化工热力学试卷三套与答案

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.>PsTB.<PsTC.=PsT3.二元气体混合物的摩尔分数y1=0.3，在一定的T，P下，?10.9381,?20.8812，则此时混合物的逸度系数为。（C）A0.9097B0.89827C0.8979D0.90924.某流体在稳流装置中经历了一个不可逆绝热过程，装置所产生的功为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CPig)，按下列途径由T1、P1和V1可逆地变化至P2，则，等温过程的W=RTlnP1，Q=RTlnP1，U=0，H=0。P2P23. 正丁烷的偏心因子ω＝ 0.193，临界压力为 pc＝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(ExQTT)CpdT）。(1T0T05.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.填表（6分）偏摩尔性质(Mi)溶液性质(M)关系式(MxiMi)lnf?ixilnflnfxilnf?ixiln?ilnlnxiln?ilniGERTGERTxilni有人提出了一定温度下二元液体混合物的偏摩尔体积的模型是V1 V1(1 ax2),V2 V2(1 bx1)，其中V1，V2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？（8分）解：由Gibbs-Duhem方程得，ax2V2b，a,b不可能是常数，故提出的模型有问题。x1V13.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：UQW稳流系统的热力学第一定律：H1u2gZQWs24.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：miSimjSjQ0S产生入出T四、试由饱和液体水的性质估算 (a)100℃，2.5MPa和(b)100℃，20MPa下水的焓和熵，已知100℃下水的有关性质如下（15分）Ps0.101325MPa，Hsl419.04Jg-1，Ssl1.3069Jg-1K-1,Vsl1.0435cm3g-1,VdVslcm3g-1K-1T0.0008PdTPP=20MPaP=2.5MPaP=.101325MPaT=100℃V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SVdVsl0.0008cm3g-1K-1PT T p

dT得PSSsl0.0008dP0.0008PPs或S1.30690.0008P0.101325Ps又HVTVVslTdVsl1.0435373.150.00080.745cm3g-1PTTPdT得HslP0.745PPsH0.745dP或H419.040.745P0.101325s当P=2.5MPa时，S=1.305Jg-1K-1；H=420.83Jg-1；当P=20MPa时，S=1.291Jg-1K-1；H=433.86Jg-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）HRpVTVdp0TppRTbTR解：dp0ppbpSRpRVdppRR000dppTppp六、通过virial方程计算每克CO2在310K和0.81MPa时的体积。已知CO2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：Tr310/304.21.02Pr＝0.81/7.376=0.108B00.0830.4220.3261.021.6B10.1390.1720.01931.024.2Z1(B0B1)pr0.965TrVZRT0.9658.31431070.66cm3pMw0.8144七、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T0＝300k，已知：（15分）98.06kPa，300k时，H1＝953.74kJ/kg，S1=7.0715kJ/kg?K6.667kPa，300k时，H2＝886.76kJ/kg，S2=4.7198kJ/kg?K解：（1）QHWs866.76953.741021.61088.6kJ/kgW1T0StT0(S2Q(2)S1)T03004.71987.0751088.6/300383.09kJ/kg(3)WidHT0S866.76953.743004.71987.075)=-793.54kJ/kg(4)Wid793.5477.7%Ws1021.6一、 单项选择题（每题 1分，共30分）：本大题解答（用 A或B或C或D）请填入下表：题号12345678910答案BCCDDCDBCD题号11121314151617181920答案BDCBCDAAAB题号21222324252627282930答案ABCABCDABB1．关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是（ ）研究体系为实际状态。解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。处理方法为以理想态为标准态加上校正。获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型。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ω计算第二维里系数的普遍化关系式是（

