化工热力学试卷三套与答案

一．选择题（每题2分，共10分）

1.纯物质的第二virial系数B （ A ） A 仅是温度的函数 B 是T和P的函数

C 是T和V的函数 D 是任何两强度性质的函数

2.T温度下的过冷纯液体的压力P（A。参考P－V图上的亚临界等温线。）

C. =Ps?T?

?1?0.9381?2?0.8812，则此时混合物的逸度3. 二元气体混合物的摩尔分数y1=0.3，在一定的T，P下，?,?系数为 。（C）

A 0.9097 B 0.89827 C 0.8979 D 0.9092

4. 某流体在稳流装臵中经历了一个不可逆绝热过程，装臵所产生的功为24kJ，则流体的熵变（ A ） A.大于零 B.小于零 C.等于零 D.可正可负 5. Henry规则（ C ）

A仅适用于溶剂组分 B 仅适用于溶质组分

C 适用于稀溶液的溶质组分 D 阶段适用于稀溶液的溶剂 二、填空题（每题2分，共10分） 1. 液态水常压下从25℃加热至50℃，其等压平均热容为75.31J/mol,则此过程的焓变为（1882.75）J/mol。 2. 封闭体系中的1mol理想气体(已知CP)，按下列途径由T1、P1和V1可逆地变化至P2，则，等温过程的

igA. >Ps?T? B.

W=?RTlnP1P1，Q=RTln，?U= 0 ，?H= 0 。 P2P23. 正丁烷的偏心因子ω＝0.193，临界压力为pc＝3.797MPa，则在Tr＝0.7时的蒸汽压为（ 0.2435 ）

MPa。

4. 温度为T的热源与温度为T0的环境之间进行变温热量传递，其等于热容为Cp，则ExQ的计算式为

(ExQ??TT0(1?T。 )CpdT ）

T05. 指出下列物系的自由度数目，(1)水的三相点 0 ，(2)液体水与水蒸汽处于汽液平衡状态 1 三、简答题：（共30分） 1. 填表（6分） 溶液性质(M) 偏摩尔性质(Mi) xiMi) 关系式(M??x lnfii??ln f ln ? GERT lnf??xln?f?x? iiiiiii??i ln?ln??GEln ?i ?xln?? RT??xln? 2. 有人提出了一定温度下二元液体混合物的偏摩尔体积的模型是V1?V1(1?ax2),V2?V2(1?bx1)，其中V1，V2为纯组分的摩尔体积，a，b 为常数，问所提出的模型是否有问题？（8分）

x2V2b， a,b不可能是常数，故提出的模型有问题。 解：由Gibbs-Duhem方程得， a?x1V13. 写出封闭系统和稳定流动系统的热力学第一定律。（5分） 答：封闭系统的热力学第一定律：?U?Q?W 稳流系统的热力学第一定律：?H?12?u?g?Z?Q?Ws 24.分析作外功的绝热膨胀后温度降低的原因，并在T-S图中示意。（6分）

5. .写出稳流体系的熵平衡方程，并指出各项的含义。（5分） 答：

?miSi??mjSj??入出?QT??S产生?0

四、试由饱和液体水的性质估算(a)100℃，2.5MPa和(b)100℃，20MPa下水的焓和熵，已知100℃下水的有关性质如下（15分）

Ps?0.101325MPa，Hsl?419.04Jg，Ssl?1.3069J gK, Vsl?1.0435cmg,

?dVsl???V???0.0008cm3 g-1 K-1 ???????T?P?dT??解：体系有关状态点如图所示

所要计算的点与已知的饱和点是在同一条等温线上，由

-1

-1-1

3 -1

PP=20MPaP=2.5MPaP=.101325MPaT=100℃V

?dVsl???S???V????0.0008 cm3 g-1 K-1 ??????????dT???P?T??T?p??Psl 得 S?S??0.0008dP?0.0008P?PsPs???或S?1.3069?0.0008?P?0.101325?

?dVsl???H???V?sl??1.0435?373.15?0.0008?0.745 cm3 g-1 又 ???V?T???V?T??dT???P?T??T?P??P得 H?Hsl??0.745dP?0.745P?PsPs-1

-1

??或H?419.04?0.745?P?0.101325?

