化工热力学试卷三套与答案

1、一.选择题(每题 2分,共 10分1. 纯物质的第二 virial 系数 B ( A A 仅是温度的函数 B 是 T 和 P 的函数C 是 T 和 V 的函数 D 是任何两强度性质的函数2.T 温度下的过冷纯液体的压力 P (A 。参考 P -V 图上的亚临界等温线。 A. >(T P s B. <(T P sC. =(T P s3. 二元气体混合物的摩尔分数 y 1=0.3,在一定的 T , P 下, 8812. 0, 9381. 021=,则此时混合物的逸度 系数为 。 (C A 0.9097 B 0.89827 C 0.8979 D 0.90924. 某流体在稳流装臵中经历了

2、一个不可逆绝热过程,装臵所产生的功为 24kJ ,则流体的熵变( A A. 大于零 B.小于零 C.等于零 D.可正可负 5. Henry规则( C A 仅适用于溶剂组分 B 仅适用于溶质组分C 适用于稀溶液的溶质组分 D 阶段适用于稀溶液的溶剂 二、填空题(每题 2分,共 10分 1. 液态水常压下从 25加热至 50, 其等压平均热容为 75.31J/mol,则此过程的焓变为 (1882.75 J/mol。 2. 封闭体系中的 1mol 理想气体 (已知 igP C ,按下列途径由 T 1、 P 1和 V 1可逆地变化至 P 2,则,等温过程的W =21lnP P RT -, Q =21l

3、n P P RT , U , H 3. 正丁烷的偏心因子=0.193, 临界压力为 p c =3.797MPa , 则在 Tr =0.7时的蒸汽压为 ( 0.2435 MPa 。4. 温度为 T 的热源与温度为 T 0的环境之间进行变温热量传递,其等于热容为 Cp ,则 E xQ 的计算式为(0(1 TxQ p T TE C dT T =-。 5. 指出下列物系的自由度数目, (1水的三相点 0 , (2液体水与水蒸汽处于汽液平衡状态 1 三、简答题:(共 30分 1. 2. 1(122211bx +, 其中 V 1, V 2为纯组分的摩尔体积, a , b 为常数,问所提出的模型是否有问题?

4、(8分解:由 Gibbs-Duhem 方程得, b V x V x a 1122=, a,b不可能是常数,故提出的模型有问题。 3. 写出封闭系统和稳定流动系统的热力学第一定律。 (5分 答:封闭系统的热力学第一定律:W Q U += 稳流系统的热力学第一定律:s W Q Z g u H +=+221 4. 分析作外功的绝热膨胀后温度降低的原因,并在 T-S 图中示意。 (6分5. .写出稳流体系的熵平衡方程,并指出各项的含义。 (5分 答:0i i j j Qm S m S S T-+=产生 入出四、试由饱和液体水的性质估算 (a100, 2.5MPa 和 (b100, 20MPa 下水的焓

5、和熵,已知 100下水的有 关性质如下(15分101325. 0=s P MPa , 04. 419=sl H Jg -1, 3069. 1=sl S J g-1K -1, 0435. 1=sl V cm 3 g -1,0008. 0= dT dV T V sl P cm 3 g -1 K-1 解:体系有关状态点如图所示所要计算的点与已知的饱和点是在同一条等温线上,由 0008. 0-= - -= dT dV T V P S sl p T cm3 g -1 K-1 得 (101325. 00008. 03069. 10008. 00008. 0-=-P S P P dP SS PP ssls或

6、又 745. 00008. 015. 3730435. 1=-= - -= dT dV T V T V T V P H sl sl P T cm3 g -1 得 (101325. 0745. 004. 419745. 0745. 0-+=-=-P H P P dP HH PP ssls或当 P =2.5MPa时, S =1.305 Jg-1K-1; H = 420.83J g-1;当 P =20MPa时, S = 1.291Jg-1 K-1; H =433.86J g-1。五、 由气体状态方程 p(V-b =RT (其中 b 是与温度无关的常数 , 推导剩余焓和剩余熵的表达式。 (10分解:b

7、pdpp R T b p RT dp T V T V H ppp R=-+= -=00000=-= -=dp p R p R dp T V p R S p p p R六、通过 virial 方程计算每克 CO 2在 310K 和 0.81MPa 时的体积。已知 CO 2的临界压力和临界温度分别为 7.376MPa 、 304.2K ,偏心因子为 0.23。 (10分 解:02. 12. 304/310=r T Pr =0.81/7.376=0.1083102. 416. 1066. 704481. 0310314. 8965. 0965. 0 (10193. 002. 1172. 0139.

