天津大学化工热力学期末试卷答案.docx

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1、本科生期末考试试卷统一格式16开： 20 20 学年第 学期期末考试试卷化工热力学 A或B卷 共 页考试时间：20 年 月 日学院 专业 班 年级 学号 姓名 题号一二三四五六七八九十成果得分一、 简答题共8题，共40分，每题5分1. 写出封闭系统和稳定流淌系统的热力学第肯定律。答：封闭系统的热力学第肯定律： 稳流系统的热力学第肯定律：2. 写出维里方程中维里系数B, C的物理意义，并写出舍项维里方程的混合规那么。答：第二维里系数B代表两分子间的相互作用，第三维里系数C代表三分子间相互作用，B和C的数值都仅仅及温度T有关；舍项维里方程的混合规那么为：，3. 写出混合物中i组元逸度和逸度系数的定

2、义式。答：逸度定义：T恒定 逸度系数的定义：4. 请写出剩余性质及超额性质的定义及定义式。答：剩余性质：是指同温同压下的志向气体及真实流体的摩尔广度性质之差，即：；超额性质：是指真实混合物及同温同压和一样组成的志向混合物的摩尔广度性质之差，即： 5. 为什么K值法可以用于烃类混合物的汽液平衡计算？答：烃类混合物可以近似看作是志向混合物，于是在汽液平衡根本表达式中的，在压力不高的状况下，Ponding因子近似为1，于是，汽液平衡表达式化简为：。由该式可以看出，K值仅仅及温度和压力有关，而及组成无关，因此，可以永K值法计算烃类系统的汽液平衡。6. 汽相和液相均用逸度系数计算的困难是什么？答：依据逸

3、度系数的计算方程，须要选择一个同时适用于汽相和液相的状态方程，且计算精度相当。这种方程的形式困难，参数较多，计算比拟困难。二、 推导题共2题，共15分，其中第一题8分，第二题7分1. 请推导出汽液相平衡的关系式。其中：液相用活度系数表示，以Lewis-Randell规那么为基准；汽相用逸度系数表示。答：依据相平衡准那么，有；其中，等式左边项可以依据逸度系数的定义式变形为：；等式的右边项可以依据活度系数的定义式变形为：，而标准态取为同温同压下的纯液体，于是有，带入相平衡准那么，得到：2. 从汽液相平衡的关系式动身，进展适当的假设和简化，推导出拉乌尔定律。答：1) 压力远离临界区和近临界区时，指数

4、项。2) 假设体系中各组元是同分异构体, 顺反异构体, 光学异构体或碳数相近的同系物，那么，汽液两相均可视为志向化合物，依据Lewis-Randall规那么，有；同时，。3) 低压下，汽相可视为志向气体，于是有：，。综上所述，汽液平衡体系假设满意1，2，3，那么：，即为拉乌尔定律。三、 计算题共4题，共45分，其中第一题15分，第二题15分，第三题5分，第四题10分1. 求某气体在473 K，30105 Pa时，Hm=：pVm=RT+10-5p，其中：p单位Pa，Vm单位m3mol-1，Cpid 10-3 T (Jmol-1K-1)。设：该饱和液体在273 K时，Hm=0 (Jmol-1) 。

5、其中安托尼常数，。安托尼方程中压力p：Pa，T：K，压力用自然对数表示设z =1273K, pis, l473K, 3MPa, g273K, pis, ig473K, 3MPa, ig答：首先涉及路径，273 K饱和蒸汽压下的气体可近似视为志向气体。 -2824 kJmol-1 kJmol-1Vm=RT/p+10-5 Jmol-1 kJmol-12. 有人提出用以下方程组来表示恒温恒压下简洁二元体系的偏摩尔体积：其中：V1和V2是纯组分的摩尔体积，a, b只是T, p的函数，试从热力学角度分析这些方程是否合理？答：由于该方程涉及到偏摩尔性质和温度压力等参数，因此假如该方程合理，必须要满意Gib

