天津大学化工热力学期末试卷

sijprVsijprV本生末试卷一式（

～20学年第学期期末试试卷《化工热力A或B卷

共

页）（考试时间20

年

月

日）学院

专业

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（共题，共40分，每题5分）1.写出封系统和稳定流动系统的热力第一定律。答：封闭系的热力学第一定律：1稳流系统的力学第一定律：2Q22.写出维方程中维里系数BC的物理意义写出舍项维方程的混合规则。答第维里系数B代表分子间的相互作用第维里系数代表三分子间相互用，B和的数值都仅仅与温度关；舍项维里方程的混合规为：BM

ij

yB，ijijij

cijpcij

Bij

ijij

，Bij

0.083

0.422，B0.139T1.6pr

T，T，Tcijcijijci

，

cij

cijcijVcij

，Vcij

1ciCj

，，0.5p，0.5pˆfˆZ

0.5Zci

cj

iji

j

3.写出混物中i组元逸度和逸度数的定义式。答：逸度定：

i

ylnii

（T定）liii

逸度系数的义：

i

ˆi

i4.请写出余性质及超额性质的定义及义式。答：剩余性：是指同温同压下的理想气体与真实流体的摩广度性质之差，即：id：是指真实混合物与同温同压相同组成的理想混合物的摩尔广度性质之差，：M

M

id5.为什么K值法可以用于烃类混合物的汽液平衡计算？答：烃类混物可以近似看作是理想混合物，于是在汽液平基本表达式中的

i

，在压力不高的情况，Ponding因子近似为ii1，于是，汽液衡表达式化简为：K

idi

ysiiixpii

。由该式可看出，K值仅仅与温度和压有关，而与组无关，因此可以永K值法计算烃系统的汽液平衡。6.汽相和相均用逸度系数计算的困难什么？答：根据逸系数的计算方程，需要选择一个同时适用于汽和液相的状态方程，计算精度相当。这种方程的形式复杂，参数较，计算比较困难ffpyˆˆfˆpiiiˆRTffpyˆˆfˆpiiiˆRTRTˆˆ二、

推导题（共题，共15分，其中第一题8分第二题7分）1.请推导出液相平衡的关系式中：液用活度系数表示，以Lewis-Randell规则为准；汽相用逸系数表示答：据相平衡准则，

ˆvˆlii

；其中，等式左项可以根据逸度系数的定义式变形为：；等式的右边项可以根据活度系数的定义式变形为：iiilfx，标准态取为同温同压下纯液体，于是有iiiilfpexpii，带入相平准则，得到：RT

psiiii

xii

lpii2.从汽液相衡的关系式出发，进行适当的假设和简化，推导出拉尔定律。答：lp压力远离临界区和近临界区时，指数项ii

。若体系中各组元是同分异构体、顺反异构体光学异构体或数相近的同系，那么，汽液两相均可视为理想化合物，根据Lewis-Randall规则，有时，ii

i

。低压下，汽相可视为理想气体，于是有：vi

，i

。综上所述，液平衡体系若满足1：pyi拉乌尔定律

si

x，即为i三、计算题（共4题，共45分，其中第一题分，第二题分，第三题5分，四题10分）1.

求某气体在473K30时，H=?idii473idii473已知：pV=RT+10，其中：单位Pa，V单位m·mol，C=10·K)。设饱和液体在273KH=0)中安托尼常数，B=2219.2，托尼方程中压力：PaT：K压力用自然对数表示Δ=1）答：首先涉路径，273K饱和蒸汽压下的气体可近似视为理想气体273K,li

473K,v273K,

i

,ig

ig

2473K,ig

Rlns/Pa20.7i

2219.2t/Kdlnpd

T

T

T273

Hv

lnps

23.48mol

ig

CigdT

-3

TdT

V=R

R

30

dpJ·mol

0HH

ig

2

174.11mol

2.