8、0326. 002. 1422. 0083. 0cm pM ZRT V T p B B Z B B w r r = +=-=-=-=-=七、甲烷由 98.06kPa , 300K 压缩后冷却到 6.667kPa , 300K 。若压缩过程耗功 1021.6kJ/kg,求(1冷却 器中需要移走的热量; (2压缩冷却过程的损失功; (3压缩冷却过程的理想功; (4压缩冷却过程的热 力学效率。环境温度为 T 0=300k ,已知:(15分98.06kPa , 300k 时, H 1=953.74kJ/kg, S 1=7.0715 kJ/kg K 6.667kPa , 300k 时, H 2=886.

9、76kJ/kg, S 2=4.7198 kJ/kg K 解:(1 kJ/kg6. 10886. 102174. 95376. 866-=-=-=s W H Q(2(kJ/kg09. 383300/6. 1088075. 77198. 4300 (012001=+-=-+-=T Q S S T S T W t (3( 075. 77198. 430074. 95376. 8660-=-=S T H W id=-793.54 kJ/kg (4%7. 776. 102154. 793=-=s id W W 1.关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是( A. 研究体系为实际状态。B. 解释微观本

10、质及其产生某种现象的内部原因。 C. 处理方法为以理想态为标准态加上校正。D. 获取数据的方法为少量实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。2. Pitzer 提出的由偏心因子计算第二维里系数的普遍化关系式是( 。A . B = B0B 1 B. B = B0 + B1C . BP C /(RT C = B0 +B 1 D. B = B0 + B 13.下列关于 G E关系式正确的是( 。A. GE = RT X i ln Xi B. GE= RT X i ln a iC. GE = RT X i ln i D. GE= R X i ln Xi 4.下列偏摩尔自

11、由焓表达式中,错误的为( 。A. i i G =-B. dT S dP V G d i i i -=; C. (ij n P T i i n nG G =-, , D. (ij n nV T i i n nG G=-, ,5. 下述说法哪一个正确? 某物质在临界点的性质 ( (A 与外界温度有关 (B 与外界压力有关 (C 与外界物质有关 (D 是该物质本身的特性。6. 泡点的轨迹称为 ( , 露点的轨迹称为 ( , 饱和汽、 液相线与三相线所包围的区域称为 ( 。 A. 饱和汽相线,饱和液相线,汽液共存区 B.汽液共存线,饱和汽相线,饱和液相区 C. 饱和液相线,饱和汽相线,汽液共存区7.关

12、于逸度的下列说法中不正确的是 ( (A 逸度可称为“校正压力” 。 (B 逸度可称为“有效压力” 。(C 逸度表达了真实气体对理想气体的偏差 。 (D 逸度可代替压力,使真实气体的状态方程变为fv=nRT 。 (E 逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。8.范德华方程与 R -K 方程均是常见的立方型方程,对于摩尔体积 V 存在三个实根或者一个实根,当存在 三个实根时,最大的 V 值是 。A 、饱和液体体积 B、饱和蒸汽体积C 、无物理意义 D、饱和液体与饱和蒸汽的混合体积9.可以通过测量直接得到数值的状态参数是 。 A 、焓 B、内能 C、温度 D、 熵10。A 、 i i i V P U H

13、 += C i i V i i U U = D、理想溶液的 i i S S = i i G G = 11.由纯组分形成理想溶液时,其混合焓H id。A. >0; B. =0; C. <0 ; D. 不确定。 12.体系中物质 i 的偏摩尔体积 i V 的定义式为:。A. i j n v T iii n V V =, , B. i j n v T i i n V V =, , 总 C . i j n p T i i i n V V =, , D. i j n p T i in V V =, , 总 13.混合气体的第二维里系数A . T和 P 的函数 B. 仅为 T 的函数 C .