6、bs-Duhem方程。首先，衡量等温等压下的Gibbs-Duhem是否满意：即：。对二元体系，做衡等变形，得：由得：，。于是，有：，因此，该表达式不合理。模拟题三一, 选择题1, 关于化工热力学用途的以下说法中不正确的选项是 A.可以推断新工艺, 新方法的可行性； B.优化工艺过程； C.预料反响的速率；D.通过热力学模型，用易测得数据推算难测数据，用少量试验数据推算大量有用数据；E.相平衡数据是别离技术及别离设备开发, 设计的理论根底。2, 纯流体在肯定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，那么此物质的状态为 。A饱和蒸汽 B.饱和液体 C过冷液体 D.过热蒸汽3, 超临界流体是以下 条件

7、下存在的物质。A.高于Tc和高于Pc B.临界温度和临界压力下 C.低于Tc和高于Pc D.高于Tc和低于Pc4, 对单原子气体和甲烷，其偏心因子，近似等于 。A. 0 B. 1 C. 2 D. 35, 关于化工热力学探讨特点的以下说法中不正确的选项是 A探讨体系为实际状态。B说明微观本质及其产生某种现象的内部缘由。C处理方法为以志向态为标准态加上校正。D获得数据的方法为少量试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。6, 关于化工热力学探讨内容，以下说法中不正确的选项是 A.推断新工艺的可行性。 B.化工过程能量分析。 C.反响速率预料。 D.相平衡探讨7, 分)0.1

8、Mpa ,400K的1kmol体积约为 A 3326L B C 8, 以下气体通用常数R的数值和单位，正确的选项是 A C 82.05 D 9, 纯物质 PV图临界等温线在临界点处的斜率和曲率都等于 。A. -1 B. 0 C.1 D. 不能确定10, 对志向气体有 。 11, 对单位质量，定组成的均相流体体系，在非流淌条件下有 。A dH = TdS + Vdp BdH = SdT + Vdp C dH = -SdT + Vdp D. dH = -TdS -Vdp12, 对1mol符合状态方程的气体， EMBED Unknown 应是 A.R/V； B.R ；C. -R/P ；D.R/T。1

9、3, 当压力趋于零时，1mol气体的压力及体积乘积PV趋于 。A. 零 B 无限大 C. 某一常数 D. RT 14, 不经冷凝，能否将气体通过其他途径变成液体？ A.能 B.不行能 C.还缺条件15, 对1molVan der Waals气体，有 。A. (S/V)T=R/(v-b) B. (S/V)T=-R/(v-b)C. (S/V)T=R/(v+b) D. (S/V)T=P/(b-v)16, 纯物质临界点时，其比照温度Tr 。A= 0 B 0 D=1 17, 当压力趋于零时，1mol气体的压力及体积乘积PV趋于:a. 零 b. 无限大 c. 某一常数 d. RT 18, 以下各式中，化学

10、势的定义式是 ( )19, 关于偏摩尔性质，下面说法中不正确的选项是 ( )A纯物质无偏摩尔量 。 BT，P肯定，偏摩尔性质就肯定。C偏摩尔性质是强度性质。D强度性质无偏摩尔量 。20, 对无热溶液，以下各式能成立的是 。A. SE=0，VE=0 B. SE=0，AE=0 C. GE=0，AE=0 D. HE=0，GE= -TSE21, 以下方程式中以正规溶液模型为根底的是 。A. NRTL方程 B. Wilson方程 C. Margules方程 D .Flory-Huggins方程22, 戊醇和水形成的二元三相气液液平衡状态，其自由度F= 。A. 0 B. 1 C. 2 D. 323, 在肯

11、定的温度和压力下二组分体系汽液平衡的条件是 。24, 对液相是志向溶液，汽相是志向气体体系，汽液平衡关系式可简化为 。A yi f = xi piS B. yi p =i xi piS C yi p = xi piS D. yi p = xi piS 25, 关于偏摩尔性质，下面说法中不正确的选项是 ( )A纯物质无偏摩尔量 。 BT，P肯定，偏摩尔性质就肯定。C偏摩尔性质是强度性质。 D.偏摩尔吉氏函数等于化学势。26.关于志向溶液，以下说法不正确的选项是 。A.志向溶液肯定符合Lewis-Randall规那么和Henry规那么。B.符合Lewis-Randall规那么或Henry规那么的溶

