化工热力学复习题及答案

《化工热力学》课程模拟考试试卷 A

开课学院：化工学院，专业：材料化学工程 考试形式： ，所需时间： 分钟 考生姓名： 学号： 班级： 任课教师： 题 序 得 分 评卷人 一 1 2 二 3 4 5 1 三 2 总分 一、基本概念题(共40分，每小题2分)(选择、填空与判断题，判断题对的写T，错的写F)

1．理想气体的压缩因子Z?1，但由于分子间相互作用力的存在，实际气体的压缩因子 。

(A) 小于1 (B) 大于1 (C) 可能小于1也可能大于1 (D) 说不清楚 2．甲烷pc?4.599MPa，处在pr?0.3时，甲烷的压力为 。 (A) 15.33MPa (B) 2.7594 MPa； (C) 1.3797 MPa (D) 1.1746 MPa 3．关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是 。

(A) 可以解决由于实验的p-V-T数据有限无法全面了解流体p-V-T行为的问题。 (B) 可以解决实验的p-V-T数据精确度不高的问题。

(C) 可以从容易获得的物性数据(p、V、T、x)来推算较难测定的数据(H，U，S，

G)。

(D) 可以解决由于p-V-T数据离散不便于求导和积分，无法获得数据点以外的

p-V-T的问题。

4．对于流体混合物，下面式子错误的是 。

(A)

Mi??limMixi?0(B)Hi?Ui?pVi

(C) 理想溶液的Vi?Vi，Ui?Ui (D) 理想溶液的Si?Si，Gi?Gi

5．剩余性质MR的概念是表示什么差别的 。

(A) 真实溶液与理想溶液 (B) 理想气体与真实气体 (C) 浓度与活度 (D) 压力与逸度

6．纯物质在临界点处的状态，通常都是 。

(A) 气体状态 (C) 固体状态

(B) 液体状态 (D) 气液不分状态

7．关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是( )。

(A) 判断新工艺的可行性 (C) 化工过程能量分析

(B) 反应速率预测 (D) 相平衡研究

8．对单位质量，定组成的均相流体系统，在非流动条件下有 。

(A) dH = TdS + Vdp(B) dH = SdT + Vdp (C) dH =?SdT + Vdp(D) dH = ?TdS ?Vdp

9．对1mol符合Van der Waals状态方程的气体，有 。

R??S?????V??TV?b(B) (A)

R??S?????V??TV?b(D) (C)

R??S?????V?b ??V?Tp??S??????V?Tb?V

s10．汽液平衡关系pyi?pi?ixi的适用的条件______ _。

(A) 无限制条件

(B) 低压条件下的非理想液相 (D) 理想溶液和非理想气体

E1(C) 理想气体和理想溶液

E111．在Θ条件下，高分子溶液中溶剂的热力学性质为零的是 。

(A) 过量偏摩尔混合热?H (C) 过量化学位??1 (A) χ>0 (C) χ=0

E(B) 过量偏摩尔混合热?S (D) 过量偏摩尔热力学能?U (B) χ<0 (D) χ=1/2

E1

12．在Θ条件下，高分子溶液的Flory-Huggins相互作用参数χ为 。

13．当物体的温度大于其临界温度、压力大于其临界压力时，该物体所处的状态

称为超临界流体。 ( )

14．若忽略动能或位能的变化，稳流过程的能量平衡式为：?H?Q?Ws，则该式

对可逆与不可逆过程均适用。 ( )

15．工程上，制冷循环的实际轴功可按下式计算：16．对绝热混合过程，物系熵变?Ssys?0。 ( )

17．物系状态变化时所具有的最大作功能力称为理想功，它的数值大小与环境状

态无关。

( )

?Ws??Vdpp1p2。 ( )

?18．理想溶液?i? ，fi? 。

19．对二元溶液，溶液性质M与其组份的偏摩尔性质M1和M2之间的关系为 。 20．节流过程为 过程。可逆绝热压缩（膨胀）过程为 过程。

二、计算题(50分，共5小题，每小题10分)

1．试用普遍化Virial方程计算丙烷气体在378K、0.507MPa下的剩余焓和剩余熵。已知丙烷的物性参数为：Tc?369.8K、pc?4.246MPa、??0.152。剩余焓与剩余熵的计算公式为：

??B(0)dB(0)HR?pr???RTTdTr??r??B(1)dB(1)??SR?dB(0)dB(1)????pr??????????TdTdTdT??rr??；R?rr?

