化工热力学复习题及答案

《化工热力学》课程模拟考试试卷A开课学院：化工学院开课学院：化工学院，专业：材料化学工程考试形式：,所需时间：分钟4．5．6．4．5．6．题对的写「错的写户1理想气体的压缩因子Z=1，但由于分子间相互作用力的存在，实际气体的压缩因子_。(A)小于1(B)大于1(0可能小于1也可能大于1。)说不清楚.甲烷Pc=4.599MPa，处在Pr=0.3时，甲烷的压力为二(A)15.33MPa(B)2.7594MPa；(C)1.3797MPa(D)1.1746MPa.关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是广(A)可以解决由于实验的口-丫」数据有限无法全面了解流体口-丫」行为的问题。(B)可以解决实验的P-V-T数据精确度不高的问题。(C)可以从容易获得的物性数据⑴、V、T、刈来推算较难测定的数据(乩U,S,G)。(D)可以解决由于P-V-T数据离散不便于求导和积分，无法获得数据点以外的P-V-T的问题。对于流体混合物，下面式子错误的是。M'8=li^mM' — — —(A)M•吧M，(B)H=仁+PVi(C)理想溶液的V=V,U=Ui(D)理想溶液的£=Si,G=Gi剩余性质Mr的概念是表示什么差别的_。(A)真实溶液与理想溶液(B)理想气体与真实气体(C)浓度与活度(D)压力与逸度纯物质在临界点处的状态,通常都是。气体状态 (B)液体状态固体状态 (D)气液不分状态7．关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是()。(A)判断新工艺的可行性(B)反应速率预测化工过程能量分析(D)相平衡研究8.对单位质量，定组成的均相流体系统，在非流动条件下有_。(A)dH=TdS+Vdp(B)dH=SdT+Vdp(C)dH=—SdT+Vdp(D)dH=—TdS—Vdp9,对1mol符合VanderWaals状态方程的气体，有_。㈡i=l一_a_(A)(3VJTV-b(B)(3VJTV-b。.汽液平衡关系py=p=%,的适用的条件 __o(A)无限制条件 (B)低压条件下的非理想液相(C)理想气体和理想溶液 (D)理想溶液和非理想气体.在0条件下，高分子溶液中溶剂的热力学性质为零的是_。(A)过量偏摩尔混合热AHE(B)过量偏摩尔混合热ASE(C)过量化学位瓯E (D)过量偏摩尔热力学能AUE.在0条件下，高分子溶液的Flory-Huggins相互作用参数x为二(A)x>0 (B)x<0(C)x=0 (D)x=1/213．当物体的温度大于其临界温度、压力大于其临界压力时，该物体所处的状态称为超临界流体。().若忽略动能或位能的变化，稳流过程的能量平衡式为：Ah=Q-W，则该式s对可逆与不可逆过程均适用。().工程上，制冷循环的实际轴功可按下式计算：-Ws」:Vdpo()1.对绝热混合过程，物系熵变ASs>0o()sys17．物系状态变化时所具有的最大作功能力称为理想功，它的数值大小与环境状

态无关。人.理想溶液丫,L。i i .对二元溶液，溶液性质乂与其组份的偏摩尔性质M1和M2之间的关系为广.节流过程为_过程。可逆绝热压缩（膨胀）过程为_过程。二、计算题（50分，共5小题，每小题10分）.试用普遍化Virial方程计算丙烷气体在378K、0.507MPa下的剩余焓和剩余熵。已知丙烷的物性参数为：Tc=369.8K、pc=4.246Mpa、3=0.152。剩余焓与剩余熵的计算公式为：HR 二pRTrIHR 二pRTrITdTJrrIT dTJrrSR一二—PRrdB(0)dTrdB(1)+3 dTr0.422 0.172B(0)=0.083— B⑴=0.139— 其中■ T1.6. T4.2TP分别为对比温度其中： r; r,r、r分别为对比如度和对比压力。.在473K、5MPa下二元气体混合物的逸度系数满足下列关系：lnw=yj2（1+匕），式中>1,>2为组分i和组分2的摩尔分率，试求f、f的

