2004-化工热力学期末考试闭卷A1及答案

化工热力学试题（A）卷

（2003~2004年度第二学期 化学工程与工艺专业01级，2004.6）

学号 姓名 成绩

一．单项选择题（每题1分，共15分）：

1．纯物质临界点时，其对比温度Tr（ ）。

A． = 0 B．< 0 C．> 0 D．=1

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（ ）。A．B = BOωB1

B．B = BO ω + B1

C．BPC/（RTC）= BO +ωB1

D．B = BO + ωB1

3．对单位质量，定组成的均相流体体系，在非流动条件下有（ ）。 A． dH = TdS + Vdp B．dH = SdT + Vdp C． dH = -SdT + Vdp D．dH = -TdS – Vdp

4．对理想气体有（ ）。

A．(?H/?P)T〈 0 B．(?H/?P)T 〉0 C．(?H/?P)T = 0 D．(?H/?T) P = 0

5．不可逆过程中，孤立体系的（ ）。

A．总熵增加，火用也增加。 B. 总熵减少，火用也减少。

C．总熵减少，但火用增加。 D．总熵增加，但火用减少。 6．纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则此物质的状态（ A．饱和蒸汽 B.饱和液体 C．过冷液体 D.过热蒸汽

7．关于制冷原理，以下说法不正确的是( ) A. 任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降 。 B. 任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降。 C. 等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大。

D. 只有当?J?T?0，经节流膨胀后，气体温度才会降低。 E. 理想气体的?J?T永远是等于0的。

1

。 ） 8．作为朗肯循环改进的回热循环是从汽轮机（即蒸汽透平机）中抽出部分蒸汽（ ） A． 锅炉加热锅炉进水 B．回热加热器加热锅炉进水 C. 冷凝器加热冷凝水 D.过热器再加热

9．下列关于G 关系式正确的是（ ）。

A. G = RT ∑Xiln Xi B. G = RT ∑Xiln ai C. G = RT ∑Xiln γi D. G = R ∑Xiln Xi

10．下列化学位μi和偏摩尔性质关系式正确的是（ ） A．μi= Hi B. μi= Vi C. μi=Gi D. μi=A i

11．对二元溶液 T或 P 一定时，下列各式中，Gibbs--Duhem 方程正确的形式（ ）。 A．X1dlnγ1+ X2dlnγ2= 0 B. X1dlnγ1- X2dlnγ2= 0 C．X1dlnγ1/dX1 - X2dlnγ2/dX1 = 0 D. X1dlnγ1/dX1 + X2dlnγ2/dX2 = 0

12．等温汽液平衡数据如符合热力学一致性，应满足下列条件中（ ）。 A. 足够多的实验数据 B.

?E

EE

^EE

????10ln（γ1/γ2）dX1≈0

C. [ ?（lnγ1）/ ?P]T，X≈0 D. [ ?（lnγ1）/ ?T]P，X ≈0

13．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. < 1 C.= 1 D. = 0

14．对液相是理想溶液，汽相是理想气体体系，汽液平衡关系式可简化为（ ）。 A． yi f = xi pi B. yi p =γi xi pi

?SS

C． yi p = xi ?i pi D. yi p = xi pi

15．苯（1）和环己烷（2）在303 K，0.1013 MPa下形成X1 = 0.7的溶液。已知此条件下V1=89.96 cm/mol ，V2=109.4 cm/mol， V1=90.20 cm/mol V2=110.69 33

cm/mol ，则溶液体积是（ ） cm/mol。 A． 99.68 B. 95.97 C. 96.00 D. 96.35

2

3

3

?SS

3

?二．填充题（每空1分，共13分）：

1．纯物质 T—S 图的拱形曲线下部为_______________ 区。

2．一定状态下体系的有效能是指体系由该状态达到与____________成完全平衡状态时，此过程的理想功。

3．纯物质 PV图临界等温线在临界点处的斜率和曲率都等于 __________。

4．溶液中组分i的活度系数的定义是 γi =________________________。

5．单位质量稳定流动体系能量平衡方程_______________________________, 对流体通过换热器的过程，能量平衡方程可简化为 ______________________，对流体通过泵、压缩机等设备的过程，能量平衡方程可简化为_______________________。