B(0)?0.083?其中：和对比压力。

0.4220.172(1)B?0.139?Tr1.6； Tr4.2，Tr、pr分别为对比温度

2．在473K、5MPa下二元气体混合物的逸度系数满足下列关系：

ln??y1y2?1?y2?，式中y1，y2为组分1和组分2的摩尔分率，试求f?1、f?2的??表达式，并求出当y1?0.5时的f1、f2各为多少？ ???(nln?)?fi?ln?i?ln???pyi??ni?T,p,nj[i]。 已知：

3．已知环己烷(1)－苯酚(2)二元系统在144℃的气液平衡形成恒沸物，恒沸物组

azazsx?y?0.294p?75.20kPa，111成。已知144℃时物质的饱和蒸气压

sEEp2?31.66kPa。GRT?Bx1x2，G该溶液的过量Gibbs函数与组成的关系为其

中B仅是温度的函数。求该二元系在x1?0.6时的平衡压力及气相组成，假设气相近似为理想气体。已知：①活度系数与过量偏摩尔Gibbs函数之间的关系为

???nGERT???ln?i???ni????T,p,nj[i]ss；②汽液相平衡关系符合关系式p?p1x1?1?p2x2?2。

T24．某冷冻装置每小时必需获得冷冻量

Q0?4.18?105kJ?h-1，它采用氨蒸汽压缩制冷循

31环。该循环的运行如下图所示，并已知各关键点

-1-1的焓值为H1?1450kJ?kg，H2?1570kJ?kg，

4H3?H4?405kJ?kg-1，试求该制冷循环中每kg氨的冷冻能力q0，氨的循环速率m/kg?h，压缩机所需的功Ws/kJ?h，制冷系数?。已知制冷系数

-1题二、4小题附图

为??Q0??Ws?

S-1

?3-15．在温度308K下的PS-环己烷Θ溶剂，当溶液浓度为c?7.36?10kg?L，其*B渗透压为4.3Pa，试根据Flory-Huggins溶液理论求此溶液的第二Virial系数2、

Flory-Huggins相互作用参数?、PS的?PS和PS的分子量Mn。 已知Virial方程为

??*?c?RT1Mn?B2c??，相互作用参数与溶解度参数的关系为

V1(?1??2)2??16.7?J?cm?3?123-1RT，1，环己烷的摩尔体积为V1?108cm?mol。

三、简答题(10分，每小题5分)

①何为高分子理想溶液？试比较小分子理想溶液与高分子理想溶液的不同点。

*B2②可用Flory-Huggins相互作用参数χ和第二Virial系数来判断溶剂优劣试问

它们分别为何值时，溶剂是高分子化合物的良溶剂、?溶剂、非溶剂以及高分子在上述三种溶液中的热力学特征和形态是怎样的?

《化工热力学》课程模拟考试试卷 A(答案)

开课学院：化工学院，专业：材料化学工程 考试形式： ，所需时间： 分钟考生姓名： 学号： 班级： 任课教师： 题 序 得 分 评卷人 一 1 2 二 3 4 5 1 三 2 总分 一、基本概念题(共40分，每小题2分)(选择、填空与判断题，判断题对的写T，错的写F)

1．理想气体的压缩因子Z?1，但由于分子间相互作用力的存在，实际气体的压缩因子 (C) 。

(A) 小于1 (B) 大于1 (C) 可能小于1也可能大于1 (D) 说不清楚 2．甲烷pc?4.599MPa，处在pr?0.3时，甲烷的压力为 (C) 。 (A) 15.33MPa (B) 2.7594 MPa； (C) 1.3797 MPa (D) 1.1746 MPa 3．关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是 (B) 。

(A) 可以解决由于实验的p-V-T数据有限无法全面了解流体p-V-T行为的问题。 (B) 可以解决实验的p-V-T数据精确度不高的问题。

(C) 可以从容易获得的物性数据(p、V、T、x)来推算较难测定的数据(H，U，S，

G)。

(D) 可以解决由于p-V-T数据离散不便于求导和积分，无法获得数据点以外的

p-V-T的问题。

4．对于流体混合物，下面式子错误的是 (D) 。

(A)