表达式，并求出当丁1=0.5时的f1、于2各为多少?八fIncp=In--i-=T,p,nT,p,n,p,nj[i]3．已知环己烷(1)－苯酚(2)二元系统在144℃的气液平衡形成恒沸物，恒沸物组成邛=邛=0.294。已知1440c时物质的饱和蒸气压Ps=75.20kpa,P2=31.66kpa。该溶液的过量Gibbs函数Ge与组成的关系为GEJRT=Bx1x2,其中B仅是温度的函数。求该二元系在x1=0.6时的平衡压力及气相组成，假设气zQge/rt)lnzQge/rt)lny二 ： i aniT,P,n

,P,nj[i]②汽液相平衡关系符合关系式p=psxy+psxy。111 2224．某冷冻装置每小时必需获得冷冻量Q0=4.18X105kJ-h-1,它采用氨蒸汽压缩制冷循环。该循环的运行如下图所示，并已知各关键点的焓值为H1=1450kJ・kg-1,H2=1570kl-kg-1,H3=H4=405kJ.kg-1,试求该制冷循环中每kg氨的冷冻能力q0,氨的循环速率m/kg•h-1,压缩机所需的功Ws/kJ•皿，制冷系数之。已知制冷系数5.在温度308K下的PS-环己烷。溶剂，当溶液浓度为。=7.36x10-3kg.L1,其渗透压为4.3Pa,试根据Flory-Huggins溶液理论求此溶液的第二Virial系数B;、Flory-Huggins相互作用参数X、PS的505和PS的分子量Mn。n已知Virial方程为兀"RTGM〃+B21,相互作用参数与溶解度参数的关系为廿RF(31—32)2，51=16.7(J•cm_3)2，环己烷的摩尔体积为V=108cm3•mol-1。三、简答题（10分，每小题5分）①何为高分子理想溶液？试比较小分子理想溶液与高分子理想溶液的不同点。②可用Flory-Huggins相互作用参数x和第二电也1系数B;来判断溶剂优劣试问它们分别为何值时，溶剂是高分子化合物的良溶剂、。溶剂、非溶剂以及高分子在上述三种溶液中的热力学特征和形态是怎样的?《化工热力学》课程模拟考试试卷《答案）开课学院：化工学院，专业：材料化学工程考试形式：,所需时间：分钟考生姓名：_学号：_班级：」任课教师：一题序二三总分1234512得分评卷入一、基本概念题（共40分，每小题2分）（选择、填空与判断题，判断题对的写「错的写户

1理想气体的压缩因子Z=1，但由于分子间相互作用力的存在，实际气体的压缩因子(C)。(A)小于1(B)大于1(C)可能小于1也可能大于1(D)说不清楚2.甲烷Pc=4.599MPa，处在Pr=0.3时，甲烷的压力为旦。(A)15.33MPa(B)2.7594MPa；(C)1.3797MPa(D)1.1746MPa3．关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是(B)。(A)可以解决由于实验的口-丫」数据有限无法全面了解流体口-丫」行为的问题。(B)可以解决实验的口-丫」数据精确度不高的问题。(C)可以从容易获得的物性数据⑴、V、T、刈来推算较难测定的数据(乩U,S,G)。(D)可以解决由于P-V-T数据离散不便于求导和积分，无法获得数据点以外的P-V-T的问题。4．对于流体混合物，下面式子错误的是(D)。^M8=hm_^M — — —(A)M•lM，(B)H=0+PVii5．(C)理想溶液的V=V,U=Ui(D)理想溶液的S=Si,G=Gi5．剩余性质Mr的概念是表示什么差别的皿。(A)真实溶液与理想溶液(B)理想气体与真实气体(C)浓度与活度(D)压力与逸度6.纯物质在临界点处的状态，通常都是耳。(A)气体状态 (B)液体状态(C)固体状态 (D)气液不分状态7．关于化工热力学研究内容,下列说法中不正确的是(B)。(A)判断新工艺的可行性(B)反应速率预测(C)化工过程能量分析(D)相平衡研究8．对单位质量,定组成的均相流体系统,在非流动条件下有(A)。(A)dH=TdS+VdP(B)dH=SdT+VdP(C)dH=—SdT+Vdp(D)dH=—TdS—Vdp9.对1mol符合VanderWaals状态方程的气体，有(A)。as\ r (as\ r――=-- I--=---(A)av)Tv-b⑻(av)T v-b(A)卢卜旦(C)1aVJTV+b(D)。.汽液平衡关系py=pyixi的适用的条件—®__。(A)无限制条件 (B)低压条件下的非理想液相(C)理想气体和理想溶液 (D)理想溶液和非理想气体.在0条件下，高分子溶液中溶剂的热力学性质为零的是(C)。(A)过量偏摩尔混合热而E(B)过量偏摩尔混合热丽E(C)过量化学位瓯E (D)过量偏摩尔热力学能及E.在0条件下，高分子溶液的Flory-Huggins相互作用参数x为(D)。(A)x>0 (B)x<0(C)x=0 (D)x=1/213．当物体的温度大于其临界温度、压力大于其临界压力时，该物体所处的状态称为超临界流体。(T).若忽略动能或位能的变化，稳流过程的能量平衡式为：AH=Q-W，则该式s对可逆与不可逆过程均适用。(T).工程上，制冷循环的实际轴功可按下式计算：-Ws」:Vdp。(F)1.对绝热混合过程，物系熵变AS>0。(T)sys17．物系状态变化时所具有的最大作功能力称为理想功，它的数值大小与环境状态无关。 (F)人.理想溶液丫,，f.=_f®xi。.对二元溶液，溶液性质M与其组份的偏摩尔性质M1和M2之间的关系为M=xM+xM1 1 2 2。20节流过程为等焓过程。可逆绝热压缩(膨胀)过程为等熵过程。二、计算题(50分，共5小题，每小题10分).试用普遍化Virial方程计算丙烷气体在378K、0.507MPa下的剩余焓和剩余熵。巳知丙烷的物性参数为:T=369.8K

