化工热力学考试试卷

化工热力学考试试卷（附答案）一、填空题（每题2分）1. 正丁烷的偏心因子=0.193,临界压力pc=3.797MPa,在Tr=0.7时的蒸汽压为 MPa2. 混合物的逸度与纯组分逸度之间的关系是3. 剩余性质实质相同的温度和压力下 热力学性质之差；超额性质是指 热力学性质之差4. 气体从高压到低压作绝热可逆膨胀时口广，口S，理想气体流过节 流阀时，口 ，口S5. 由热力学第二定律可知，过程的不可逆性越大，过程的熵产$，损耗功WL二、选择题（每题2分）1. 在90口，1atm下，苯（1）一甲苯（2）汽液平衡系统可以视为完全理想体系， 此条件下蒸汽压pS=i.343atm，下面哪种做法不利于提高朗肯循环热效率？（）A.提高汽轮机进汽温度B.提高汽轮机进汽压力 C. 提高汽轮机出汽压力D.抽出汽轮机部分蒸汽用于加热锅炉供水2=0.535atm，则汽液平衡组成山分别是（）A. 0.576;0.773B.0.773;0.576C.0.424;0.227D.0.227;0.4242. 熵产浇是由 而引起的A. 体系与环境间热量交换C.体系内部的不可逆性B. 体系与外界功的交换D.体系与外界的物质交换3. 冬天要给寝室供热取暖，消耗500Wh的电量，采用可逆热泵循环（空调）， 电热器两种供热方式，哪种供热量多？（）A. 热泵B.两者相等C.电热器D.有争议，无法比较5. 对于无热溶液，下列各式成立的是A.Se=0,Ve=0B.Se=00=0C.Ge=0,Ae=0D.He=0,Ge=-TSe6. 苯（1）环己烷（2）在303K，0.1013MPa下形成=0.3的溶液，此条件下V1=89.96cm3/mol, V2=109.4cm3/mol, V_1=91.25cm3/mol, V_2=109.64cm3/mol,溶液的 超额体积为 cm3/mol.A.0.55B.-0.24C.-0.55D.0.247. 化工热力学中有各种状态方程，如RK方程，理想气体状态方程，vdW方程， SRK方程，PR方程，请为它们的计算准确性排序（）A. RKPRSRKvdW 理想气体状态方程B. PRSRKRKvdW 理想气体状态方程C. PRvdWSRK RK理想气体状态方程D. SRKPKPRvdW 理想气体状态方程8. 下列关于逸度的说法不正确的是（）A.逸度可称为校正压力B.逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度C. 逸度表达了真实气体对理想气体的偏差D. 逸度课代替压力，使真实气体的状态方程变为T；=nRT9. 立方型状态方程有多种形式，其中对摩尔体积V的三次展开式中，若解得V有 三个实根，则最大的根表示（）A.气相摩尔体积VvB.液相摩尔体积VlC.无实际物理意义D.气相摩尔体积与液相摩尔体积之和10. 下列化工热力学研究特点的说法不正确的是（）人.研究体系为实际状态B. 处理方法以理想状态为标准态加以校正C. 解释微观本质及其产生某种现象的内部原因D. 应用领域是解决工程中的能量利用及平衡问题三、计算题（每题15分）1. 某二组元液体混合物在298K和1.0133 X105Pa下的焓可用下式表示:H = 100x +150x + XX（0x + 5x ）121212式中H单位为J/mol。试确定在该温度、压力状态下（a）用x1表示H1和H2；（b）纯组分焓H1和H2的数值；（c）无限稀释下液体的偏摩尔焓H广 和冬广的数值。2. 试将以下形式的RK方程改写成普遍化形式，并计算在300K, 3.704MPa时异丁烷的摩尔体积1 M （里，1 - h B 1 + h ）式中 h=B/ Z , B=bp /RT , A/B=a/ bRT i. 5 , a 和 b 为 RK 方程参数。（参考热力学数据：=408.1K , p = 3.648 x 106pa ）3.已知某含组分1和2的二元溶液的Ge/RT =BX1 X2, B可视为常数，50C下 达汽液平衡时能形成共沸物，现测得50C下广= 14.7,P1S = 0.0174MPa, P2S = 0.0667MPa,汽相可视为理想气体。试求：（1）lnY1和lnY2表达式（以气为变量）（4分）（2）常数B值（3分）；（3）50口下恒沸点组成和平衡蒸汽总压（即平衡压力）（7分）；（4）AG表达式（以气为变量）（4分）。4.某一蒸汽动力循环装置，锅炉压力为4MPa,冷凝器工作压力为0.004MPa。进 入透平机的是过热蒸汽，温度为500C。(1) 若此循环为理想郎肯循环，试求循环的热效率和汽耗率。(2) 若过热蒸汽通过透平机进行实际的不可逆绝热膨胀过程，排出乏汽的干度 为0.92，试求此实际过程的郎肯循环的热效率和汽耗率。(参考热力学数据：4MPa、500C 过热蒸汽 H = 3445.3J - kg -1, S = 7.0901 - kg -1 - K-10.004MPa 乏汽 Hsv = 2554.4kJ - kg-1 Hsi = 121.46kJ - kg-1Ssv = 8.4746kJ - kg-1 - K-1 Ssi = 0.4226kJ - kg-1 - K-1)例图&2动力循环TS图四、论述题(10分)有人说，学好化工热力学的首要问题是突出课程的一条主线一一Gibbs函数G， 谈谈你对这个观点的认识。参考答案、1.0.24352. lnf=Yxln(fJx)3. 真实气体与理想气体4. 01.解:(1)因为:故：H = 100x +15oG-x )+x (-x )10x +5(l-x )=150 45x 5x3iiiiii i又:M =M-x2J1 T,p所以:=H + G-气dHr dH求微分:dxitdx j1 T,p= -45-15x2 iH =H-x2dx、11 T,p故：H =150 45尤-5x3 +ii i+ 15x2=105 -15x2 +10x31 1 1 =15。