天津大学化工热力学期末试卷

本科生期末考试一试卷一致格式（ 16开）：20 ～20

学期期末考试一试卷《化工热力学》（AB

共页）（学院 专业

年月日）班年级 学号 姓名题号 一 二 三 四 五

六 七 八 九

十 成绩得分一、 简答题（共8题，共40分，每题5分）UQW稳流系统的热力学第必然律H 1u2

gZ QWsB、C混杂规则。答：第二维里系数B代表两分子间的互相作用，第三维里系数CBC的数值都可是与温度TRT，，

n nyyB

B0 B1，M i j

Bij

pcij

ij iji1 j1

cijB0 ，B1 ，T T，ij ijT Tr

pr

cijcij 1k

ci

，pcij

RT ，

0.5V13 V13 ，cij

cij

cij

cij

ci Cj 31/20jZcij 0.5Zci Zcj ，ij ij写出混杂物中i组元逸度和逸度系数的定义式。?答：逸度定义：di

T,p,RTdlnfT恒定）filim ? fip0逸度系数的定义：?i

pyi?f

pyi请写出节余性质及超额性质的定义及定义式。答：节余性质：是指同温同压下的理想气体与真实流体的摩尔广度性质之差，即：M Mid T,p MT,p；超额性质：是指真实混杂与同温同压和相同组成的理想混杂物的摩尔广度性质之差，即：mME Mm M idmK值法能够用于烃类混杂物的汽液平衡计算？答：烃类混杂物能够近似看作是理想混杂物，于是在汽液平衡基本表达?i 式中的i 1i

v

Ponding因子近似为1，于是，汽液平衡表达式化简为：

id

s spi ipp。由该式能够看pKi xi 出，K值可是与温度和压力相关，而与组成没关，因此，能够永 K法计算烃类系统的汽液平衡。汽相和液相均用逸度系数计算的困难是什么？答：依照逸度系数的计算方程，需要选择一个同时适用于汽相和液相的状态方程，且计算精度相当。这种方程的形式复杂，参数很多，计算比较困难。2/20二、 推导题（共2题，共15分，其中第一题8分，第二题7分）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。）?i答：依照相平衡准则，有 f i

?fil；其中，等式左边项能够依照逸度系数的定义fi?i式变形为：f i

pyi

?iv；等式的右边项能够依照活度系数的定义式变形为：iif?li

fi xi

，而标准态取为同温同压下的纯液体，于是有fs sfi pi i

exp

p piRTi

，带入相平衡准则，获取：ipyi?i

s spi iixi

l p psiRTi尔定律。答：压力远离临界区和近临界区时，指数项

exp

l p psi1。iRT周边的同系物，那么，汽液两相均可视为理想化合物，依照?Lewis-Randall

v ；同时，i 1。i ii iiiii

v 1

s 1。综上所述，汽液平衡系统若满足拉乌尔定律。

1），2），3），

ips

，即为（共445分，其中第一题15分，第二题15分，第三5分，第四题10分）1. 求某气体在473K ，3010时，H=?m3/20V单mpV T -5p，其中：p单位 位m已知： =R+10 Pa

3-1m·mol，id -3 -1 -1C =+ 10 T (J·mol·K)。p设：该饱和液体在273 K时，H=0(J·mol-1)。其中安托尼常数A=，mB=，C=。（安托尼方程中压力p：Pa，T：K，压力用自然对数表示）（设z=1）答：第一涉及路径，273K饱和蒸汽压下的气体可近似视为理想气体。i 273K, ps, l 473K,3MPa, i Hv H2RHi273K, pi

s,

ig 473K,3MPa,i glnp

s/Pa

it/Kiidlnpid1T

T

2219.2TT 31.13

2T

-2824vH Rv

dlnpid1Ti

23.48kJ ·mol-1pigH 473C igpig273

473273

10

TdT 150.6kJ·mol-1V=RT/p+10-5mV T V 105T30105HR 105dp 30J·mol-12 0m mv ig 2H 0 H H H H 174.11kJ·m mv ig 2R2. 有人提出用以下方程组来表示恒温恒压下简单二元系统的偏摩尔体积：4/20V1

