2010年分子科学试题答案

、填空题(共30分，每空1分)1偏心因子的定义是©=—logpS-1.00 (Tr=0.7)。2混合法则描述的是 混合物状态方程中的常数项与组成及纯物质参数项的的关系 ,混合法则的交互作用参数 kj是通过p—V—T的实验数据拟合而得到的。3第二Virial系数的物理意义为 B仅与两分子间的相互作用力有关；普遍化第二维里系数的关系式是：Bpc_B⑼+coB(1)，B的大小是温度 和分子本身性质 的函数。RTc4理想气体等压热容与真实气体等压热容的主要区别是： 理想气体等压热容是温度的函数，真实气体等压热容不仅是温度的函数还是压力的函数。dps：、,H5Clausius-Clapeyron方程的表达式为： ——= 或者dT (RT2/ps)：ZTOC\o"1-5"\h\zdlnps vH= od(1/T)RZ6热力学第二定律的数学表达式为d8M立之0,损失功的表达式为Wl=T0(ASsys+ASsurAT°ASso。7剩余性质的定义式是： MR=M(r,p)-Mig(T,p) 超额性质的定义式是 ：M=M—M'。8 理想混合物中混合性质变化为零的量有 △、％Md,不等于零的量有 A8id>△Gd。9 高压下，理想混合气体的逸度系数可以简化为 呼=必，理想混合液体的 丫尸」10二元体系汽液平衡数据热力学一致性校验的依据是x110二元体系汽液平衡数据热力学一致性校验的依据是x1dln1x2dln2二2dTRT2V^dpRTdGi=RTdlni11纯组分逸度的定义式是「一工彳；混合物中组分的逸度定义式是lImfip= 1p—0idG=RTdlnf..f.,逸度之间的关dG=RTdlnf..f.,逸度之间的关lim—=1p—0p? ,混合物作为一个整体的逸度的定义式是lim-=1pQyip系是lnf=Eyiln(?/yiI12汽液平衡体系中共沸点的特征是 xi=yi。13气体压缩时为减小压缩功可以采用的措施有( 1)用冷水夹套、翼片等措施使压缩过程接近等温压缩;(2)采用多级压缩。214液体混合物发生分相的条件是 dAG工0,液液相平衡方程是yaxa=yiPxPodx2 1-15汽液平衡体系中正偏差物系对应的活度系数的特点是 1n工/ 。化学位是偏摩尔 」=Gi i16偏摩尔性质的定义式是：Mi=p化学位是偏摩尔 」=Gi i・二niT,P,nj上、简答题(共6题，每题5分)1.活度系数法表示的汽液平衡方程是什么？如果以Lewis-Randall 规则为基准的标准态下汽液平衡方程的通式又是什么？在什么情况下可以简化为拉乌尔( Raoult)定律？答：活度系数法表示的汽液平衡方程是：pyW=fi"X (i=1,2,..N)以Lewis-Randall规则为基准的标准态下汽液平衡方程的通式是：Vil(p-pspy鸳=piScpiSyiXiexp (i=1,2,N)kRT)Vil(ppis在压离临界区时，exppp 上1、RT)在低压下，汽相可视为理想气体，于是有： *=1,0s=1汽液平衡方程可以简化为：pyup"港(i-1,2,N)如果体系中各组元性质相似，液相可以简化为理想溶液 *=1于是汽液平衡方程可以简化为： pyi=pisx (i=1,2,…N)上式就是完全理想体系的汽液平衡方程，又称为拉乌尔定律。混合物临界点和纯物质临界点有什么相同和不同点？在什么情况下能会产生逆向蒸发现象？为什么？答：发生逆向现象的首要条件是等温线可以两次与露点线相交，或等压线可以两次与泡点线相交。发生的原因是因为混合物的临界点不一定是汽液平衡的最高温度点， 也不一定是

