化工热力学试题答案第一组

1、、选择1. 下列热力学基本关系式与 Maxwell公式中，错误的是（C ）A. dG二VdP-SdTB. dH二TdS+VdpC.兰'空 1 D.“T 呼e wv.a2. 、气体经过稳流绝热膨胀，对外作功，如忽略宏观动能，位能变化,无摩擦损失，则此过程气体焓值（B ）。A.增加B.减少C.不变D.不确定3. 关于制冷原理，以下说法不正确的是（ D ）。A. 任何气体，经等熵膨胀后，温度都会下降 。B. 只有当 川 °,经节流膨胀肩，气体温度才会降低。C. 在相同初态下，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4. 对于理想溶液，下列说法正确

2、的是（D ）A.ve 0,he 0B.VE 0,HE <0C.V0,H E -0D.VE =0,H E =05、混合物的逸度f与组分逸度fi之间的关系是 （D）AAA. f=、Xi f iB. fJf'AC. f= ' Xiln fiD. lnf 八 < Infi/<二、填空1、 等温线在两相区中的水平线段随温度升高而缩短最后再临界处缩成一点纯物质PV图临界点处的斜率和曲率都等于_0。2、温-熵图是最有用的热力学性质图，其纵坐标是温度，横坐标是熵。对于可逆过程 QTdS。在T-S图上位于T-S曲线下的面积等于可逆过程吸收或放出的热量 。3、一定状态下体系的火用

3、指体系由该状态达到与_环境基态完全平衡 时，此过程理想功。4. 对封闭体系，单位质量能量平衡方程式是 _ U Q+ W对稳定流动体系单位质量能量的平衡方程式是_ H+ 1/2 U2 +g z二Q+Ws H+A Ek+A Ep= C+ Ws5. 温度为T的热源与温度为T0的环境之间进行变温热量传递，其等于热容为Cp,则ExQ的计算式为（6. 制冷剂的选择原则：参考答案：大气压下沸点低 常温下冷凝压力低 汽化潜热大 具有较高的临界温度和较低的凝固温度 化学稳定性7、评价蒸汽动力循环的经济性指标：热效率和汽耗率。8纯物质T-S图两相区水平线段（结线）长度表示汽化熵 大小。二、阐述及计算题1. 质量为

4、500g的氨气贮存于容积为0.03m3的钢弹内，钢弹浸于65C的恒温浴中，试用普遍化法计算氨气的压力。并与文献值p=2.382MPa 比较Tc=405.6K,Pc=11.28MPa, Vc = 72.6 10-6 m3 / mol二 0.250因为要用普遍化法。故首先计算Vr以此来判断是用普遍化第二维里系数法还是普遍化压缩因子法V 0031.021 10j3m3/mol500/17.02=14.1由于V>2,故适用普遍化第二维里系数关系式。接下来将题目数据带入第二维里方程式中。Tr33H405Q834B=0139D17/283)¥023000830422083#= 0481根据

5、对比第二维里系数的计算：BPe _0 d=以弋 B= 048102500230-0539 RTc所以，0.539 8.314 405611.28 1051.611 104m3/mol由公式,RTRT= 2.378 106 PasRT8.314 338.15V -B _ 1.021 10 1.611 10“计算值与实验值2.382MPa是非常接近的，说明在压力不高的情况下, 普遍化第二维里系数用于极性物质广度性质计算，结果也比较精确2. 某工厂采用氨压缩制冷，制冷能力 Q=200000kJ h-1，操作条件如右图，且已知:H=1661 kJ kg ,-1H=1890 kJ kg ,-1H=560

6、 kJ kg , H 5=535kJ kg-1求：（1）制冷剂循环量（kJ h-1）;(2) 压缩机消耗功率(kW；（3）该循环的制冷系数;（4）冷凝器的热负荷解：（1）单位制冷量：q。=出 一 H5 =1661 _535 =1126kJ/kg（2分）制冷剂循环量：m 二 Qo'q。=200000/1126 = 177.62kg/h（2 分）（2）单位制冷剂消耗的功：Ws =H2 -H1 =1890 -1661 =229kJ/kg（ 2 分）压缩机消耗的功率：Pt mWs 177.62 229/3600 =11.30KW（23600分）（3） 制冷系数：，虫=.些二4.92Ws229（