V是纯组分的摩尔体积，a、bT、p的函数，试从热2力学角度解析这些方程可否合理？答：由于该方程涉及到偏摩尔性质和温度压力等参数，因此若是该方程理，必定要满足Gibbs-Duhem 方程。第一，衡量等温等压下的Gibbs-Duhem可否满足：即：x1

0。对二元系统，做衡等变形，得：x1dx1

dV20x20dx2dV dV由已知得：

ba2bx1 dx1

ba2bx2。于是，有：dx2x

dV2x

，因此，该表达式不合理。1

2 abx

0模拟试题三一、选择题1、关于化工热力学用途的以下说法中不正确的选项是（ ）能够判断新工艺、新方法的可行性；

展望反应的速率；数据；相平衡数据是分别技术及分别设备开发、设计的理论基础。2、纯流体在必然温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则此物质的状态为（ ）。饱和蒸汽 B. 饱和液体 C ．过冷液体 D. 过热蒸汽3、超临界流体是以下（TPc cC. TPc c

）条件下存在的物质。临界温度和临界压力下c D.Tc 4、对单原子气体和甲烷，其独爱因子ω，近似等于（ ）。A.0 B.1 C.2 D.35、关于化工热力学研究特点的以下说法中不正确的选项是（ ）5/20（研究系统为本质状态。（B）讲解微观本质及其产生某种现象的内部原因。（C）办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。6、关于化工热力学研究内容，以下说法中不正确的选项是（ ）A.判断新工艺的可行性。 B. 化工过程能量解析。 C. 反应速率展望衡研究

D. 相平N7、分),400K 的

21kmol体积约为（ ）A3326L D 8、以下气体通用常数R的数值和单位，正确的选项是（ ）A 103Pam3/kmol K BkmolKcm3 atm/

J/kmolK9、纯物质PV图临界等温线在临界点处的斜率和曲率都等于（ ）。A.-1 B.0 D. 不能够确立10、对理想气体有（ ）。A.(H/P)T 0 B.( H/ P)T 0C.(H/P)T 0 D.(H/ T)P 011、对单位质量，定组成的均相流系统统，在非流动条件下有（ ）。dH=TdS+Vdp B ．dH=SdT+VdpC．dH=-SdT+Vdp D.dH=-TdS-VdpP121mol吻合

STRT/(V b)状态方程的气体， ( P)T

应是（ ）C.-R/P T。13、当压力趋于零时，1mol气体的压力与体积乘积（ PV）趋于（ ）。A.零 B 无量大C.某一常数 D.RT14、不经冷凝，可否将气体经过其他路子变成液体？（ ）A.能 B. 不能能 C. 还缺条件15、对1molVanderWaals 气体，有（ ）。A.(?S/?V) =R/(v-b) B.( ?S/? V)=-R/(v-b)T TC.(?S/? V)T

=R/(v+b) D.( ?S/?

=P/(b-v)T6/2016、纯物质临界点时，其比较温度 Tr（ ）。0 B ．<0 C．>0 D ．=117、当压力趋于零时， 1mol气体的压力与体积乘积（PV）趋于:零b. 无量大 c. 某一常数 d.18、以下各式中，化学势的定义式是 ( )i

(nH)ni(nA)

,nS,n j

[ (nGini(nU

]nV,nS,n jC. i

]P,T,nj D. i [ni ni

,nS,n j19、关于偏摩尔性质，下面说法中不正确的选项是 ( )（纯物质无偏摩尔量 。 （B）T，P必然，偏摩尔性质就必然。（C）偏摩尔性质是强度性质。（强度性质无偏摩尔量 。20、对无热溶液，以下各式能成立的是（ ）。A.SE=0，B.S E=0，C.G E=0，D.H E=0，GE=-TSE21、以下方程式中以正规溶液模型为基础的是（ ）。A.NRTL方程 B.Wilson 方程 C.Margules 方程 D.Flory-Huggins方程22、戊醇和水形成的二元三相气液液平衡状态，其自由度 F=（ ）。A.0 B.1 C.2 D.323、在必然的温度和压力下二组分系统汽液平衡的条件是（ ）。?(A).?