14、T和组成的函数 D . P和组成的函数14.下列论述错误的是 。A . P-R 方程能同时应用于汽、液两相计算,准确度较高。 B. R-K方程能同时应用于汽、液两相计算,准确度较高。C. 活度系数可以大于 1也可小于 1。 D. 压缩因子可以大于 1也可小于 1。15.混合物的逸度与纯组分逸度之间的关系是 。A. i i f x f =; B. i f f =; C. lnii i x f x f =ln; D. ln0ln f x f i = 16.纯物质临界点时,对比温度 Tr 。A. = 0; B. > 1; C. < 1 ; D. = 1。17.当潜水员深海作业时,若以高压

15、空气作为呼吸介质,由于氮气溶入血液的浓度过大,会给人体带来致 命影响 (类似氮气麻醉现象 。 根据下表中 25下溶解在水中的各种气体的亨利常数H, 你认为以 ( A 氦气18. 在 373.15K 和 101325Pa 下 水 的 化 学 位 与 水 蒸 气 化 学 位 的 关 系 为(A (水 =(汽 (B (水 <(汽 (C (水 >(汽 (D 无 法 确 定19. 298K 下,将两种液体恒温恒压混合,形成理想液态混合物,则混合前后下列热力学性质的变化情 况为:(A S >0, G <0 (B S =0, G <0 (C S <0, G >0 (

16、D 以上均不对20在同一温度下,单组分体系 T S 图上各等压线随熵值的增大,压力将(A .增大 B.减小 C.不变 D.不一定21. 偏摩尔性质是 (A .强度性质 B.容量性质 C.超额性质 D.剩余性质22等温等压下, 在 A 和 B 组成的均相体系中,若 A 的偏摩尔体积随 A 浓度的改变而增加, 则 B 的偏摩尔体 积将随 A 浓度的改变:( A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 不一定23. .利用麦克斯韦关系式,其目的是将难测的(与易测的(联系起来。A. H, U , S , G ; x, y B. 逸度系数,活度系数; P 、 V 、 TC. H, U , S , G ;

17、P、 V 、 T D. 逸度系数,活度系数; x, y24. 关于化学势的下列说法中不正确的是 ( A. 系统的偏摩尔量就是化学势 B. 化学势是系统的强度性质C. 系统中的任一物质都有化学势 D. 化学势大小决定物质迁移的方向25. 对单位质量,定组成的均相流体体系,在非流动条件下,错误的热力学基本关系式是( 。 A . dH = TdS + Vdp B. dU = SdT pdVC . dG = -SdT + Vdp D. dA = -SdT pdV26. Vg 和 V l 分别为饱和蒸汽和饱和液体的体积, x 为湿蒸汽干度,则湿蒸汽的体积 V 为:A. V= x(Vg - Vl + Vg

18、 B. V= (Vg - Vl + x VlC. V= x(Vg - Vl +Vl D. V=(1-xVg + x Vl27. 对理想溶液具有负偏差的体系中,各组分活度系数i ( 。A . >1 B. = 0 C. = 1 D. < 128. 对 1mol 符合 /(bVRTP -=状态方程的气体, /(VS T 应是(A. R/(V-b B. R C. -R/P D. R/T29. 本课程学过各种状态方程如 RK 方程、理想气体方程、 vdW 方程、 SRK 方程, PR方程,请为它们的计算 准确度排序。A . RK>PR>SRK>vdW>理想气体方程 ;

19、 B. PR SRK>RK>vdW>理想气体方程 ;C . PR>vdW> SRK>RK>理想气体方程 ; D. SRK > RK > PR > vdW >理想气体方程 ;30.在 P-V 图上,从过热蒸气的状态点 a 出发,达到过冷液体的状态点 d , 可 以是均相的途径 (a b c d, 也可以是非均相的途径 (a b c d。请指出相应正确的 P-T 图为 . A. B. C. D. 1.纯物质 P-V。23.4.溶液中组分 i56789. , 它的提出是为了10.方面的偏心度。 。11. 体积膨胀系数的定义式为:PTV

20、V1=。 12.13214.000. 1Plg(7. 0Tsr r-=三、判断题 (请在正确的题后括号内画“” , 错误的画“×” (10分1.维里系数的物理意义是代表物质极性的大小。 ( × 2.对于理想混合物, V G H , , 均为零。 ( × 3.对于二元混合物体系,当在某浓度范围内组分 2符合 Henry 规则,则在相同的浓度范围内组分 1符合 Lewis-Randall 规则。 ( 4. 理想溶液的混合性质和超额性质相同。 ( × 5.混合物体系达到汽液平衡时,总是有 l iv il v l iv if f f f f f=, , 。 (

21、× 6.化学位可表示成四个偏导数形式,每个偏导数都是偏摩尔性质。 ( × 7. 对于理想溶液,所有超额性质皆等于零。 ( 8. 在 T -S 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。 ( × 9. 等温、等压下的 N 元混合物的 Gibbs-Duhem 方程的形式之一是 0ln 0=i i Ni i dx d x 。 (× 10. 温度和压力相同的两种理想气体混合后,则温度和压力不变,总体积为原来两气体体积之和,总内能为原两气体内能之和,总熵为原来两气体熵之和。 (× 四、计算题(共 35分1.(10分 已知 0