）。A．B=B

0ωB1

B．B=B

0ω

+B1C．BPC/（RTC）=B0+ωB1

D．B=B

0

+

ωB13．下列关于GE关系式正确的是（）。A.GE=RT∑XilnXiB.GE=RT∑XilnaiC.GE=RT∑XilnγiD.GE=R∑XilnXi4．下列偏摩尔自由焓表达式中，错误的为（）。A.GiiB.dGiVidPSidT；C.GinGD.nGGiniT,P,njiniT,nV,nji5.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．对于流体混合物，下面式子错误的是 。A、MilimMiB、HiUiPVixi0C、理想溶液的ViViUiUiD、理想溶液的SiSiGiGi11．由纯组分形成理想溶液时，其混合焓Hid。A.>0；B.=0；C.<0；D.不确定。12．体系中物质i的偏摩尔体积Vi的定义式为：。A.Vi[Vi]T,v,njiB.Vi[V总]T,v,njiC.Vi[Vi]T,p,njiD.Vi[V总]T,p,njinininini．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.T和组成的函数 D. P和组成的函数．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。．混合物的逸度与纯组分逸度之间的关系是。A.fxifi；B.ffi；C.lnfxilnfi；D.lnfxilnf0xi16．纯物质临界点时，对比温度Tr。A.＝0；B.>1；C.<1；D.=1。．当潜水员深海作业时，若以高压空气作为呼吸介质，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（ ）和氧气的混和气体为呼吸介质比较适合？气体H/bar气体H/bar气体H/bar气体H/bar乙炔1350一氧化碳5400氦气126600甲烷41850空气72950乙烷30600氢气71600氮气87650二氧化碳1670乙烯11550硫化氢550氧气44380A 氦气 B二氧化碳 C．乙烷 D．甲烷18. 在373.15K 和101325Pa 下水的化学位与水蒸气化学位的关系为(A) μ(水)＝μ(汽) (B) μ(水)＜μ(汽)(C) μ(水)＞μ(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 (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,yB. 逸度系数，活度系数； P、V、TC.H，U，S，G；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Vl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 B.V=(Vg-Vl)+xVlC.V=x(Vg-Vl)+Vl D.V=(1-x)Vg+xVl27.对理想溶液具有负偏差的体系中，各组分活度系数γ i（ ）。A．

>1

B. =0

C. =1

D.<128.对

1mol

符合

P

RT/(V

b)状态方程的气体，

(S/

V)

T应是（

）A.R/

（V-b）

B.R

C. -R/P

D.R/T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

;

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.题号12345678910答案BCCDDCDBCD题号11121314151617181920答案BDCBCDAAAB题号21222324252627282930答案ABCABCDABB二、填充题（每空 1分，共25分）1．纯物质 P-V图临界等温线在临界点处的斜率和曲率都等于 ___0______。2．剩余性质是指在相同的温度和压力下超额性质是指真实溶液与理想溶液4．溶液中组分 i的活度系数的定义是

真实气体与理想气体 热力学性质之差。热力学性质之差。i=??/xifi??id。ai/xififi/fi5．某气体温度为T℃，其临界温度为TC℃，给气体加的压力P足够大，则气体能被液化的温度条件是T<TC。N6．检验汽液平衡数据可靠性的基本公式为Gibbs-Duhem方程，其形式为xidMi0。i07．在真实气体混合物P→0时，组分i的逸度系数i等于1。8．三参数对比状态原理中，三参数是指Tr,Pr,ω。9.混合法则描述的是混合物的虚拟参数与所含纯组分以及组成之间的关系,它的提出是为了解决混合物热力学性质的计算问题。lg(Ps)0.71.000rTr10.偏心因子的定义是， 其物理意义是表示分子与简单的球形流体在形状和极性方面的偏心度。 。11.体积膨胀系数的定义式为： 1 V 那么，理想气体的体积膨胀系数为 1/T。V T P在下表空格处填入相应的偏摩尔性质或溶液性质MiM?/xi)lnfln(filn?ilnGE/RT㏑γi