有人提出用列方程组来表示恒温恒压下简单二元体系的偏尔体积：(a)bx111

21abxbx22

22212212其中：V和是纯组分的摩体积，、b只是、p的函数，试从热力学角度分这些方程是否合理？答：由于该程涉及到偏摩尔性质和温度压力等参数，因此果该方程合理必须要满足方程先衡量等温等压下的Gibbs-Duhem是否满足：：x。对二元体系做衡等变形，得：12x1

1dxdx12

dV由已知得：1dx1

，dx2

bx。于是，有：2x1

dVdV12dxdx1

不合理。12模题一、选择1、关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是（）可判断新工艺、新方法的可行；化工艺过程；C.测反应的速率；D.通过热力学型，用易测得数据推算难测数据用少量实验数据推算大量有用数据；相衡数据是分离技术及分离设备开发、设计的理论基础。2、纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则物质的状态为（A饱和蒸汽

饱液体

C过冷液体

D.过热蒸汽3、超临界流体是下列（）件下存在的质。高和于

临温度和临界压力下低于和于

D.高于和P

对单原子气体和烷，其偏心因子ω，近似等（1C.D.关于化工热力学究特点的下列说法中不正确的（）PPPPVT研究体系为实际态。解释微观本质及产生某种现象的内部原因。处理方法为以理态为标准态加上校正。获取数据的方法少量实验数据加半经验模型。应用领域是解决厂中的能量利用和平衡问题。6、关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是（）判新工艺的可行性。衡研究

化过程能量分析。反速率预测。

相7、(1.5分),400K的

2

1kmol体积约为（）A3326LB332.6L3.326LD33.268、下列气体通用常数的数值和单位，正确的是（）

A

/

B1.987cal/kmolK82.05

K

D8.314

J/9、纯物质PV临界等温线在临界点处的斜率和率都等于（B.0D.不确10、理想气体有（.(H/).(H/P)TTC.(/)0DH/)TP11、单位质量，定组成的均相流体体系，在非动条件下有（AdH=TdS+VdpB．Vdp．dH=-SdT+dH=-TdS-Vdp()12、1mol合状态程的气体，应是）A.R/V；；；D.R/T。当压力趋于零时1mol气体的压与体积乘积）于（零B无限C.某一数D.RT不经冷凝，能否气体通过其他途径变成液体？）能

B.不能还条件15、1molVanWaals气体有（(∂S/=R/(v-b)B.(∂S/=-R/(v-b)TT(∂S/∂V)=R/(v+b)D.(∂V)=P/(b-v)TTrEEEEˆˆˆVＶＬrEEEEˆˆˆVＶＬＬff；fff(().f；f（D）fffiSiii16、物质临界点时，其对比温度（A=0B<0C．>．=117、压力趋于零时1mol体的压力与体积积PV）趋于a.零b.限大c.某常数d.18、列各式中，化学势的定义式是().[i

(nH)i

]

,

j

.[i

()ni

]

nV

j.[i

()i

]

T

j

[i

)i

]T,,

j19、于偏摩尔性质，下面说法中不正确的是)（A纯物质无偏摩尔。（B），一，偏摩尔性质就一定。（）偏摩尔性质是强度性质。D）强度性质偏摩尔量。20、无热溶液，下列各式能成立的是（S=0，V=0B.，A=0G=0，=0D.H，G=-TS21、列方程式中以正规溶液模型为基础的是（方程B.方C.方程D.Flory-Huggins方程22、醇和水形成的二元三相气液液平衡状态，自由（D.323、一定的温度和压力下二组分体系汽液平衡条件是（(A).1