22、.03Mpa 时测得某蒸汽的质量体积为 4183cm 3 .g -1,请求出单位质量的 H 、 S 和 G 函数各是多 少? 。3(1 (1 0.00102235.2294.183m /kg=0.8sl sv v x v xv x x x =-+=-+= (3分 (1 (10.8 289.300.82625.42158.18kJ/kgsl sv h x h xh =-+=-+=(2分 (1 (10.8 0.94410.87.76956.4044kJ/(kgK sl sv s x s xs =-+=-+= (2分 2158.180.0341832032.69kJ/kgu h pv =-=-=(3

23、分 2. ( 10分 在 298K 和 0.1MPa 下二元系焓变已知 molJ H molJ H x x x x H /627/4182(9. 20212121=+= x为摩尔分数 以 Lewis Randall 定则为基准,求:(1 1, 2(4分 ; 2无限稀释偏摩尔值 1, 2(3分 ; (3 1, 2(3分 mol J H molJ mol J H molJ x x x x dx H d x H x x x x x dx Hd x H x x x x dx Hd x x x x x x H x x /8. 6688. 41627/8. 41lim /9. 4389. 20418/9.

24、 20lim 8. 41 31(9. 20( 1(9. 20132(9. 20 31(9. 20(1( 31(9. 201( 31(9. 20 2( 1(9. 20 1(9. 20 2(9. 2022220211110131211211122131211311113111211211212121=+=+=+=+=-=-=+-=-+-=-+=-=-+-=-=+=3. ( 15分 已知某二元溶液的活度系数模型 为, 其中 A,B,C 仅是 T,P 的函数。 求 。, , f f f RT G E ln ln , ln /, ln 212 (均以 Lewis-Ra ndall 定则为标准状态。 (1

25、5分 (2分 解:(3分 (2分 (2分 (3分 (3分 一.选择题(每题 1分,共 15分 :1、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. 32、纯物质临界点时,对比温度 Tr ( a. =0 b. >1 c. <1 d. =13、下述说法哪一个正确? 某物质在临界点的性质 ( (A 与外界温度有关 (B 与外界压力有关 (C 与外界物质有关 (D 是该物质本身的特性。21212221i i E x Ax Ax x Ax x ln x (RT G =+=212Ax ln =0ln d x D G N0i i i =-=方程:根据A x

26、ln Ax f ln x ln Ax f ln Ax f x f ln(ln 22112212212222+=+= 又 C B A x ln Ax f ln x ln Ax f ln Ax f x f ln(ln 12211221221111-+=+= A x C B (x Ax Cx Bx A x f ln x x f ln x f ln 121211212111+-+=-+=+=4、下面的说法中不正确的是 ( (A 纯物质无偏摩尔量 。 (B 任何偏摩尔性质都是 T , P 的函数。 (C 偏摩尔性质是强度性质。(D 强度性质无偏摩尔量 。5、关于逸度的下列说法中不正确的是 ( (A 逸度

27、可称为“校正压力” 。 (B 逸度可称为“有效压力” 。(C 逸度表达了真实气体对理想气体的偏差 。 (D 逸度可代替压力,使真实气体的状态方程变为fv=nRT 。 (E 逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。6.二元溶液, T, P一定时 ,Gibbs Duhem 方程的正确形式是 ( .a. X1dln 1/dX 1+ X2dln 2/dX2 = 0 b. X1dln 1/dX 2+ X2 dln 2/dX1 = 0 c. X1dln 1/dX 1+ X2dln 2/dX1 = 0 d. X1dln 1/dX 1 X2 dln 2/dX1 = 07. 在 373.15K 和 101325Pa

28、 下 水 的 化 学 位 与 水 蒸 气 化 学 位 的 关 系 为 (A (水 =(汽 (B (水 <(汽 (C (水 >(汽 (D 无 法 确 定8. 关于热力学基本方程 dU=TdS-pdV, 下面的说法中准确的是 ( (A TdS是过程热 (BpdV是体积功 (CTdS是可逆热 (D 在可逆过程中 , pdV等于体积功 , TdS即为过程热9. 关于化学势的下列说法中不正确的是 ( A. 系统的偏摩尔量就是化学势 B. 化学势是系统的强度性质C. 系统中的任一物质都有化学势 D. 化学势大小决定物质迁移的方向10. 关于活度和活度系数的下列说法中不正确的是 ( (A 活度是