MxiMilnf?/xi)xiln(filnxln?iiGE/RTxilni13．逸度的标准态有两类， 1）以Lewis-Randall 规则为定则，例如 25℃,1atm下盐酸中的水；2）以Henry规则为定则，例如 25℃,1atm下盐酸中的 HCl；14.混合性质变化的定义 M M xiMi0 。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，H,G,V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?v?l,fvfl,fivl。(×)fififi6．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-DuhemNdlni方程的形式之一是x0。(×)idxii0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0.03Mpa时测得某蒸汽的质量体积为4183cm3.g-1，请求出单位质量的H、S和G函数各是多少？0.03Mpa（50℃）时水的饱和汽、液相性质性质M饱和饱和汽液相相MgMlV/1.02235229cm3.g-1H/J.g-1289.302625.4S/Jg-10.94417.7695K-1。v(1x)vslxvsv(1x)0.0010223x5.2294.183m3/kg(3分)x=0.8h(1x)hslxhsv(10.8)289.300.82625.42158.18kJ/kg(2分)s(1x)sslxssv(10.8)0.94410.87.76956.4044kJ/(kgK)(2分)uhpv2158.180.0341832032.69kJ/kg(3分)2．（10分）在298K和0.1MPa下二元系焓变H20.9x1x2(2x1x2)已知H1418J/molx为摩尔分数以Lewis—Randall定则为基准，H2627J/mol求：（1）H1，H2(4分)；2）无限稀释偏摩尔值H1，H2(3分)；（3）H1，H2(3分)H20.9x1x2(2x1x2)20.9(x1(12))x1dH20.9(12x1(2x1)20.9(13dx1x1)3x1)H1H(1x1)dH20.9(13x13)(1x1)(20.9)(13x12)dx120.9(2x133x121)H2Hx1dH20.9(1x12)x1(20.9)(13x12)41.8x13dx1H1limH120.9J/molx10H1H1H141820.9438.9J/molH2limH241.8J/molx20H2H2H262741.8668.8J/mol3．（15分）已知某二元溶液的活度系数模型ln1Ax22；并已知lnf1ABC;lnf2A为，其中A,B,C仅是T,P的函数。求ln2,GE，??，。（均以Lewis-Randall定则为/RTlnf1,lnf2lnf标准状态。)（15分）N(2分)根据GD方程：xidlni0i0x1dln1 x2dln2 0ln2x2x1dln1dxx2x12Axx1dln222dx22Axdxx2dx2x211解：ln20x21x21x10ln2Ax12?Ax22(3分)ln1ln(f1)x1f1?2lnx12lnx1ABClnf1Ax2lnf1Ax2(2分)?)Ax12又ln2ln(f2x2f2?2lnx22lnx2Alnf2Ax1lnf1Ax1(2分)(3分)(3分)GE(xilni)x1Ax22x2Ax12Ax1x2RT??ABx1Cx12lnfx1lnf1x2lnf1x1x2Ax1x2(BC)x1A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ω，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。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.X1dlnγ1/dX1+X2dlnγ2/dX2=0 b.X1dlnγ1/dX2+X2dlnγ2/dX1=0c.X1dlnγ1/dX1+X2dlnγ2/dX1=0 d.X1dlnγ1/dX1–X2dlnγ2/dX1=07. 在373.15K 和101325Pa 下水的化学位与水蒸气化学位的关系为(A) μ(水)＝μ(汽) (B) μ(水)＜μ(汽)(C) μ(水)＞μ(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 (B)pdV是体积功 (C)TdS是可逆热在可逆过程中,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） i是GERT 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 ( )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.下列四个关系式中哪一个不是麦克斯韦关系式？()A.（T/V)S=V/S)pB.T/p)S=（V/S)pC.（S/V)T=/)VD.pTS/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 ( )a.c.

ii

[(nH)]P,nS,njb.ni[(nA)]P,T,njd.ni

i[(nG)]nV,nS,njnii[(nU)]ni二、下列判断题正确者用“√”；不正确者用“×”。（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GtERTlni。()niT,P,nji6.符合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(nG)]T,P,nji是最有用的()i[ni8.当取同一标准态时,溶液的过量热力学性质有HMEHME。()9.理想溶液中溶液的超额自由焓GME0所以组分的活度系数i0。()?0(?i为组分的分逸度010.当T、P一定时,溶液中组分i的活度系数i,为纯组分逸iii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分选择的依据。（ 4分）物质Tc，℃Pc，atmT，℃燃烧值，kJ/gB甲烷-82.6245.36-161.4555.6乙烷32.1848.08-88.6552.0丙烷96.5941.98-42.1550.5正丁烷151.937.43-0.549.6正戊烷196.4633.3236.0549.1正己烷234.429.8068.7548.43.从热力学角度解释，超临界萃取技术为何常选 CO2作为萃取剂？（ 4分）4.简述纯物质 P-V图上点、线和区域的意义（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