6．在下表空格处填入相应的偏摩尔性质或溶液性质

?M ln γi M i M = Σ Xi Mi ?ln f ln Φ

三．名词解释题（每题4分，共20分）：

1．偏心因子 2．相平衡准则

3．过量性质（超额性质） 4．剩余性质 5．理想溶液

3

四． 计算题

1、 （12分）化工生产中需0.1MPa，80℃热水用于设备保温，此热水由0.2MPa，175℃

水蒸汽通入0.1MPa，20℃冷水在热水槽中混合得到。请计算： （1）制备1吨热水需用多少冷水和水蒸汽？（4分）

（2）此混合过程理想功和损失功各是多少（按1吨热水计）？（4分）

（3）如果用0.1MPa，95℃热水代替水蒸气制备0.1MPa，80℃热水，那么损失功

又是多少（按1吨热水计）？（2分）

(4) 比较（2）和（3）的结果，哪一个损失功小？为什么？（2分） 设混合过程热损失可忽略，环境温度是20℃。有关数据列于下：

热水（80℃ ） 热水（95℃） 冷水（20℃） 水蒸气（175℃）

H （kJ/kg） 334.91 397.96 83.96 2819.7 S （kJ/（kg K）） 1.0753 1.2500 0.2966 7.3931

2、 (12分) 有一氨压缩制冷循环装置其制冷能力为100000kJ/h，氨蒸发温度是243 K, 蒸发器出口的氨饱和蒸汽经可逆绝热压缩、冷凝到303K，过冷到298K，再经节流伐等焓膨胀后回蒸发器。问：

（1）如果压缩机进、出口处氨的焓分别是1644kJ/kg和1966kJ/kg，冷凝器出口过 冷氨的焓是540kJ/kg，试求压缩机的理论功率和装置的制冷系数。（5分）

（2）如果将氨的蒸发温度调整到253K， 压缩过程仍为可逆绝热压缩，其余条件不 变，试问压缩机的理论功率有何变化，为什么？此时压缩机进、出口处氨的焓分别是1658kJ/kg和1912kJ/kg。（3分）

（3）在T--S图上标出（1）、（2）二循环过程。（4分）

3、（14分）由实验数据得到25℃，1atm下一二元溶液的摩尔焓可用下式表示： H = 150 – 45x1 + 10x1 – 15 x1

H 单位是J/mol， x1 是组分1的摩尔分数。求该温度压力下， (1)H1 和H2 （4分） ；（2）H1 和H2；（3分）（3）H1 和（4）ΔH （2分） ；（5）H（2分）

E

???23

∞

H?∞

2（3分

4、 （14分）由文献乙腈（1）— 水（2）体系能形成共沸物。60℃ ，414.10mmHg下

达汽液平衡时，x1 = 0.4843，y1 = 0.6792 试计算： （1）此条件下活度系数γ1和γ2 （2分）； （2）Maugules方程的常数 A和 B （2分）； （3）60℃下无限稀释活度系数γ1和γ2（2分）； （4）60℃下共沸点组成（4分） ； （5）60℃下共沸点处平衡蒸汽总压。（4分）

4

∞

∞

设此体系汽相可视为理想气体。

已知Antoine方程形式为 log PiS = Ai – Bi（/Ci + t） t—℃，PiS— 饱和蒸汽压，mmHg。 Antoine 常数 乙腈： A1 = 7.33986 B1 = 1482.290 C1 =250.523

水： A2 = 8.07131 B2 = 1730.63 C2 =233.426 Margules 方程形式 lnγ1 = x22 [ A + 2（B - A）x1 ] lnγ2 = x12 [ B + 2（A – B）x2 ]

Margules常数 A = （x2 -x1 ）lnγ1/ x22 + 2 lnγ2 / x1 B = （x1 -x2 ）lnγ2/ x12 + 2 lnγ1 / x2

化工热力学试题解答：（2004.6.）

一．单项选择题

1D 2C 3A 4C 5D 6D 7B 8B 9C 10C 11A 12B 13B 14D 15D 二．填充题

1.二相 2. 环境 3. 零 4.

2

^^^ai/xi 或 fi/ fi

id

5.Δh + Δu/2 + gΔz = q + w S ， Δh = q ， Δh = w S

6.ln fi/ Xi ， ln f = ∑Xi ln fi/ Xi ，ln ?i ，lnф=∑Xi ln ?i ，GE /（RT）， GE /（RT）= ∑Xi ln γi

三．名词解释题

1.偏心因子 ω =-log 10（ PSr）Tr = 0.7-1.00 ，表示某一分子偏离球形分子的程度。分子越复杂，极性越强，其值越大。偏心因子作为第三参数可用于计算Z、H、S和φ等。

2.由热力学第二定律，对P相C个组分体系，相平衡条件是， μi

α

^^^^= μiβ= μiγ= …… = μiP（i = 1，2，3，……，C）

^用逸度可表示为，fi

α

=fi=fE

E

^β

^i

γ

= …… =fiP （i = 1，2，3，……，C）

E

^3.超额性质的定义是 M = M –M

E

id

，表示相同温度、压力和组成下，真实溶液与

理想溶液性质的偏差。ΔM 与M意义相同。其中G是一种重要的超额性质，它与活度系数相关。

4.剩余性质的定义是 M = M –M

R

R

id

，表示相同温度、压力下，真实气体与理想气

5

体的偏差。运用M可计算真实气体的M和ΔM。

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