化工热力学试卷及答案5套.doc

化工热力学试卷及答案5套.txt大悲无泪，大悟无言，大笑无声。我们手里的金钱是保持自由的一种工具。女人在约会前，一定先去美容院；男人约会前，一定先去银行。 本文由734123896贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 1 页 共 7 页 化工热力学 卷） （A 一、 判断题：试判断对错，并写出原因或相应的公式（2 分510 分） 1熵增原理的表达式为： ?S 0 （ ） 2二阶舍项维里方程可用于计算纯物质的逸度系数（ ） a M = yi ai 3RK 方程中，常数 a, b 的混合规则分别为 i bM = y i bi i （ ） 4无论以 Henry 定律为基准，还是以 Lewis-Randall 规则为基准定义活度， ） 活度和逸度的值不变。 （ 5烃类物系汽液平衡计算可以使用 K 值法。 （ ） 二、 简答题 （5 分735 分） 1写出稳定流动系统热力学第一定律的一般形式， 并对流体流经泵和流经换 热器的系统进行适当的简化。 2写出水在一定温度下的饱和蒸气压的获得方法。 3有人提出用下列方程组来表示恒温、恒压下简单二元体系的偏摩尔体积 V1 ? V1 = a + (b ? a ) x1 ? bx12 V2 ? V2 = a + (b ? a ) x2 ? bx22 式中：V1 和 V2 是纯组分的摩尔体积， a 、 b 只是 T、P 的函数。试从 热力学的角度分析这些方程是否合理？ 4写出局部组成的概念，并说明 Wilson 方程和 NRTL 方程的适用条件。 （其中：液相用活度系数表示，以 5请写出中低压下汽液相平衡的关系式。 Lewis-Randall 规则为基准；汽相用逸度系数表示） 。 6说明基团贡献法的出发点、优点及局限性 7简述估算沸点下蒸发焓的方法 三、 计算题（共 55 分） 1（1） 已知某饱和液体在 273K 时， m=0, Sm=0， H 饱和蒸气压为 1.27105Pa， 若求 478K，68.9105Pa 时该物质蒸汽的 Hm 和 Sm，请设计出计算路径， 并画出图。 （2）请写出各步骤的焓和熵的计算公式。已知：该物质的饱和蒸气压方程为： B ln P s = A ? ，状态方程为: pVm = RT + Cp , 理想 T 气体热容为：C id,m = D + ET ，式中各物理量均为国际单位制标准单位，A、 p B、C、D、E 为常数。 2某二元溶液，Lewis-Randall 规则标准态的超额 Gibbs 自由能可由下式给 出： 答案参见我的百度空间：/734123896/blog/item/a3749ff7da3def245c6008dc.html 第 2 页 共 7 页 G E / RT = x1 x 2 式中： 为常数，两纯组元逸度分别为 f 1 和 f 2 ，单位为 Pa, G : J ? mol , * * E 1 T ：K, 求： （1） 以 Lewis-Randall 规则为标准态的活度系数 1 与 2 的表达式。 （2） 以 Henry 定律为标准态的活度系数 1 与 2 的表达式。 3低压下丙酮（1）乙腈（2）二元体系的汽液平衡中，汽液两相假定均可视 为理想体系，查得丙酮、乙腈的饱和蒸气压方程如下： 2940.46 T ? 35.93 2945.47 ln7.502 p2s = 16.2874 ? T ? 49.15 ln7.502 p1s = 16.6513 ? p1s , p2s 的单位为 KPa，T 的单位为 K。 试求： （1） 当 p 为 85KPa, t 为 55C，该体系的汽液平衡组成 y1, x1 （2） 溶液中总组成为 z1=0.8，当 p 为 85KPa, t 为 55C，该体系的液相分率以及 汽液相组成 y1, x1 （3） 当 t 为 55C，汽相组成 y1=0.5 时相平衡压力与液相组成 x1 （4） 当 t 为 55C，液相组成 x1=0.35 时的相平衡压力与汽相组成 y1 4某蒸汽压缩制冷装置，采用氨作制冷剂，制冷能力为 105kJ/h，蒸发温度为 15，冷凝温度为 30，设压缩机作可逆绝热压缩，试求： （1）压缩单位制冷剂所消耗的功。 （2）制冷剂每小时的循环量。 （3）该制冷装置所提供的单位制冷量。 （4）循环的制冷系数。 5写出已知压力（p）和液相组成（ x1 , x 2 , L , x n ） ，求泡点温度（T）及与之相平 衡的汽相组成（ y1 , y 2 , L , y n ）的计算过程（可以写计算框图，也可以叙述计算过 程） 。 答案参见我的百度空间：/734123896/blog/item/a3749ff7da3def245c6008dc.html 第 3 页 共 7 页 （B 卷） 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动系统的热力学第一定律。 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 则。 3. 请分别以水溶解度和辛醇/水分配系数为例，简述环境热力学中相关的关系 和特点。 4. 写出混合物中 i 组元逸度和逸度系数的定义式。 5. 请写出剩余性质及超额性质的定义及定义式。 6. 为什么 K 值法可以用于烃类混合物的汽液平衡计算？ 7. 写出局部组成的概念及 Wilson 方程和 NRTL 方程的优缺点。 8. 