f；fV1２

ˆLˆˆ２１２１２ˆＬˆＶˆＶˆＬ１２１２

L

f

(f为合物的逸度）24相是理想溶液是想气体体系平关系式可简A．yf=piii

S

B.ypγ

i

xpii

．ypxΦp

S

D.yp=ixpii

S25、于偏摩尔性质，下面说法中不正确的是)A纯物质无偏摩尔量。

B．T，P定，偏摩尔性质就一定。．偏尔性质是强度性质。偏尔吉氏函数等于化学势。26.于理想溶液，以下说法不正确的是（理想溶液一定符L规和规则。符合L规或enry则的溶液一定是理溶液。理溶液中组分的活度系数均。D.理想溶液所的超额性质均为0333323iiiiˆˆˆiiiμ=i333323iiiiˆˆˆiiiμ=i27、温等压下，A组成的均相体系中，A偏摩尔体积A浓度的减而减小，B偏摩尔体积将随A浓度的小而()增减不变D.不定28、（1）和环己烷（2在303K，下形成溶液。此条件下1V/mol，V/mol，=89.99cm，，超1额体积V（）。C.29、列偏摩尔吉氏函数表达式中，错误的为（A.ii

dG=Vdp-SdTiiii

/i

j

i

/i

T,nv,n

j30下偏尔性质与溶液性质关系式中确的nmol溶性质nM=（A.nMiMi

B.xMD.Mi

i31、合物中组i的逸度的完整义式()

f,lim[P)]iiiif,limfiii

D.

lnf,lim[f/P]iiif,limfiii32、元理想稀溶液，其溶质和溶剂分别遵守（规则和Lewis--Randll规规和规则.拉乌尔规则和Lewis--Randll则D.Lewis--Randll则和拉乌尔规则33、列化学μ和偏摩尔性质关系正确的是（）Aμ

H

i

μ=

Viii

D.μ=

A

i34方程是工程设计中应用最广泛的方程说法不正确的是)。引了部组成的概念以及温度γ的影，此精度高。i适用于极性以及合体系。用二元体系的参可以推算多元系。适用于液液部分溶体系。35.温汽液平衡数据如符合热力学一致性，应满足下列条件中（11211T，1P，11211T，1P，0A.够多的实验数据B.∫lnγ/）dX≈C.[（lnγ）/≈0D.（lnγ）/T]≈036、体经过稳流绝热膨胀，对外作功，如忽略观动能，位能变化，无摩擦损失则此过程气体焓。增B.减不变D.不确定37、流效应-P上转化曲线是表示的轨。μ=0μ<0

>038、想Rankine循环工质是汽轮机中_膨胀A）等温B)等C）等焓）熵39、可逆过程中孤立体系的（）总是加，

也是增加的

总是减少，

也是减少的总是减少，但

是增加的

D.总熵是增加的，但是减少的40、

卡诺制冷循的制冷系数与)关。制冷剂的质制冷剂循环速率

B.制冷剂的工作度D.压缩机的功率41、Rankine环是由锅炉、过器、汽轮机、冷凝器和水泵组成）A）正确B)错42、汽压缩制冷中蒸发器置于高温空间，冷凝置于低温空间）A）正确B)错43、稳态流动过的理想功仅取决于体系的初态终态及环境温度T，与具体变化途径无关）A）正确B)错44、对化工过程进行节能改进，就必须对理想、损失功、热力学效率进行计算和热力学分析）A）正确B)错45、量是由火用和火无两部分组成）A）正确B)错46、于制冷原理，以下说法不正确的是（任气,经等胀后,温度都会降。只有当

，膨胀后，气体温才会低。在相同初态下，熵膨胀温度降比流膨胀温大任何气体经节流膨胀温度都会下降。47、为朗肯循环改进的回热循环是从汽轮机（蒸汽透平机）中抽出部分蒸汽（A．锅炉加热锅炉进水B．回热加热加热锅炉进水C.冷凝加热冷凝水D.过热器再热48、封闭体系经过一变化，体系2℃恒温水浴吸收热000KJ，系熵增25KJ/K，则此过程是（可的不可逆的不可的49、于制冷循环，下列说法不正确的是（冬天，空调的室机是蒸发器。夏天，空调的室机是蒸发器。冰箱里冷冻鱼肉需的制冷量是由冷凝器吸收的提供的。冰箱里冷冻鱼肉需的制冷量是由蒸发器吸收的提供的。50、对于蒸汽动循环要提高热效率，可采取一列措施，以下说法不正确的是（同一ankine环动力装置，可提高蒸气过热温度和蒸汽压力同一循环力装置，可提高乏气压力对Rankine环进行改进，采用再热循环。对Rankine环进行改进，采用回热循环51、系经不可逆循环又回到初态，则热温熵的环积分（A