12、液肯定是志向溶液。C.志向溶液中各组分的活度系数均为1。D.志向溶液全部的超额性质均为0。27, 等温等压下，在A和B组成的均相体系中，假设A的偏摩尔体积随A浓度的减小而减小，那么B的偏摩尔体积将随A浓度的减小而( ) A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 不肯定28, 苯1和环己烷2在303K，下形成X1溶液。此条件下V1=3/mol，V2=3/mol，=3/mol，=3/mol，那么超额体积VE= cm3/mol。 B.0 C. -0.24 29, 以下偏摩尔吉氏函数表达式中，错误的为 。 B. 30, 以下偏摩尔性质及溶液性质关系式中，正确的选项是n mol溶液性质，nM= 。31,

13、 混合物中组分i的逸度的完整定义式是( )。A. B. C. D. 32, 二元志向稀溶液，其溶质和溶剂分别遵守 。 A. Henry规那么和Lewis-Randll规那么. B. Lewis-Randll规那么和Henry规那么. C. 拉乌尔规那么和Lewis-Randll规那么. D. Lewis-Randll规那么和拉乌尔规那么.33, 以下化学势i和偏摩尔性质关系式正确的选项是 Ai= i B. i= i C. i=i D. i= i 34, Wilson方程是工程设计中应用最广泛的方程。以下说法不正确的选项是( )。A. 引入了局部组成的概念以及温度对i的影响，因此精度高。 B.适

14、用于极性以及缔合体系。C.用二元体系的参数可以推算多元系。 D.适用于液液局部互溶体系。35.等温汽液平衡数据如符合热力学一样性，应满意以下条件中 。A. 足够多的试验数据 B. 1 ln1/2dX10 C. ln1/ PT，X0 D. ln1/ TP，X 036, 气体经过稳流绝热膨胀，对外作功，如忽视宏观动能，位能改变，无摩擦损失，那么此过程气体焓值 。 A. 增加 B. 削减 C. 不变 D.不确定37, 节流效应T-P图上转化曲线是表示 的轨迹。A. j=0 B. j0 38, 志向的Rankine循环工质是在汽轮机中作_膨胀A 等温 B) 等压 C等焓 D等熵39, 不行逆过程中孤立

15、体系的 A.总熵是增加的， 也是增加的 B.总熵是削减的， 也是削减的C.总熵是削减的， 但是增加的 D. 总熵是增加的，但是削减的 40, 卡诺制冷循环的制冷系数及( )有关。A. 制冷剂的性质 B. 制冷剂的工作温度C. 制冷剂的循环速率 D. 压缩机的功率41, Rankine循环是由锅炉, 过热器, 汽轮机, 冷凝器和水泵组成。 A 正确 B) 错误42, 蒸汽压缩制冷中蒸发器置于高温空间，冷凝器置于低温空间。 A 正确 B) 错误43, 稳态流淌过程的志向功仅取决于体系的初态及终态及环境温度T0，而及详细的改变途径无关。 A 正确 B) 错误44, 要对化工过程进展节能改良，就必需对

16、志向功, 损失功, 热力学效率进展计算和热力学分析。 A 正确 B) 错误45, 能量是由火用和火无两局部组成。 A 正确 B) 错误46, 关于制冷原理，以下说法不正确的选项是 。A. 任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降 。B. 只有当，经节流膨胀后，气体温度才会降低。C. 在一样初态下，等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大。D. 任何气体,经节流膨胀后,温度都会下降。47, 作为朗肯循环改良的回热循环是从汽轮机即蒸汽透平机中抽出局部蒸汽 。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48, 一封闭体系经过一改变，体系从25恒温水浴汲取热量8000KJ，

17、体系熵增25KJ/K，那么此过程是 。 A. 可逆的 B.不行逆的 C. 不行能的49, 关于制冷循环，以下说法不正确的选项是 。(A)冬天，空调的室外机是蒸发器。 (B)夏天，空调的室内机是蒸发器。(C)冰箱里冷冻鱼肉所需的制冷量是由冷凝器汲取的热供应的 。 (D)冰箱里冷冻鱼肉所需的制冷量是由蒸发器汲取的热供应的。50, 对于蒸汽动力循环要提高热效率，可实行一系列措施，以下说法不正确的选项是 。 (A)同一Rankine循环动力装置，可提高蒸气过热温度和蒸汽压力(B)同一Rankine循环动力装置，可提高乏气压力。(C) 对Rankine循环进展改良，采纳再热循环。(D)对Rankine循