-1

当P=2.5MPa时，S=1.305 Jg K；H= 420.83J g；

-1-1-1

当P=20MPa时，S= 1.291Jg K；H=433.86J g。

五、由气体状态方程p(V－b)＝RT（其中b是与温度无关的常数），推导剩余焓和剩余熵的表达式。（10分）

H??pRp0???V????dp?V?T??T??p????p?Rp?RR???V??RS??dp??dp?0 ??????0?p??T?p??0??pp????RTR?解：????b?T?dp0p??p?bp六、通过virial方程计算每克CO2在310K和0.81MPa时的体积。已知CO2的临界压力和临界温度分别为7.376MPa、304.2K，偏心因子为0.23。（10分） 解：Tr?310/304.2?1.02 Pr＝0.81/7.376=0.108

0.422??0.3261.61.020.172B1?0.139???0.01934.21.02

01?pr?Z?1?(B??B)??T???0.965?r?ZRT0.965?8.314?310V???70.66cm3pMw0.81?44B0?0.083?七、甲烷由98.06kPa，300K压缩后冷却到6.667kPa，300K。若压缩过程耗功1021.6kJ/kg，求（1）冷却器中需要移走的热量；（2）压缩冷却过程的损失功；（3）压缩冷却过程的理想功；（4）压缩冷却过程的热力学效率。环境温度为T0＝300k，已知：（15分）

98.06kPa，300k时，H1＝953.74kJ/kg，S1=7.0715 kJ/kg?K 6.667kPa，300k时，H2＝886.76kJ/kg，S2=4.7198 kJ/kg?K 解：（1）Q??H?Ws?866.76?953.74?1021.6??1088.6kJ/kg

??Q?W1?T0?St?T0?(S2?S1)??(2) T0???300??4.7198?7.075?1088.6/300??383.09kJ/kg(3)Wid??H?T0?S?866.76?953.74?300??4.7198?7.075)?

=-793.54 kJ/kg (4)??Wid?793.54??77.7% Ws?1021.6

一、 单项选择题（每题1分，共30分）： 本大题解答（用A或B或C或D）请填入下表： 1 题号 答案 B 题号 11 答案 B 题号 21 答案 A 2 C 12 D 22 B 3 C 13 C 23 C 4 D 14 B 24 A 5 D 15 C 25 B 6 C 16 D 26 C 7 D 17 A 27 D 8 B 18 A 28 A 9 C 19 A 29 B 10 D 20 B 30 B 1．关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是（ ） A. 研究体系为实际状态。

B. 解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。 C. 处理方法为以理想态为标准态加上校正。

D. 获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型。 E. 应用领域是解决工厂中的能量利用和平衡问题。

2．Pitzer提出的由偏心因子ω计算第二维里系数的普遍化关系式是（ ）。

0101

A．B = BωB B．B = B ω + B

0101

C．BPC/（RTC）= B +ωB D．B = B + ωB

E

3．下列关于G 关系式正确的是（ ）。

EE

A. G = RT ∑Xiln Xi B. G = RT ∑Xiln a i

EE

C. G = RT ∑Xiln γi D. G = R ∑Xiln Xi 4．下列偏摩尔自由焓表达式中，错误的为（ ）。

A. Gi??????nG???i B. dGi?VidP?SidT；C. Gi????????ni?T,P,nj?i????nG?? D. Gi???

??ni?T,nV,nj?i5.下述说法哪一个正确？ 某物质在临界点的性质( )

（A）与外界温度有关 (B) 与外界压力有关 (C) 与外界物质有关 (D) 是该物质本身的特性。

6．泡点的轨迹称为（ ），露点的轨迹称为（ ），饱和汽、液相线与三相线所包围的区域称为（ ）。 A. 饱和汽相线，饱和液相线，汽液共存区 B.汽液共存线，饱和汽相线，饱和液相区 C. 饱和液相线，饱和汽相线，汽液共存区

7．关于逸度的下列说法中不正确的是 ( )

（A）逸度可称为“校正压力” 。 （B）逸度可称为“有效压力” 。

（C）逸度表达了真实气体对理想气体的偏差 。 （D）逸度可代替压力，使真实气体的状态方程变为

fv=nRT 。 （E）逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。

8．范德华方程与R－K方程均是常见的立方型方程，对于摩尔体积V存在三个实根或者一个实根，当存在三个实根时，最大的V值是 。

A、饱和液体体积 B、饱和蒸汽体积

C、无物理意义 D、饱和液体与饱和蒸汽的混合体积

9．可以通过测量直接得到数值的状态参数是 。 A、焓 B、内能 C、温度 D、 熵

10．对于流体混合物，下面式子错误的是 。

?A、 Mi?limMi B、 Hi?Ui?PVi

xi?0C、理想溶液的Vi?Vi Ui?Ui D、理想溶液的Si?Si Gi?Gi 11．由纯组分形成理想溶液时，其混合焓ΔH 。

A. >0； B. =0； C. <0 ； D. 不确定。 12．体系中物质i的偏摩尔体积Vi的定义式为： 。

id

?V总?V总?Vi?ViV?[]V?[]V?[]T,p,nj?i B. C. D. ]T,v,nj?iiT,v,nj?iiT,p,nj?ii?ni?ni?ni?ni13．混合气体的第二维里系数