Ｂ=０C52、一热机在夏天的热机效率比在冬天的热机率（相

B.低

高

D.不一定53、膨胀作功过程，等熵效率的定义是不可逆热过程的作功量与可逆绝热过程的作功量之比）A）正确B)错54、高汽轮机的进汽温度和进汽压力可以提高汽动力循环效率）A）正确B)错55、体从高压向低压作绝热膨胀时，膨胀后气的压力温度必然降低）A）正确B)错二、填空1112，1112，(2分在T图上纯物质三种集态互相共存处称。(2分常的个热力变量P、V、T、ShUA、可出一阶导36个，其中独立的导数个，但只有个可通过实验直测定，因此需要用将不易测定的状性质偏导数与可测状态性质偏数联系起来。(2分纯质P-V图界等温线在临界点的斜率，曲率为__________。(2分麦斯韦关系式的主要作是

。5、分)描述流PVT关系的立型状态方程是三次方的物态方程6、分)剩余性的定义是=________________________。(2分理溶液的过量性质等于。(6分由邻二甲苯与对二甲苯间二甲苯的结构、性质相近，因它们混合时会形成溶，它们的H=_____________ΔV=___________。9、分)二元混物容积表达式为V=XV+XVX如选同温同压下符合Lewis-Randll则的标准态就有

。10、分等温等压下二元溶液分的活度系数与组成之间关系，Gibbs-Duhem方程Xdln+________=______。111、分溶液中组分的活度系数的定义是=________________________i(2分对封体系单位质能量平衡方程式_________,稳定流动体系单位质量能量的平衡程式_________.(2分孤立系的熵增表达式__________(2分一定态下体系的指系由该状态达到与时过理想功。(2分稳流系熵方程中熵产生体系内部所引起的。(2分纯物图相区水平线（结线）长度表示大。(2分能量衡时以热力学为础，有效能平衡时以热力学为基础。三判题1(1)一定力下纯质的泡点温和露点温度是相同的且于沸点()2、分)在－S图上,空气和水蒸气一样在两相等压线和等温线是重合的。()(1分由邻二甲苯与对二甲苯、间二甲苯的结构、性质相近，因它们混合时会形成理想溶。()(1分二共沸物的自由度2。()(1分理溶液各组分的活度系和活度为。)(1分逸也是一种热力学性质,溶中组i的分度与溶液逸度的关系为nlnii

i

（）(2分冬，使室温由10℃至20，空调比电加热器更省电。(2分对可逆绝热循环过程，于其不可逆性，孤立体系的总熵大。()9分理想W是体系的状态变化是在一定的环境件下按以完全可逆过程进id行时，理论上可产生的最大功或者必须消耗的小功，因此理想功就是可逆功，同时也是的负值。()(2分损失与孤立体系的总熵有关，总熵变越大，损失功越大，因此应该尽量减少体系的不逆性()(2分理想W是体系的状态变化是在一定的环条件下按以完全可逆过程id进行时论上可能产生的最大功或者必须耗的最小功此理想就是可逆功，同时也是的负值。()四名解(5分偏函数(5分偏因子(5分广性质(5分方(Redlich-Kwong方程(5分偏尔性质(5分超性质(5分理溶液(5分活五、简答(8分简偏离函数的定义和作。(8分甲、乙烷具有较高的燃值，己烷的临界压力较低，易于化，但液化石油气的主要成既不是甲烷、乙烷也不是己烷而是丙烷、丁烷和少量的戊烷。试用下表分析液气成分选择的依据。物质临界温度临界压力正常沸点燃烧值烷烷烷