Mi??limMixi?0(B)Hi?Ui?pVi

(C) 理想溶液的Vi?Vi，Ui?Ui (D) 理想溶液的Si?Si，Gi?Gi

5．剩余性质MR的概念是表示什么差别的 (B) 。

(A) 真实溶液与理想溶液 (B) 理想气体与真实气体 (C) 浓度与活度 (D) 压力与逸度

6．纯物质在临界点处的状态，通常都是 (D) 。

(A) 气体状态 (C) 固体状态

(B) 液体状态 (D) 气液不分状态

(B) 反应速率预测

7．关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是( B )。

(A) 判断新工艺的可行性

(C) 化工过程能量分析 (D) 相平衡研究

8．对单位质量，定组成的均相流体系统，在非流动条件下有 (A) 。

(A) dH = TdS + Vdp(B) dH = SdT + Vdp (C) dH =?SdT + Vdp(D) dH = ?TdS ?Vdp

9．对1mol符合Van der Waals状态方程的气体，有 (A) 。

RR??S???S?????????VV?b?VV?b ????TT(A) (B) R??S?????V??TV?b(D) (C)

p??S??????V?Tb?V

spy?p?ixi的适用的条件___(B) _。 ii10．汽液平衡关系

(A) 无限制条件

(B) 低压条件下的非理想液相 (D) 理想溶液和非理想气体

E(C) 理想气体和理想溶液

E11．在Θ条件下，高分子溶液中溶剂的热力学性质为零的是 (C) 。

(A) 过量偏摩尔混合热?H1 (C) 过量化学位??1 (A) χ>0 (C) χ=0

E(B) 过量偏摩尔混合热?S1 (D) 过量偏摩尔热力学能?U1 (B) χ<0 (D) χ=1/2

E

12．在Θ条件下，高分子溶液的Flory-Huggins相互作用参数χ为 (D) 。

13．当物体的温度大于其临界温度、压力大于其临界压力时，该物体所处的状态

称为超临界流体。 ( T )

14．若忽略动能或位能的变化，稳流过程的能量平衡式为：?H?Q?Ws，则该式

对可逆与不可逆过程均适用。 ( T ) 15．工程上，制冷循环的实际轴功可按下式计算：16．对绝热混合过程，物系熵变?Ssys?0。 ( T )

17．物系状态变化时所具有的最大作功能力称为理想功，它的数值大小与环境状

态无关。

( F )

??18．理想溶液?i? 1 ，fi? fixi。

p2?Ws??Vdpp1。 ( F )

19．对二元溶液，溶液性质M与其组份的偏摩尔性质M1和M2之间的关系为

M?x1M1?x2M2。

20．节流过程为 等焓 过程。可逆绝热压缩（膨胀）过程为 等熵 过程。

二、计算题(50分，共5小题，每小题10分)

1．试用普遍化Virial方程计算丙烷气体在378K、0.507MPa下的剩余焓和剩余熵。已知丙烷的物性参数为：Tc?369.8K、pc?4.246MPa、??0.152。剩余焓与剩余熵的计算公式为：

??B(0)dB(0)HR?pr???RTTdTr??r??B(1)dB(1)??SR?dB(0)dB(1)????pr??????????TdTdTdT??rr??；R?rr?

B(0)?0.083?其中：和对比压力。

0.4220.172(1)B?0.139?Tr1.6； Tr4.2，Tr、pr分别为对比温度

解：Tr?TTc?378369.8?1.022，pr?ppc?0.5074.246?0.119

B(0)?0.083?B(1)?0.139?0.4220.422?0.083???0.3251.61.6Tr1.022 0.1720.172?0.139???0.0184.24.2Tr1.022

dB(0)0.6750.675dB(1)0.7220.722?2.6??0.638???0.6452.65.25.2dTrTr1.022Tr1.022，dTr

??B(0)dB(0)??B(1)dB(1)??HR?pr??????????RTTdTTdTr??rr????r???0.325???0.018???0.119????0.638??0.152???0.645????0.126?1.022?????1.022r

HR??0.126RT??0.126?8.314?378??396?J?mol-1?

?dB(0)SRdB(1)???pr??????0.119???0.638?0.152?(?0.645)???0.088RdTdT?rr? SR??0.088R??0.088?8.314??0.732?J?mol-1??K?1

2．在473K、5MPa下二元气体混合物的逸度系数满足下列关系：

ln??y1y2?1?y2?，式中y1，y2为组分1和组分2的摩尔分率，试求f?1、f?2的??(nln?)??i??ln???n??i??T,p,nj[i]。表达式，并求出当y1?0.5时的f1、f2各为多少？已知： 解：

nln??n1n2(n?n2)2n，则：

??(nln?)???(nln?)?3?1???ln??2yln???y12(1?2y2)22?????n1?T,p,n2??n2?T,p,n1，

?f?i?i，(?i?1,2)322y2y1(1?2y2)??pyi又，因此f1?py1e，f2?py2e

32y22?0.53?f?pye?5?0.5?e?3.21?MPa? 1当p=5MPa，y1?y2?0.5时，1??pyey12(1?2y2)?5?0.5?e0.52?(1?2?0.5)?4.122?MPa?f22