-45 气-5 气3 + /5 + 15)=150 + l 捋刃勇(2)将xl=l及xl=0分别代入上式，得纯组分培Hl和H2。H 广 I。%。/尸5。/(3) H12和 百2是指在x1=0及x1=1时的H 及H2气=0代入上式，得：H 2 = 105 J/ j1.- mol将xi = 1代入上式，得:H 2= 160 J/ 7 2- mol2、解：T = T Tc ro 0.08664p得B =tLrA_ 4.9340B T 1.5 r分别将B及A/B值代入题给形式的RK方程，则上-4.9340 x1 - hT151 + h J0.08664ph =rZTT rT = T = 0.735cp = P = 0.102c-7.8283(1 + h可得h =四笠令次=盘=0.011967得 Z = 0.9126, h = 0.01311Z = 0.9119, h = 0.01312ZRT0.9119 x 8.314 x 3003.704 x105=6.14 x 10-3 m3 / mol3、解：(1) lnY 1 =BX22, , lny2=BX12(2) ln”= limlny 1 = b = ln14.7 = 2.6878%10(3) 恒沸时 X1=Y1,X2=Y2,py =y xPs 和 Py =y x Ps y Ps =y Ps11 1 1，22 2 21 1 11 2 2lny + ln Ps = lny + ln Ps 与 x + x = 1 联立求解1122122.6878弋 + ln0.0174 = 2.6878x2 + ln0.0667 得气=0.25; x2 = 0.75P = xy Ps + x y Ps = 0.25x 0.0174x e2.6878x0.752 + 0.75x 0.0667x e2.6878x0.252 1 1 1222=0.01973+0.05918=0.07891Mpa(4) AG = Ge + AGid = RT(Bxx + x Inx + x Inx )1 211224、该过程在T-S图上如下图所示.1状态：高压水，4Mpa,水近似不可压缩H -H = V1 Ap16 H OH1 = H6 +1.004 x 10-3 x (4 - 0.004) x 1034 状态：过热蒸汽，4Mpa, 500C H4 = 3445.3灯kg-1,七=7.0901 -kg-1 - K-15 状态：乏汽，0.004Mpa S5 = S4 = 7.0901kJ kg-1 - K-1H5 sv = 2554.4kJ - kg-1H 5 对=H 6 = 121.46kJ - kg-1S5= 8.4746kJ - kg-1 - K-1S5 s= S6 = 0.4226kJ - kg -1 - K-1设状态5乏汽的干度为x,贝Q S5 = S4 = (1 - x)Ssi + xS；v(1 - x) x 0.4226 + xx 8.4746 = 7.0901 解得 x=0.828对焓有H5 = (1 - x)H；i + xHsv = (1 - 0.828)x 121.46 + 0.828 x 2554.4 = 2135.9(kJ - kg-1)6 状态：H6 = 121.46kJ - kg-1, S6 = 0.4226kJ - kg-1 - K-1若为理想郎肯循环：4- 5过热蒸汽可逆绝热膨胀过程，轴功为W = -(H4 -H5) = -(3445.3-2135.9) = -1309.4kJ kg-15- 6乏汽冷凝，放热Q0 = H6 -H5 = 121.46-2135.9 = -2014.44kJ kg-16- 1饱和水升压过程，泵耗功W, = H1 -H6 = V2。询 T.004x10-3 x(4-0.004)x106 = 4.012kJ kg-1且 H1 = H6 + 4.012 = 121.46 + 4.012 = 125.47kJ kg-1由于泵耗功很少，可忽略不计。1-4水吸热成过热蒸汽，吸热量Q = H4 - H1 = 3445.3-125.47 = 3319.83kJ kg-1理想循环效率门=兰=_(叩气)=139.4-4.12 妇00% = 39%Q Q3319.83冷肄玄*厂36003600汽耗率 SSC = 2.76kg - KW -1 - h-1-W 1305.39N若过程为不可逆绝热膨胀：蒸汽在透平机中绝热膨胀至5状态，由乏汽的干度可求出5状态焓值。H , = (1 - 0.92) X121.46 + 0.92x 2554.4 = 2359.76kJ - kg-13445.3 - 2359.76 - 4.0123319.83x100% = 32.6%这时循环效率为=-W = (H4 -H )-(H1-HJ =QN =5 Q 1实际汽耗率 SSC = 3600 = 3600 = 3.33kg - kW-1 - h-1-W 1081.5N四、参考答案；Gibbs函数G = H -TS是贯穿于化工热力学课程的一条主线。热力学性质计Gr Hr Sr算中引入了剩余Gibbs函数Gr (Y-=旦-E- = ln中)和过量Gibbs函数RT RT RGe(- = - = x Iny .)，它们分别为逸度系数和活度系数与系统剩余iGibbs函数和过量Gibbs函数联系起来。相平衡、化学反应平衡与Gibbs函数的 关系是使系统达到平衡后总的Gibbs函数的变化量AGf = 0，而对于理想功和有 效能则可视为是某种形式的系统状态(T,P)和环境状态,Pe)的Gibbs函数变化量，即 W =-(H - H ) + Te (S - S ) = -AG(T, p, Te)id2121E=-(H - He) + Te (S - Se) = AG(T, p, Te, pe).Xph