1V f

1２1

?１f?L (B) f １

f ； f f２ ２ １ ２(C).

?

（D）fL fV(f为混杂物的逸度）１ f２

１ ?２24、对液相是理想溶液，汽相是理想气系统统，汽液平衡关系式可简化为（S S Syif=x ipi B.y ip=γi xipi C ．yip=x i ΦpySxipi25、关于偏摩尔性质，下面说法中不正确的选项是( )纯物质无偏摩尔量 。 B ．T，P必然，偏摩尔性质就必然C．偏摩尔性质是强度性质。 D. 偏摩尔吉氏函数等于化学势。关于理想溶液，以下说法不正确的选项是（ ）。理想溶液必然吻合Lewis-Randall 规则和Henry 规则。吻合Lewis-Randall 规则或Henry 规则的溶液必然是理想溶液。理想溶液中各组分的活度系数均为 1。7/20

）。ip=理想溶液所有的超额性质均为 0。27、等温等压下，在AB组成的均相系统中，若

A的偏摩尔体积随A浓度的减小而减小，则B的偏摩尔体积将随A浓度的减小而( )A. 增加B. 减小 C. 不变 D. 不用然28、苯（1）和环己烷（2）303KX1

=溶液。此条件下V1

=89.96cm 3/mol，_1V=109.4cm3/mol，12

3/mol3/molVE=（）3cm/mol 。

、以下偏摩尔吉氏函数表达式中，错误的为（ ）。A.Gi=i B.

dGi=Vdpi-SidTC.Gi nG/ ni

T,P,nji

D.Gi nG/ ni T,nv,nji30、以下偏摩尔性质与溶液性质关系式中，正确的选项是

nmol溶液性质，nM=（ ）。31、混杂物中组分的逸度完满定义式是 ( ) 。 ? ??dG RTdlnf ,lim[ f /(YP)]1 dG RTdlnf ,lim[f/P] 1?i

i p0 i i

i

i p0 idGi RTdlnC.

i ,limp0

? ?1 dGi RTdlnf fi 1D. p032、二元理想稀溶液，其溶质和溶剂分别遵守（ ）。A.Henry 规则和Lewis--Randll 规则. B.Lewis--Randll 规则和Henry.拉乌尔规则和Lewis--Randll 规则. D.Lewis--Randll 规则和拉乌规则.33、以下化学势μi和偏摩尔性质关系式正确的选项是（ ）μi=Hi B. μi=Vi C. μi=Gi D. μi=Ai34、Wilson 方程是工程设计中应用最广泛的方程。以下说法不正确的是( ) 。适用于极性以及缔合系统。用二元系统的参数能够计算多元系。适用于液液部分互溶系统。35.等温汽液平衡数据如吻合热力学一致性，应满足以下条件中（）。8/20A.足够多的实验数据C.[ （lnγ1）/P] T，0

B.D.[

1∫ln（γ1/γ2）dX1≈0（lnγ1）/T]P，X≈036、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，则此过程气体焓值增加 B.

。减少 C. 不变 D. 不确立37、节流效应T-P图上转变曲线是表示

的轨迹。A. μ=0 j

μ<0 C. μ>0jjj38、理想的Rankine循环工质是在汽轮机中作 膨胀等温 B) 等压 C ）等焓 D ）等熵39、不能逆过程中孤立系统的（ ）

也是增加的

总熵是减少的， 也是减少的

但是增加的 D. 总熵是增加的，但是减少的40、卡诺制冷循环的制冷系数与 ( )制冷剂的性质C.制冷剂的循环速率

相关。制冷剂的工作温度D.压缩机的功率41、Rankine 循环是由锅炉、过热器、汽轮机、冷凝器和水泵组成。 （ ）正确 B) 错误42、蒸汽压缩制冷中蒸发器置于高温空间，冷凝器置于低温空间。 （ ）正确 B) 错误43、稳态流动过程的理想功仅取决于系统的初态与终态及环境温度变化路子没关。（ ）正确 B) 错误