3．已知环己烷(1)－苯酚(2)二元系统在144℃的气液平衡形成恒沸物，恒沸物组

azazs成x1?y1?0.294。已知144℃时物质的饱和蒸气压p1?75.20kPa，sEEp2?31.66kPa。GRT?Bx1x2，G该溶液的过量Gibbs函数与组成的关系为其

中B仅是温度的函数。求该二元系在x1?0.6时的平衡压力及气相组成，假设气相近似为理想气体。已知：①活度系数与过量偏摩尔Gibbs函数之间的关系为

???nGERT???ln?i???ni????T,p,nj[i]ssp?px??px2?2。 1112；②汽液相平衡关系符合关系式

nnnGE?B12n，则： 解：RT??(nGE/RT)???(nGE/RT)?2ln?1???Bx2ln?2???Bx12???n1?n2??T,p,n2??T,p,n1，

s?1azp2?ssazazazpy?px?x?y?p1，代入数据得：iii及恒沸点关系ii知：2由气液相平衡关系i

2B(x2?x12)?ln31.6675.20，解得B??2.1

22x?0.4ln???2.1x??2.1?0.6?0.756，?1?0.47；同理， 112当，

ln?2??2.1x12??2.1?0.42??0.336，?2?0.715

ssp?p1x1?1?p2x2?2?75.20?0.4?0.47?31.66?0.6?0.715?27.72?kPa?

px?75.20?0.4?0.47y1?111??0.510p27.72

T2s4．某冷冻装置每小时必需获得冷冻量

Q0?4.18?105kJ?h-1，它采用氨蒸汽压缩制冷循

31环。该循环的运行如下图所示，并已知各关键点

-1-1H?1450kJ?kg1的焓值为，H2?1570kJ?kg，

4H3?H4?405kJ?kg-1，试求该制冷循环中每kg氨

题二、4小题附图

S-1-1qW/kJ?hm/kg?h0s的冷冻能力，氨的循环速率，压缩机所需的功，制冷系数

?。已知制冷系数为??Q0??Ws?

Q04.18?105-1m???400kg?hH1?H41450?405解：

??q0?H1?H4?1045kJ?kg-1??

?Ws?m(H2?H1)?400?(1570?1450)?48000?kJ?h-1?

Q04.18?105????8.71??Ws?48000

?3-15．在温度308K下的PS-环己烷Θ溶剂，当溶液浓度为c?7.36?10kg?L，其

渗透压为4.3Pa，试根据Flory-Huggins溶液理论求此溶液的第二Virial系数B2、Flory-Huggins相互作用参数?、PS的?PS和PS的分子量Mn。 已知Virial方程为

??*?c?RT1Mn?B2c*??，相互作用参数与溶解度参数的关系为

V1(?1??2)2??16.7?J?cm?3?123-1RT，1，环己烷的摩尔体积为V1?108cm?mol。

*?c?RT1Mn?B2c解：

??，因为环己烷是PS的?溶剂，因此B*2?0，??12。

8.314?103?308?7.36Mn?RTc???4.383?1064.3

V??1(?1??2)2?312??16.7(?Jcm，)而V1?108c3m?RT1根据，已知

-1mol因此，

?PS??2???1RT?8.31?43?080.5-312?16.7??13.?3(Jcm)V1108

三、简答题(10分，每小题5分)：

①何为高分子理想溶液？试比较小分子理想溶液与高分子理想溶液的不同点。 解答：在Θ温度下，高分子溶液的过量化学位为零，是高分子理想溶液。亦即Θ溶液的情况，此时高分子“链段”间与高分子“链段”与溶剂分子间的相互作用抵消，高分子处于无扰状态，排斥体积为零。

EEidEid对于小分子溶液：H??H?0，S??S??S?0，G??G??G?0 EEEEE对于高分子溶液：G??H?T?S?0，但H?0，S?0。

②可用Flory-Huggins相互作用参数χ和第二Virial系数B2来判断溶剂优劣试问它们分别为何值时，溶剂是高分子化合物的良溶剂、Θ溶剂、非溶剂以及高分子在上述三种溶液中的热力学特征和形态是怎样的? 解答：

*

?

*B2

高分子状态 良溶剂

1?2 >0

高分子链扩张

Θ溶剂

12 =0

高分子链为自然状态

?非良溶剂

1?2 <0

高分子紧缩析出

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