A . T和P的函数 B. 仅为T的函数 C . T和组成的函数 D . P和组成的函数

14．下列论述错误的是 。

A．P-R方程能同时应用于汽、液两相计算，准确度较高。 B. R-K方程能同时应用于汽、液两相计算，准确度较高。

C.活度系数可以大于1也可小于1。 D. 压缩因子可以大于1也可小于1。

15．混合物的逸度与纯组分逸度之间的关系是 。

A.Vi?[A.f??xifi； B. f??fi； C. lnf??xiln??fi0 ； D. lnf??xilnf xi?16．纯物质临界点时，对比温度 Tr 。

A.＝ 0； B. > 1； C. < 1 ； D. = 1。

17．当潜水员深海作业时，若以高压空气作为呼吸介质，由于氮气溶入血液的浓度过大，会给人体带来致命影响（类似氮气麻醉现象）。根据下表中25℃下溶解在水中的各种气体的亨利常数Ｈ，你认为以（ ）和氧气的混和气体为呼吸介质比较适合？ 气体 H/bar 气体 H/bar 气体 H/bar 气体 H/bar 乙炔 1350 一氧化碳 5400 氦气 126600 甲烷 41850 空气 72950 乙烷 30600 氢气 71600 氮气 87650 二氧化碳 1670 乙烯 11550 硫化氢 550 氧气 44380 A 氦气 B二氧化碳 C．乙烷 D．甲烷 18. 在373.15K和101325Pa下水的化学位与水蒸气化学位的关系为 (A) μ(水)＝μ(汽) (B) μ(水)＜μ(汽) (C) μ(水)＞μ(汽) (D) 无法确定

19． 298K 下，将两种液体恒温恒压混合，形成理想液态混合物，则混合前后下列热力学性质的变化情况为：

(A) ?S>0，?G<0 (B) ?S=0，?G<0 (C) ?S<0，?G>0 (D) 以上均不对

20在同一温度下，单组分体系T—S图上各等压线随熵值的增大，压力将（ ）

A．增大 B．减小 C．不变 D．不一定

21.偏摩尔性质是 （ ） A．强度性质 B．容量性质 C．超额性质 D．剩余性质

22等温等压下，在A和B组成的均相体系中，若A的偏摩尔体积随A浓度的改变而增加，则B的偏摩尔体积将随A浓度的改变：( )

A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 不一定

23. .利用麦克斯韦关系式，其目的是将难测的（ ）与易测的（ ）联系起来。

A. H，U，S，G； x, y B. 逸度系数，活度系数；P、V、T C. H，U，S，G； P、V、T D. 逸度系数，活度系数； x, y

24.关于化学势的下列说法中不正确的是( )

A. 系统的偏摩尔量就是化学势 B. 化学势是系统的强度性质

C. 系统中的任一物质都有化学势 D. 化学势大小决定物质迁移的方向

25.对单位质量，定组成的均相流体体系，在非流动条件下，错误的热力学基本关系式是（ ）。

A． dH = TdS + Vdp B．dU = SdT–pdV C． dG = -SdT + Vdp D．dA = -SdT–pdV

26. Vg和Vl 分别为饱和蒸汽和饱和液体的体积，x为湿蒸汽干度，则湿蒸汽的体积V为： A. V= x(Vg- Vl) + Vg B. V= (Vg- Vl) + x Vl C. V= x(Vg- Vl) +Vl D. V=(1-x)Vg+ x Vl

27.对理想溶液具有负偏差的体系中，各组分活度系数γi（ ）。

A． >1 B. = 0 C. = 1 D. < 1

28.对1mol符合P?RT/(V?b)状态方程的气体， (?S/?V)T应是（ ）

A. R/（V-b） B. R C. -R/P D. R/T

29.本课程学过各种状态方程如RK方程、理想气体方程、vdW方程、SRK方程， PR方程，请为它们的计算准确度排序。

A．RK>PR>SRK>vdW>理想气体方程; B．PR≈SRK>RK>vdW>理想气体方程;

C．PR>vdW> SRK>RK>理想气体方程; D．SRK > RK > PR > vdW >理想气体方程;

30.

在P-V图上，从过热蒸气的状态点a出发，达到过冷液体的状态点d，可以是均相的途径(a→b → c → d)，也可以是非均相的途径(a → b’ → c’ → d)。请指出相应正确的P-T图为 .

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