最高压力点。或②流体在高压下不一定出现“逆向蒸发”或“逆向冷凝”现象。3气体的膨胀有几种方式？其特征分别是什么？并举例说明其应用。答：气体的膨胀有三种方式，节流膨胀，其特征为等烙过程，用在蒸气压缩制冷循环，孔板流量计等场合；绝热做功膨胀，如果过程可近似认为为可逆过程， 其特征为等嫡过程，用在制冷、透平做功等场合。通过喷管的膨胀，通过流体始值的降低带来速度的增加， 用在蒸气喷射泵、火箭发动机等场合。4理想溶液的定义式是什么？写出基于Lewis-Randall规则和Henry定律基础上的理想溶液模型，并说明为什么要定义两种理想溶液模型。答：?id=力比 ?id=fixi?id=kixi因为有些组分在溶液的温度和压力下没有纯组分存在，此时标准态选 Henry常数，此时的理想溶液模型即为理想稀溶液模型。5常用的状态方程有那些（不用写具体方程形式）？状态方程的作用是什么？答：常用的状态方程有理想气体状态方程和真实气体状态方程， 真实气体状态包括维里方程、立方型方程（Redlich-Kwong方程、Soave-RK方程和Peng-Robinson方程）和多参数状态方程（BWR方程，Martin-Hou方程）。状态方程处了可以直接计算PVT的数据外，还用来计算热力学性质始和嫡以及气体逸度和相平衡计算等。6.通过化工热力学的学习，你能总结一下热力学的研究方法吗？并举例说明。面对一个问题的首先进行定性了解，然后再建立它们的定量关系；在建立定量关系时，先把研究对象简单化、理想化，建立理想情况下的数学模型， 实际问题的数学模型是理想模型加上校正系数。如理想气体方程的建立；溶液逸度方程的建立；气体逸度方程的建立。三（1）画出物质在包括液体区、两相区和气体区 T—S图，并在图中画出至少三条等压线、三条等烙线，并标出它们的相对大小。解：（1）图中三条等压线的相对大小是:（2）在某一压力下，体系由过冷液体变为过热蒸气，请在T-S图上画出它们的变化过程，并说明之。（10分）解：（1）图中三条等压线的相对大小是:H3H2Hi1到饱和液体21到饱和液体2再到饱和气体,四计算题（共40分）1（15分）纯苯的状态由0.1MPa、353K的饱和液体变为453K的饱和蒸气，试计算该过程的阳。计算时可用下列数据：正常沸点时的潜热=30681Jmol-1,饱和液体在正常沸点下的体积 =95.7cm3mol-1,Cpig=1 一3、2416.0+0.235T（Jmol-K-）,第二维里系数B=—78（〒尺10）；上式中T的单位是K,B是cm3mol-1,在453K时的饱和蒸气压符合方程：10g(Ps/KP10g(Ps/KPa)=6.927-2037.582340.2042(t/C)（设苯的p、V、T关系符合二阶舍项的维里方程）解：计算框图为：T=453K,t=179.85C代入:—s 代入:—s log(P/KPa)=6.9272037.582340.2042(t/C)ps=1020.9kPa饱和液体353K,101.325kPa\H,453K,1020.9kPaH2R饱和蒸气饱和液体353K,101.325kPa\H,453K,1020.9kPaH2R饱和蒸气-H1R353K,101.325kPa理想气体353K,101.325kPa理想气体理想气体Hi理想气体Hig453K,1020.9kPaVH=3068Jmol，二阶舍项的维里方程为：Z=1+Bp，则：V=RT+B（1）RT p@1=R+dB⑵©JpPdT代入(1)和(代入(1)和(2)式得:HR=ppRTB，pdBTdppPoB-T四)1dpIdTA即：HRdBpB-T—一即：HRB=-78(-10（本题10分）1与（本题10分）1与2形成的二元混合物在70c时蒸气压力为p：=110kPa,TdB782.4dT「100014「1000、 9=2.9669M109dB782.4dT「100014「1000、 9=2.9669M109/TT23.4则：HR2.9669109T241.236父109”+ T2.4 J6p104.203k/10PT根据题意,H；=-322.8Jmol」HR=-1810.95Jmol」AHig:「C'dTTip478=13(16.0+0.235T)dT . -i=11070.5JmolH=vH-H1RHigH2R=30681322.811070.5-1810.95=40263.35Jmol'25C,H6=3552某蒸汽压缩制冷循环装置， 制冷能力为105kJhn-1,蒸发温度为25C,H6=355设压缩机作可逆绝热压缩， ％=1660kJkg-1,±=1890kJkJ,H4=560kJkJ,kJkg-1，试求(1)压缩机消耗的功率。(2)制冷剂每小时的循环量。冷凝器的热负荷。(4)该循环的制冷系数。节流阀后制冷剂中的蒸汽含量。分）t(2)制冷剂的循环量c「Q0 100000 100000G-G=—= 冷凝器的热负荷。(4)该循环的制冷系数。节流阀后制冷剂中的蒸汽含量。分）t(2)制冷剂的循环量c「Q0 100000 100000G-G=—= = =9.09(kg/h)q° Hi-H41660-560(1)压缩机的功率GwsNt二——s3600_GH2-H1 9.091890-166036003600=0.58kW(3)凝器的热负荷Q=GH4-H21=9.09560-1890=12089.7kJ/h(4)制冷系数q° Hi-H4 1660-560WsH2-Hi1890-1660=4.783(5)节流阀后制冷剂中的蒸汽含量xHi1-x也=也=H4H4-H6x一Hi-H6560355,0.1571660355pS=60kPa,假设汽相可按理想气体处理，其超额自由始与组成的关系为GE/RT=0.75xi&试问:（1）在70c时该体系是否存在共沸物？如果存在的话，求出共沸组成？（2）试求与液相组成为x=0.4（摩尔分率）平衡的汽相组成和平衡压力为多少?解：根据lni=I4GEjRT“.niln可得ln

1-0.75x20.75x12相平衡方程为:

py=ZxPs如果有共沸物存在