T0，而与详尽的44、要对化工过程进行节能改进，就必定对理想功、损失功、热力学效率进行计算和热力学解析。（ ）正确 B) 错误45、能量是由火用和火无两部分组成。 （ ）正确 B) 错误46、关于制冷原理，以下说法不正确的选项是（ ）。任何气体,经等熵膨胀后,温度都会下降 。

JT 0，经节流膨胀后，气体温度才会降低。9/20在相同初态下，等 熵膨胀温度降比节流膨胀温 度降大。,,温度都会下降。47、作为朗肯循环改进的回热循环是从汽轮机（即蒸汽透平机）中抽出部分蒸汽（ ）。A．锅炉加热锅炉进水C. 冷凝器加热冷凝水

B ．回热加热器加热锅炉进水D. 过热器再加热48、一封闭系统经过一变化，系统从25℃恒温水浴吸取热量8000KJ25KJ/K，则此过程是（可逆的

）。不能逆的 C.

不能能的49、关于制冷循环，以下说法不正确的选项是（ ）。冬天，空调的室外机是蒸发器。夏天，空调的室内机是蒸发器。冰箱里冷冻鱼肉所需的制冷量是由冷凝器吸取的热供应的。冰箱里冷冻鱼肉所需的制冷量是由蒸发器吸取的热供应的。50、关于蒸汽动力循环要提高热效率，可采用一系列措施， 以下说法不正确的是（ ）。同一Rankine 循环动力装置，可提高蒸气过热温度和蒸汽压力同一Rankine 循环动力装置，可提高乏气压力。对Rankine 循环进行改进，采用再热循环。对Rankine 循环进行改进，采用回热循环。51、系统经不能逆循环又回到初态，则热温熵的循环积分（ ）。A<0 Ｂ= ０ C >052、同一热机在夏天的热机效率比在冬天的热机效率（ ）。相同 B. 低 C. 高 D. 不用然53、对膨胀作功过程，等熵效率的定义是不能逆绝热过程的作功量与可逆绝热过程的作功量之比。（ ）正确 B) 错误54、提高汽轮机的进汽温度和进汽压力能够提高蒸汽动力循环效率。 （ ）正确 B) 错误55、气体从高压向低压作绝热膨胀时，膨胀后气体的压力温度必然降低。 （ ）正确 B) 错误二、填空题10/201、(2分)在PT图上纯物质三种齐聚态互相共存处称 。2、(2分)常用的8个热力学变量 P、、T、S、h、U、、G可求出一阶偏导数336个，其中独立的偏导数共112个，但只有6将不易测定的状态性质偏导数与可测状态性质偏导数联系起来。3、(2分)纯物质P-V图临界等温线在临界点处的斜率 。4(2)麦克斯韦关系式的主要作用

，曲率为是 。5、(2分)描述流体PVT关系的立方型状态方程是

三次方的物态方程。6(2)节余性质的定义是

M'= 。7、(2分)理想溶液的过分性质等于 。8(6)由于邻二甲苯与对二甲苯、间二甲苯的结构、性质周边，因此它们混杂时会形成

溶液，它们的 H=

，V= 。9(2)二元混杂物容积表达式为V=XV+XVαXX

如选同温同压下吻合1 1 2 2 1 2，Lewis-Randll 规则的标准态就有 △V= 。10、(4分)等温等压下二元溶液组分的活度系数与组成之间关系，按 Gibbs-Duhem 方程Xdlnγ+ = 。1 111、(2分)溶液中组分i的活度系数的定义是 γi = 。12、(2分)对封闭系统，单位质量能量平衡方程式是 , 对牢固流动系统单质量能量的平衡方程式是 .13、(2分)孤立系统的熵增表达式是 14、(2分)必然状态下系统的火用指系统由该状态达到与 时，此过程理功。15(2)稳流系统熵方程中熵产生是系统内部16(2)纯物质T-S图两相区水平线段（结线）长度表示