T，℃-82.6232.1896.59

Patm45.3648.0841.98

T，℃B-161.45-88.65-42.15

kJ/g正丁烷正戊烷正己烷

37.4333.3229.80

36.0568.75

3、分)工程上见的汽液平衡问题有哪些类型3E（分）2S∞S3E（分）2S∞S(6分相衡的热力学一致性检(6分卡定理的主要内容是是？(6分如利用热力学第一定律量湿蒸汽的干度？(6分什是理想功、损失功？六、图示计算题1(20分图画出下列各过程所经历的途径（注明起点箭头方向明过程特点：Δ饱和液体节流膨；饱和蒸汽可逆绝膨胀；从临界点开始的温压缩；过热蒸汽经冷却凝为过冷液体（压力变化可忽2、(15分℃，0.1MPa下组和形成二元溶液，溶液的摩尔焓为H－180X－/mol).式X为的摩尔分数,标准态按L定11则计算，求

(1)H,H；HHH，H；HH；12123、(15分已知某含组分1和的二元溶液，可用ln,lnX122

2

关联，A可视为常数，60℃下达汽液平衡时能形成共沸物现测℃下=14.7,=11，设汽相可为理想气体。试求：2G表式；A值；下沸组成和平衡蒸汽压。(15分)某动力循环蒸汽透平机，进入透平的过蒸汽.0MPa，℃，排出的气体饱和汽要求透机产000kW功率每时通过透平机的蒸汽流量是多？其热力学效率是等熵膨胀效的多少？假设透平机的热损失相当于轴功的%。(15分)试比较如下几种水蒸汽，水和冰的有效能小。设环境温度。，160，过热蒸汽；，160℃，过热蒸汽；，100，过冷蒸汽；℃，饱蒸汽；，100，饱和水；0.1MPa，0，冰。模题一选题1、(1.5分)C2、(1.5分)D3、(1.5分)A4、(1.5分)

A5、(1.5分)

B6、(1.5分)7、(1.5分)D8、(1.5分)A9、(1.5分)B10、(1.5分C11、(1.5分A12、(1.5分13、(1.5分14、(1.5分15、(1.5分

AA16、(1.5分D17、(1.5分ｄ18、分

A19、分

B20、分D21、分C22、分B23、分A24、分D25、分B、(1分B27、分

A28、分

A29、分

D30、分

D31、(1分)A32、分A33、分Cα2α2(1分DB分B分A分D分D分B分A分B分A分A分A分D分B分C分C分B分A分B分A分A分A二、填空(共6题，分)(2分三点(2分关系(2分0,0(2分将易测定的状态性质偏数与可测状态性质偏导数联系起.5、分)体积(2分'(T,P一)(2分0(6分理溶液，00(2分V=XX110、分X2

㏑

,11、分a/XiiR*rjER*rjE，EE12、分eq\o\ac(△,))＝Q＋

eq\o\ac(△,H)eq\o\ac(△,)＋1/2eq\o\ac(△,U)eq\o\ac(△,)2eq\o\ac(△,+g)z=Q+W或eq\o\ac(△,H)eq\o\ac(△,)＋eq\o\ac(△,E)eq\o\ac(△,)＋eq\o\ac(△,k)Q＋(2分ds≥0(2分环境态完全平衡15、分不可逆性(2分汽化(2分第一律；第二定律三、判断(1分√(1分×(1分√(1分×(1分×(1分×(2分√(2分×(2分×(2分√(2分四、名词释1、分)

MMM

指气体真实状态的热力学性M与同一下气体处于理想状态下力学性M*之间的差额。2(5)