汽相和液相均用逸度系数计算的困难是什么？ 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 规则为基准；汽相用逸度系数表示。 ） 2. 从上式出发，进行适当的假设和简化，推导出拉乌尔定律。 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=? 已知：pVm=RT+10-5p，其中：p 单位 Pa，Vm 单位 m3mol-1， Cpid = 7.0+1.0 10-3 T (Jmol-1K-1)。 设：该饱和液体在 273 K 时，Hm=0 (Jmol-1) 。其中安托尼常数 A=20.7， B=2219.2，C=-31.13。 （安托尼方程中压力 p：Pa，T：K，压力用自然对数表 示） （设z =1） 2. ? 二元溶液中组元 1 的逸度 f1 为 f 1 = 40 x1 ? 60 x12 + 30 x13 ，求： (1) 纯组元 1 的逸度 f1? 答案参见我的百度空间：/734123896/blog/item/a3749ff7da3def245c6008dc.html 第 4 页 共 7 页 (2) 组元 1 在溶液中的 Henry 常数 k1 (3) 用 x1 表示的 1 表达式（基于 Lewis-Randell 规则） (4) 用 x1 表示的 1 表达式（基于 Henry 定律） 3. 有人提出用下列方程组来表示恒温恒压下简单二元体系的偏摩尔体积： V 1 ? V 1 = a + ( b ? a ) x 1 ? bx 12 2 V 2 ? V 2 = a + ( b ? a ) x 2 ? bx 2 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？ 4. 写出已知汽相组成（y1, y2,.,yn）及温度 T，求露点压力 p 及与之相平衡的液 相组成（x1, x2, .xn）的计算过程。 答案参见我的百度空间：/734123896/blog/item/a3749ff7da3def245c6008dc.html 第 5 页 共 7 页 化工热力学 卷） （C 一、简答题（共 4 题，每题 5 分） 1、稳定流动系统热力学第一定律可写成，它应用 于绝热节流的简化形式是，应用于换热器的简化形式是 ，应用于离心泵的简化形式是 。 2、试举两例说明，理想混合物与真实混合物相比，哪些热力学量的计算可以 简化？如何简化？ 3、有人为了在热天给室内降温，把室内的冰箱的门打开，试问这种方法可 行吗？用热力学观点进行解释。 4、在相关区域填写可能存在的相态。 二、判断并改正（共 10 题，每题 3 分） 1、p、V、T 是流体的基本性质之一，通过它可以计算流体的逸度、活度以及 在流动过程中体积功和轴功。 （ ） 答案参见我的百度空间：/734123896/blog/item/a3749ff7da3def245c6008dc.html 第 6 页 共 7 页 2、纯物质的饱和蒸气压仅是温度的函数，可由安托尼方程计算。 （ ） 3、维里系数具有物理意义，它代表了物质极性的大小。 （ ） 4、理想气体有 f = p ，而理想溶液有 i = i （ ） 5、 C p ? C V = R （ ） 6、符合 Lewis-Randall 规则或 Henry 规则的溶液一定是理想溶液。 （ ） 7、流体绝热可逆膨胀的温降总比节流膨胀的大。 （ ） 8、绝热膨胀为等熵膨胀。 9、对于理想混合物， ?H , ?G , ?V 均为零。 （ ） （ ） 10、流体在高压下都会出现“逆向蒸发”或“逆向冷凝”现象。 （ ） 三、计算题（共 5 题，共 50 分） 1 （15 分）纯苯的状态由 0.1 MPa 、353K 的饱和液体变为 453K 的饱和蒸气， 试计算该过程的?H。计算时可用下列数据： 正 常 沸 点 时 的 潜 热 =30681 Jmol-1 ， 饱 和 液 体 在 正 常 沸 点 下 的 体 积 =95.7 cm3mol-1 ， Cpig= 16.0+0.235T (Jmol-1K-1) ， 第 二 维 里 系 数 答案参见我的百度空间：/734123896/blog/item/a3749ff7da3def245c6008dc.html 第 7 页 共 7 页 1 B = ?78( 10 3 ) 2.4 ，上式中 T 的单位是 K，B 是 cm3mol-1，在 453K 时的 T 饱和蒸气压符合方程： log(P s / KPa ) = 6.927 ? 项的维里方程） 2 2037.582 340.2042 + (t / C ) （设苯的 p、V、T 关系符合二阶舍 （12 分）某烃类系统汽相和液相均可视为理想混合物，其液相摩尔分率为： 乙烷（1） ：0.02；丙烷（2） ：0.35；丙烯（3） ：0.60；1-丁烯（4） ：0.03。 已知：15 105Pa 下该混合物的泡点温度为 311K，在此 T、p 条件下的相平衡常 s 数为： 1 = 2.63 ， 3 = 1.03 。 K K 丙烷在 311K 时饱和蒸气压 p 2 = 6.0 10 5 Pa； 311K 时丙烷的第二维里系数 B 2 = ?3.877 10 ?4 m 3 ? mol ?1 求：该条件下的平衡汽相组成。 3、 13 分） （ 苯和环己烷液体混合物的无因次超额 Gibbs 函数可用 G / RT = Bx1 x2 E 表示，且： B = 0.6186 ? 0.004t (