所引起的。大小。17(2)能量平衡时以热力学为基础。

为基础，有效能平衡时以热力学三、判断题1、(1)必然压力下，纯物质的泡点温度和露点温度是相同的，

且等于沸点。()2(1)TS,,,等压线和等温线是重合的。()3(1分)()4(1)二元共沸物的自由度为2。()5(1)理想溶液各组分的活度系数6(1)逸度也是一种热力学性质,

和活度为1。( )溶液中组分i的分逸度与溶液逸度的关系为11/20lnf

n ?xilnf ii （ ）7、(2分)冬天，使室温由10℃升至20℃，空调比电加热器更省电。 ( )8、(2分)对不能逆绝热循环过程，由于其不能逆性，孤立系统的总熵变大于 0( )9、(2分)理想功W 是指系统的状态变化是在必然的环境条件下按以完满可逆过程id进行时，理论上可能产生的最大功也许必定耗资的最小功，因此理想功就是可逆功，同时也是的负值。()10、(2)()11、(2分)理想功W 是指系统的状态变化是在必然的环境条件下按以完满可逆过程进id行时，理论上可能产生的最大功也许必定耗资的最小功，因此理想功就是可逆功，同时也是的负值。()四、名词讲解1(5)偏离函数2(5)独爱因子3(5)广度性质4、(5分)R-K方程(Redlich-Kwong 方程)5(5)偏摩尔性质6(5)超额性质7(5)理想溶液8、(5分)活度五、简答题1(8)简述偏离函数的定义和作用。2(8)石油气的主要成分既不是甲烷、乙烷也不是己烷，而是丙烷、丁烷和少量的戊烷。试用下表解析液化气成分选择的依照。物质临界温度临界压力正常沸点燃烧值T ，℃c甲烷P，atmcT，℃BkJ/g乙烷丙烷正丁烷正戊烷正己烷3(6)工程上常有的汽液平衡问题有哪些种类？12/204(6)相平衡的热力学一致性检验5(6)卡诺定理的主要内容是是么？6(6)如何利用热力学第必然律测量湿蒸汽的干度？7(6)什么是理想功、损失功？六、图示或计算题1、(20分)在T-S图上画出以下各过程所经历的路子（注明起点和箭头方向过程特点：如 G=0（1）饱和液体节流膨胀；（2）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；（3）从临界点开始的等温压缩；（4）过热蒸汽经冷却冷凝为过冷液体（压力变化可忽略）。

，并说明32(15)25℃，下，组分12H=600180X20X31 1(J/mol). X1

1,

Lewis-Randall

定则计算，求；２

， ； H；(5) H E；(1)H1,H2()H1,H2

(3)H1H2(4)

（15分）3、(15分)已知某含组分1 和2的二元溶液，可用 ln

2=AX,ln1 2

γ=A2∞

2关系，1SA可视为常数，60℃下达汽液平衡时能形成共沸物，现测得

60℃下γ1

=,P =,1PS ，设汽相可视为理想气体。试求：2（1）GE表达式；（2）A值；（3）60oC下恒沸点组成和平衡蒸汽压。4(15)某动力循环的蒸汽透平机，进入透平的过热蒸汽为，

