng)過穩(wěn)流絕熱膨脹，對(duì)外作功，如忽略宏觀動(dòng)能，位能變化，無摩擦損失，則此過程氣體焓值（ B ）。A.增加B.減少C.不變D.不確定3.關(guān)于制冷原理，以下說法不正確的是（ D ）。 A. 任何氣體,經(jīng)等熵膨脹后,溫度都會(huì)下降 。 B. 只有當(dāng)-m，經(jīng)節(jié)流膨脹后，氣體溫度才會(huì)降低。 C. 在相同初態(tài)下，等熵膨脹溫度降比節(jié)流膨脹溫度降大。 D. 任何氣體,經(jīng)節(jié)流膨脹后,溫度都會(huì)下降4.對(duì)于理想溶液，下列說法正確的是（D ）A. B.C. D.5、混合物的逸度f與組分逸度之間的關(guān)系是 （ D ）Af= Bf=Cf= Dlnf2、 填空1、 等溫線在兩相區(qū)中的水平線段隨溫度升高而 縮短 最后再臨界處 縮成一點(diǎn) 純物質(zhì)PV圖臨界點(diǎn)處的斜率和曲率都等于 0 。2、溫-熵圖是最有用的熱力學(xué)性質(zhì)圖，其縱坐標(biāo)是溫度，橫坐標(biāo)是熵。對(duì)于可逆過程 。在T-S圖上位于T-S曲線下的面積等于