18、环进展改良，采纳回热循环。51, 体系经不行逆循环又回到初态，那么热温熵的循环积分 。 A 0 52, 同一热机在夏天的热机效率比在冬天的热机效率 。 A. 一样 B.低 C.高 D.不肯定53, 对膨胀作功过程，等熵效率的定义是不行逆绝热过程的作功量及可逆绝热过程的作功量之比。 A 正确 B) 错误54, 提高汽轮机的进汽温度和进汽压力可以提高蒸汽动力循环效率。 A 正确 B) 错误55, 气体从高压向低压作绝热膨胀时，膨胀后气体的压力温度必定降低。 A 正确 B) 错误二, 填空题1, (2分)在PT图上纯物质三种聚集态相互共存处称 。2, (2分)常用的 8个热力学变量 P, V, T,

19、 S, h, U, A, G可求出一阶偏导数336个，其中独立的偏导数共112个，但只有6个可通过试验干脆测定，因此须要用 将不易测定的状态性质偏导数及可测状态性质偏导数联系起来。3, (2分)纯物质 P-V图临界等温线在临界点处的斜率 _， 曲率为 _。4, (2分)麦克斯韦关系式的主要作用是 。5, (2分)描述流体PVT关系的立方型状态方程是 _三次方的物态方程。6, (2分)剩余性质的定义是 =_。7, (2分)志向溶液的过量性质ME等于 。8, (6分)由于邻二甲苯及对二甲苯, 间二甲苯的构造, 性质相近，因此它们混合时会形成_溶液，它们的H=_，V=_。9, (2分)二元混合物容积

20、表达式为V=X1V1+X2V2+X1X2，如选同温同压下符合Lewis-Randll规那么的标准态就有 V= 。10, (4分)等温等压下二元溶液组分的活度系数及组成之间关系，按Gibbs-Duhem方程 X1dln1+_ = _ 。11, (2分)溶液中组分i的活度系数的定义是 i =_。12, (2分)对封闭体系，单位质量能量平衡方程式是_,对稳定流淌体系单位质量能量的平衡方程式是_.13, (2分)孤立体系的熵增表达式是_14, (2分)肯定状态下体系的火用指体系由该状态到达及 时，此过程志向功。15, (2分)稳流体系熵方程中熵产生是体系内部 所引起的。16, (2分)纯物质T-S图两

21、相区水平线段结线长度表示 大小。17, (2分)能量平衡时以热力学 为根底，有效能平衡时以热力学 为根底。三, 推断题1, (1分)肯定压力下，纯物质的泡点温度和露点温度是一样的，且等于沸点。( )2, (1分)在TS图上, 空气和水蒸气一样,在两相区内,等压线和等温线是重合的。 ( ) 3, (1分)由于邻二甲苯及对二甲苯, 间二甲苯的构造, 性质相近，因此它们混合时会形成志向溶液。( )4, (1分)二元共沸物的自由度为2。( )5, (1分)志向溶液各组分的活度系数和活度为1。( )6, (1分)逸度也是一种热力学性质, 溶液中组分i的分逸度及溶液逸度的关系为 7, (2分)冬天，使室温

22、由10升至20，空调比电加热器更省电。 ( )8, (2分)对不行逆绝热循环过程，由于其不行逆性，孤立体系的总熵变大于0。 ( )9, (2分)志向功Wid是指体系的状态改变是在肯定的环境条件下按以完全可逆过程进展时，理论上可能产生的最大功或者必需消耗的最小功，因此志向功就是可逆功，同时也是的负值。( )10, (2分)损失功及孤立体系的总熵变有关，总熵变越大，损失功越大，因此应当尽量削减体系的不行逆性。( )11, (2分)志向功Wid是指体系的状态改变是在肯定的环境条件下按以完全可逆过程进展时，理论上可能产生的最大功或者必需消耗的最小功，因此志向功就是可逆功，同时也是的负值。( )四, 名