400℃，排出的气体为饱和蒸汽，若要求透平机产生 3000kW功率，问每小时经过透平机的蒸汽流量是多少？其热力学效率是等熵膨胀效率的多少？假设透平机的热损失相当于轴功的 5%。5、(15分)试比较以下几种水蒸汽，水和冰的有效能大小。设环境温度为 298K。，160℃，过热蒸汽；160℃，过热蒸汽；，100℃，过冷蒸汽；100 ℃，饱和蒸汽；，100℃，饱和水；0℃，冰。13/20模拟试题三一、选择题1、分)C2)D3、分)A4、分)A5、分)B6)C7)D8)A9)B10)C11)A12)C13)D14)A15)A16)D17)ｄ18(1)A19(1)B20(1)D21(1)C22(1)B23(1)A24(1)D25(1)B26(1)B27(1)A28(1)A29(1)D30(1)D31(1)A32(1)A33(1)C34(1)D14/2035B36)B37)A38)D39)D40)B41)A42)B43)A44)A45)A46)D47)B48)C49)C50)B51)A52)B53)A54)A55)A(612分)1、(2分)三相点2(2)Maxwell关系式3(2)0,04、(2分)将不易测定的状态性质偏导数与可测状态性质偏导数联系起来 .5、(2分)体积6、(2分)M-M'(T,P 必然)7、(2分)08(6)009(2V=αXX1 2210、(4分)X d㏑γ,=02211、(2)ai/Xis k p 12、(2分)△U＝Q＋W△H＋1/2△U2+g△z=Q+W 或△H＋△E＋△E＝Q＋s k p 15/2013(214(2分)ds0)环境基态完满平衡15(2)不能逆性16(2)汽化熵17(2)第必然律；第二定律三、判断题1、(1分)√2、(1分)×3、(1分)√4、(1分)×5、(1分)×6、(1分)×7、(2分)√8、(2分)×9、(2分)×10(2)√11(2)×四、名词讲解1、(5分) MRM M* 指气体真实状态下的热力学性质M与同一处于理想状态下热力学性质 M*之间的差额。lg(Ps)2、(5分) r Tr 表示分子与简单的球形流体（氩，氪、氙）分子在形状和极性方面的独爱度。3、(5分)无4、(5分)无Mi5(5)偏摩尔性质

[(nM)ni

T,Pj,in在T、P和其他组重量nj均不变情况下，向无量多的溶液中加入 1mol的组分i所引起一系列热力学性质的变化。6(5)超额性质的定义是=M-Mid，表示相同温度、压力和组成下，真实溶E E E液与理想溶液性质的偏差。ΔM 与M意义相同。其中G是一种重要的超额性质，它与活度系数相关。16/207(5)理想溶液有二种模型（标准态）

^：f

id=X fi

（LR）和

^f id=Xi

ki（有三个特点：同分子间作用力与不相同分子间作用力相等，混杂过程的焓变化，内能变化和体积变化为零，熵变大于零，自由焓变化小于零。8、(5分)无五、简答题1、(8分)偏离函数定义， MR M M*指气体真实状态下的热力学性质 M与同一T，P下当气体处于理想状态下热力学性M*T，P下之间的差额。若是求得同一 ，则可由理想气体的M*计算真实气体的M或M。2(8)（1）诚然甲烷拥有较高的燃烧值，但在它的临界温度远低于常温，而乙烷的临界温度也低于夏天的最高温度，也就是说，即使压力再高，也不能够使它们液化。（2）利于燃烧。3、(6分)无4(6)用热力学的宽泛原理来检验实验数据的可靠性。检验的基本公式是Duhem方程。该方程确立了混杂物中所有组分的逸度（或活度系数）之间的互相关系。常用的方法是面积检验法和点检验法。汽液平衡数据的热力学一致性是判断数据可靠性的必要条件，但不是充分条件。 3. 相平衡的热力学一致性检5、(6分)所有工作于等温热源和等温冷源之间的热机，以可逆热机效率最大，所有工作于等温热源和等温冷源之间的可逆热机其效率相等，与工作介质没关。η＝1－T2/T1max6、(6)压力得知过热蒸汽的焓值，从而求得湿蒸汽的干度。7(6分)理想功是指系统的状态变化是在必然的环境条件下按完满可逆的过程进行时，理论上能够产生的最大功也许必定耗资的最小功。损失功时指给定相同的状态变化时的不能逆本质功与理想功之间的差值。Wl=W -Wac id六、图示或计算题1、