7、2分）（4 ）单位制冷剂放热量：q2 =H5 - H2 =535 一1890 - -1355kJ/kg（2分）冷凝器热负荷：Q -1355 177.62 240615kJ（2 分）3. 朗肯循环中水蒸气进汽轮机的压力为 30 10 5 Pa,温度为360 C, 乏气压力0.1 105Pa,为了减少输出功率，采用锅炉出口的水蒸气先经 过节流阀适当的降压再送进汽轮机膨胀做功， 如果要求输出的功量降 至正常情况的84%，问节流后进汽轮机前的蒸汽的焓和熵为多少，并示意画出此循环的T-S图(进汽轮机水蒸汽: 汽轮机出口气：HL=i91.83kJ/kgHg=2584.7kJ/kgH仁 3138.7kJ/k

8、gS仁6.7801kJ/(kgsl =0.6483kJ/(kg x K)x K)参考答案:设未经节流阀乏汽的干度为x-5Sg=8.1502kJ/(kg x K) )6.7801=8.1502x+(1-x) x 0.6493-2X=0.817H2 =2584.7 x 0.817+ (1-0.817 ) x 191.83=2146.8kJ/kg未经节流阀的过热蒸汽进入汽轮机的做功量为：-2Ws=H-H2 =3188.7-2146.8=991.9kJ/kg分输出功若要降至正常情况的84%WS =991,9 x 0.84=833.2kJ/kg因节流膨胀经热力学第一定律的分析知为等焓膨胀故 故 H1 、

9、=H 仁 3138.7kJ/kgH2 、=H1 -Ws =3138.7-833.2=2305.5kJ/kg-2分设经过节流阀的过热蒸汽进入汽轮机膨胀做功后的乏汽干度为X、2305.5=2584.7X2、+ （1-X2、）X 191.83X2、=0.8833-2分S21=8.1502 X 0.8833+ (1-0.8833) x 0.6493=7.27kJ/(kg x K)设汽轮机的膨胀为等熵过程故 S1 、二S2 =7.2748kJ/(kg x K) , H1、=3138.7kJ/kg-2分34.定温定压下，二元系的焓值可用H = 300 -9°X1 -1°X1表示，H的因

10、次 为J/mol。试求X1 "4时的H1、h2 ；纯物质的焓H1和H2;混和性质 H和过量性质HE的值。dH7(dMA? = -90 - 30曲V由M = " +淞药于p ；THr*所以 /Zl=/f+Jt2=300-90xi-10xf+x(-90-30x);dxiXxi+x2=15所以莎=210-30xf+20总 同理得莎=300+20好(2) 纯物质熔Hi,贝0x1=1,所以Hi=200J/moh同理，(3) 混合性质；= H-xH-xiHl=Qx-Wi再由过量性质=HE=H-Hid=AH-AHid=H=1-10x1，4. 某二元混合物的逸度可表示为：In f 二 A-

11、 Cx2式中，A、BC仅为T、p的函数，试确定(1)两组份均以Lewis-Randall规则为标准态时，ln 1和ln 2与组成的关系；(2)组分1以Henry定律为标准态，组分 2以Lewis-Randall规则为标准态时，In 1和ln 2与组成的关系.解析：本题目考察： 两种标准态的选取：选取He nry定律为标准态，和选取Lewis-Randall规则为标准态时的异同点 活度系数和超额 Gibbs 自由焓的关系ge -RTXi In In弹n ln f )1偏摩尔性质宀丿-创1J,P,n2以In J1nGE)1一 RT1 1-汕 i-T,P, n及答案：(1 )两组份均以Lewis-R

12、andall 规则为标准态时,GE 二 RT xi In igeRTx1 In 1x2 In-In fx21n2=x In£xf1-x1 In Exi-x1 In f 1 - x2 In f 2 (A)已知1 n f -A Bx1- Cx12当X1 = 1时In f 1 -A B - C当x1二0时In f2二 A将ln f2、In f 1和ln f代入(A)式并整理得:GtRTCx1x2Cig2n根据1n丄RTnGEni T,P,nj.In1RTn1 T,P,n2InCr2n二 Cx2 1 - x1nGERT :n21-氏 nT,P,m=1 - X二 Cxf(2)组份1以Henry规则为标准态，组分2以Lewis-Randall规则为标准态时:f?f?1x1H12x2fRTn2因此geRTx1 In 1x2 In2X1InInInX1丿In十+X1x2 InX-x1