23、词说明1, (5分)偏离函数2, (5分)偏心因子3, (5分)广度性质4, (5分)R-K方程(Redlich-Kwong 方程)5, (5分)偏摩尔性质6, (5分)超额性质7, (5分)志向溶液8, (5分)活度五, 简答题1, (8分)简述偏离函数的定义和作用。2, (8分)甲烷, 乙烷具有较高的燃烧值，己烷的临界压力较低，易于液化，但液化石油气的主要成分既不是甲烷, 乙烷也不是己烷，而是丙烷, 丁烷和少量的戊烷。试用下表分析液化气成分选择的依据。物质临界温度临界压力正常沸点燃烧值Tc，Pc，atmTB，kJ/g甲烷乙烷丙烷正丁烷正戊烷正己烷3, (6分)工程上常见的汽液平衡问题有哪些

24、类型？4, (6分)相平衡的热力学一样性检验5, (6分)卡诺定理的主要内容是是么？6, (6分)如何利用热力学第肯定律测量湿蒸汽的干度？7, (6分)什么是志向功, 损失功？六, 图示或计算题1, (20分)在T-S图上画出以下各过程所经验的途径注明起点和箭头方向，并说明过程特点：如G=0 1饱和液体节流膨胀； 2饱和蒸汽可逆绝热膨胀； 3从临界点开场的等温压缩； 4过热蒸汽经冷却冷凝为过冷液体压力改变可忽视。2, (15分)25，下，组分1和2形成二元溶液，其溶液的摩尔焓为H =600180X1 20X13 (J /mol) . 式中X1 为组分1的摩尔分数, 标 准 态 按Lewis-R

25、andall定 那么计算，求15分3, (15分)某含组分 1 和 2的二元溶液，可用 ln1=AX22 , ln2=A X12 关联，A可视为常数， 60 下达汽液平衡时能形成共沸物，现测得60下 1 = 14.7, P1S = 0.0174MPa, P2S，设汽相可视为志向气体。试求：1GE表达式；2A值；360C下恒沸点组成和平衡蒸汽压。4, (15分)某动力循环的蒸汽透平机，进入透平的过热蒸汽为，400，排出的气体为饱和蒸汽，假设要求透平机产生3000kW功率，问每小时通过透平机的蒸汽流量是多少？其热力学效率是等熵膨胀效率的多少？假设透平机的热损失相当于轴功的5%。5, (15分)试比

26、拟如下几种水蒸汽，水和冰的有效能大小。设环境温度为298K。，160，过热蒸汽；， 160，过热蒸汽；，100，过冷蒸汽； 100，饱和蒸汽；，100，饱和水；，0，冰。模拟题三一, 选择题1, (分)C2, (分)D3, (分)A4, (分)A5, (分)B6, (分)C7, (分)D8, (分)A9, (分)B10, (分)C11, (分)A12, (分)C13, (分)D14, (分)A15, (分)A16, (分)D17, (分)18, (1分)A19, (1分)B20, (1分)D21, (1分)C22, (1分)B23, (1分)A24, (1分)D25, (1分)B26, (1分

27、)B27, (1分)A28, (1分)A29, (1分)D30, (1分)D31, (1分)A32, (1分)A33, (1分)C34, (1分)D35, B36, 分)B37, 分)A38, 分)D39, 分)D40, ()B41, 分)A42, 分)B43, 分)A44, ()A45, ()A46, ()D47, ()B48, ()C49, ()C50, ()B51, ()A52, ()B53, ()A54, ()A55, ()A二, 填空题(共6小题，12分)1, (2分)三相点2, (2分)Maxwell关系式3, (2分)0,04, (2分)将不易测定的状态性质偏导数及可测状态性质偏

28、导数联系起来.5, (2分)体积6, (2分)M-M (T,P肯定)7, (2分)08, (6分)志向溶液，0，09, (2分)V =X1X210, (4分) X2 d2 , =011, (2分)ai/Xi12, (2分)UQW H1/2U2+gz=Q+Ws 或HEkEpQWs13, (2分)ds014, (2分)环境基态完全平衡15, (2分)不行逆性16, (2分)汽化熵17, (2分)第肯定律；第二定律三, 推断题1, (1分)2, (1分)3, (1分)4, (1分)5, (1分)6, (1分)7, (2分)8, (2分)9, (2分)10, (2分)11, (2分)四, 名词说明1,