29、相对逸度,校正浓度 , 有效浓度; (B 理想溶液活度等于其浓度。 (C 活度系数表示实际溶液与理想溶液的偏差。 (D 任何纯物质的活度均为 1。 (E 的 偏摩尔量。 11. 等 温等压下, 在 A 和 B 组成的均相体系中, 若 A 的偏摩尔体积随浓度的改变而增加, 则 B 的偏摩尔体积将:( A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 不一定12. 麦克斯韦关系式的主要作用是 ( (A简化热力学变量的计算; (B用某个热力学函数代替另一不易测定的热力学函数的偏微商; (C用易于测定的状态性质的偏微商代替不易测定的状态性质的偏微商; (D 便于用特性函数表达其它热力 学函数13. 下列四个关

30、系式中哪一个不是麦克斯韦关系式? ( A. (T /V S = (V /S p B . (T /p S =(V /S p C . (S /V T = (p /T V D . (S /p T = -(V /T p14. 对 1mol 理想气体, 应是( (a R/V;(b R ;(c -R/P ;(d R/T。15. 下列各式中,化学位的定义式是 ( j j j j n nS T i i n T P i i n nS nV i i n nS P i i n nU d n nA c n nG b n nH a , , , , , , , , (. (. (. (. 二、下列判断题正确者用“” ;不

31、正确者用“×” 。 (每题 0.5分,共 5分1、热力学来源于实践生产实践及科研实践,但它同时又高于实践,热力学的一致性原则,常可考查 (验出科研或实践中引出的错误认识并加以纠正。 ( 2. 由三种不反应的化学物质组成的三相 PVT 体系 , 达平衡时 , 仅一个自由度。 ( 3. 任何真实气体的性质可用同温同压下 , 该气体的剩余性质和理想气体性质的总和计算。 ( 4. 在 T -S 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。 ( 5. 超额自由焓与活度系数间的关系有 G n RT t E i T P nj i i =, , ln 。 ( 6. 符合

32、Lewis-Randall 定则的溶液为理想溶液。 ( 7. 只有偏摩尔自由焓与化学位相等,所以 i n P T ii jn nG =, , (是最有用的 ( 8. 当取同一标准态时 , 溶液的过量热力学性质有 H H M E M E= 。 ( 9. 理想溶液中溶液的超额自由焓 0=EM G 所以组分的活度系数 0=i 。 ( 10. 当 T 、 P 一定时 , 溶液中组分 i 的活度系数 0i ii =(i 为组分的分逸度 , 0i为纯组分逸度 。 ( 三、 填充题(每空 1分,共 25分 :1.逸度的标准态有两类, 1以 为定则, 2以为定则,请举例说明 1 2 。2. 写出热力学基本方程

33、式 _ ; _; _; _。 3.对理想溶液 , H=_,V=_,S=_,G =_。4. 对应态原理是指 。 三参数对应态原 理中三个参数为 _。普遍化方法分为 _和 _ 两种方法;用 普遍化方法可以计算 _、 _、 _和 _性质。 5、活度的定义 _ _ _;活度系数的定义 。 6、剩余性质的定义 。 7、混合性质变化的定义 。 8、超额性质的定义 。 9、偏心因子的定义 。 四、简答题(共 20分1. 化工热力学的研究特点是什么?(4分2. 液化石油气的主要成分为丙烷、丁烷和少量的戊烷而不是甲烷、乙烷或正己烷,试用下表分析液化气成 24分4. 简述纯物质 P-V 图 上点、线和区域的意义(

34、用图说明 ,并写出临界等温的数学特征。 (8分五、计算题(共 35分 :1、已知 50时测得某湿蒸汽的质量体积为 1000cm 3g-1,求单位质量的 H 、 S 和 G 函数各是多少?(10分50时水的饱和汽、液相性质 性质 M 饱 和 液 饱和汽 相 Mg 相M l V / cm3.g-1 U / J g-1 H / J.g-1 S / J g-1 K-1 1.0121 209.32 209.33 0.7038 12032 2443.5 2382.7 8.0763 2 2. 25，0.1MPa下组分1和2形成溶液，其体积可由下式表示：V =40 12X1 10X1 式中X1 为组分1的摩尔分数, V为溶液的摩尔体积. 求， ¥ ¥ ( 1 V1，V； ( V ( 3 V1，V2； ( 4 DV； ( 5 V E； ，V ； LewisRandall定 则. （10分） 3、已知