)r

T0.7

表示分子与简单球形流体（氩，氪、氙）分子在形状和极性方的偏心度。3、分)无4、分)无5、分)偏摩尔质

M[i

(nM)i

]T

j在P和其组分量均变情况下，无限多的溶液中加1mol的组分i所起的一系列热力学性的变化。6、分)超额性的定义是M=M-M

表示相同温度、力和组成下，真实溶液与理想溶液性的偏差ΔMM意相同。其G是一种重要的超额性质，ffidiiiR*ffidiiiR*它与活度系数相。7、分)理想溶有二种模型（标准态

^^=Xf（LR）i

i

id

=Xk）i有三个特点：同子间作用力与不同分子间作用相等，混合过程的焓变化，内能变化和体积变化零，熵变大于零，自由焓变化于零。8、分)无五、简答1、分)偏离函定义，

MMM指气体真实状态的热力学性M与，P下当体处于理想状态下热力学性质M*之的额。如果求得同T下M，则可由理想气体M*计真实气体的或。2、分)（）

虽然甲烷具有较的燃烧值，但在它的临界温度低于常温，而乙烷的临界温度也于夏天的最高温度，也就是说即使压力再高，也不能使它们液化。（2管烷的临界压力较低它的正常沸点远高于常温常温它不易气化，不利于燃烧。(6分无(6分用力学的普遍原理来检实验数据的可靠性。检验的基本式是方程该方程确立了混合物中所有组分逸或活度系数间的相互关系。常用的法是面积检验法和点检验法。液平衡数据的热力学一致性是判断数据可靠性的要条件，但不是充分条件相衡的热力学一致性检验5、分)所有工于等温热源和等温冷源之间的机，以可逆热机效率最大，所有工作于等温源和等温冷源之间的可逆热机效率相等，与工作介质无关。η＝－T2/T1(6分采用流原理，当湿蒸汽分节流后变为过热蒸汽，测定过蒸汽的温度、压力得知过热蒸的焓值，从而求得湿蒸汽的干。(6分理功是指体系的状态变化是在一定的环境条件下按完全可的过程进行时，理论上可以生的最大功或者必须消耗的最功。损失功时指给定相同的状态变化时的不可逆际功与理想功之间的差值。Wl=W-W六、图示计算题1、(20分

(1)

(2)∆S=0(3)∆T=0(4)∆P=0TdH、x2dHHH)4201

S3

H600x3H/H/3)/molHJ/mol4)HH(H)x(H)x(H)iiiiiii112xx21

400)(60040x

x315)HE20x13．）-1-1

E

RT(xlni

i

)(Ax1

22

Ax21

)ARTxx12lnlimlnA11x恒时,即x/yx/y112s和Pys1122211

Ps22ln

1

lns1

ln

2

s2

与＋＝１联求解1２

＋0.01742.68782

ln得0.25;x12xP0.0174111220.019730.05918

2.68780.75

0.75

2.6878

0.078914(15分解出平机的蒸汽状态见下图所示熵值从附录水汽表中查到，按稳流系统热力第一定律对透平机进行能量衡H=Q-W则

HW2s

蒸汽流量

m

0.95W0.953000HH3247.61

按本题意，等熵胀的空气应该是湿蒸汽，即为和蒸汽和饱和水的混合物，此时熵值，即为和蒸汽和饱和水的熵按比例混，从附录查得饱和蒸汽的熵g

K

，从饱和水性质查得饱和液体的熵，l设空气中气相重百分含量,则×xx×解得=0.9126空气的焓值×H+Hg

l=0.9126××·kg定熵效率-1-1-1-1-1-1S5、(15分解：由水和水蒸汽性质可查得各状态点的焓和熵值，设298K液态水为基准态，有效为零。根据有效能计算：BBHH))计算结果见下表列。序号

t,℃

P,MPa

·

S,kJ·K

·kg

-10

251601601001001000

0.150.07

104.892792.82782.32680.02676.2419.04

0.36747.46657.12767.53417.36141.3069

0572.4662.9439.4487.122判断水蒸汽的价，应