29、 (5分) 指气体真实状态下的热力学性质M及同一T，P下当气体处于志向状态下热力学性质M* 之间的差额。2, (5分) 表示分子及简洁的球形流体氩，氪, 氙分子在形态和极性方面的偏心度。3, (5分)无4, (5分)无5, (5分)偏摩尔性质 在T, P和其它组重量nj均不变状况下，向无限多的溶液中参与1mol的组分i所引起的一系列热力学性质的改变。6, (5分)超额性质的定义是 ME = M -Mid，表示一样温度, 压力和组成下，真实溶液及志向溶液性质的偏差。ME 及ME意义一样。其中GE是一种重要的超额性质，它及活度系数相关。7, (5分)志向溶液有二种模型标准态：iid= Xi fi

30、LR 和iid= Xi kiHL有三个特点：同分子间作用力及不同分子间作用力相等，混合过程的焓改变，内能改变和体积改变为零，熵变大于零，自由焓改变小于零。8, (5分)无五, 简答题1, (8分)偏离函数定义， 指气体真实状态下的热力学性质M及同一T，P下当气体处于志向状态下热力学性质M* 之间的差额。假如求得同一T，P下MR ，那么可由志向气体的M* 计算真实气体的M 或M。2, (8分)1虽然甲烷具有较高的燃烧值，但在它的临界温度远低于常温，而乙烷的临界温度也低于夏天的最高温度，也就是说，即使压力再高，也不能使它们液化。2尽管己烷的临界压力较低，但它的正常沸点远高于常温，即在常温它不易气化

31、，不利于燃烧。3, (6分)无4, (6分)用热力学的普遍原理来检验试验数据的牢靠性。检验的根本公式是Gibbs-Duhem方程。该方程确立了混合物中全部组分的逸度或活度系数之间的相互关系。常用的方法是面积检验法和点检验法。汽液平衡数据的热力学一样性是推断数据牢靠性的必要条件，但不是充分条件。3. 相平衡的热力学一样性检验5, (6分)全部工作于等温热源和等温冷源之间的热机，以可逆热机效率最大，全部工作于等温热源和等温冷源之间的可逆热机其效率相等，及工作介质无关。 max1T2/T16, (6分)采纳节流原理，当湿蒸汽充分节流后变为过热蒸汽，测定过热蒸汽的温度, 压力得知过热蒸汽的焓值，从而求

32、得湿蒸汽的干度。7, (6分)志向功是指体系的状态改变是在肯定的环境条件下按完全可逆的过程进展时，理论上可以产生的最大功或者必需消耗的最小功。损失功时指给定一样的状态改变时的不行逆实际功及志向功之间的差值。 Wl=Wac-Wid六, 图示或计算题1, (20分) (1) H=0 (2) S=0 (3) T=0 (4) P=03 14, (15分)解：进出透平机的蒸汽状态见以下图所示，焓, 熵值从附录水蒸汽表中查到，按稳流系统热力学第肯定律对透平机进展能量衡算，H=Q-Ws 那么 蒸汽流量 按此题意，等熵膨胀的空气应当是湿蒸汽，即为饱和蒸汽和饱和水的混合物，此时熵值，即为饱和蒸汽和饱和水的熵按比

33、例混合，从附录查得饱和蒸汽的熵，从饱和水性质表查得饱和液体的熵， 设空气中气相重量百分含量为x,那么x+(1-x)解得 x空气的焓值 H=xHg+1-xHl2631.4+(1-0.9126)kg-1定熵效率 5, (15分)解：由水和水蒸汽性质表可查得各状态点的焓和熵值，设298K，液态水为基准态，有效能为零。 依据有效能计算式： 计算结果见下表所列。序号t,P,MPaH,kJkg-1S,kJkg-1K-1B,kJkg-102501160216031004100510060 推断水蒸汽的价值，应当用有效能而不是焓，从表中1，2可见，一样温度下，高压蒸汽的焓值虽不如低压蒸汽高，但是其有效能却比低压蒸汽为高。实际运用中，当然高压蒸汽的运用价值高，相对称为高品质能量。