巳知丙烷的物性参数为:T=369.8K

cp=4.246MPac、3=0.152。剩余焓与制余熵的计算公式为:HR=pRTr6B(0) HR=pRTr6B(0) dB — 、(0)6B(1)dB（0）IT dTJrrT dTJrr一=-pR।dTrdB(1)+3 dTr0.422B(0)=0.422B(0)=0.083 其中： T1.6：r0.172B(1)=0.139 T4.2r分别为对比温度和对比压力。解：T=解：T=T,T=378/369.8=1.022=p/p=0.507；4.246=0.119,c -0.422B(0)0.422B(0)=0.083 =0.083-T1.6r0.172B(1)=0.139 =0.139-T4.2r0.422.——=-0.3251.0221.60.172 =-0.0181.0224.2dB(0) dB(0) 0,675 0.675 = = =0.638T2.6 1.0222.6rdB⑴ 0.722 0.722= = =0.645dT T5.2 1.0225.2'rrHR=pRTr^B(0) dB(0)、ITdTJ

HR=pRTr^B(0) dB(0)、ITdTJ

rr=0.119x6-0.32511.022r-0.638+0.152xJ6-0.018I1.022A-0.645JHr=-0.126RT=-0.126x8.314x378=-396J-mol-1)SR=-pRrdB（0）dTrdB⑴+3 dTr=-0.126=-0.119x1-0.638+0.152x(-0.645)]=-0.088Sr=-0.088R=-0.088x8.314=-0.732-mol-1).K-11nP=y1y2〃+y21nP=y1y2〃+y2),表达式，并求出当y1=0.5时的f、f各为多少?Inp=i巳知：解:nnnInp=i—.n2"I"+n2L则:In(p1S(nInp)Sn1=2y3Inp=

22

,S(nInp)Sn2=y2(1+2y).在473K、5MPa下二元气体混合物的通度系数满足下列关系：式中y1,y2为组分i和组分2的摩尔分率，试求f、f2的

八(p= ,(=1,2) 八 八又i pyi ，因此f1=py1e2y2,f2=py2ey2(1+2y2)当P=5MPa,>=>=0.5时，f1=Py^e2y2=5义0.5义e2^0.53=3.21(MPa)f=pyey2(1+2y2)=5X0.5Xe0.52x(1+2x0.5)=4.122(MPa)23．23．已知环己烷(1)－苯酚(2)二元系统在144℃的气液平衡形成恒沸物，恒沸物组成个二y「二0,294。已知1440c时物质的饱和蒸气压Ps=75.20kpa,P2=31.66kpa。该溶液的过量Gibbs函数ge与组成的关系为G%；RT=Bx1x2,其中B仅是温度的函数。求该二元系在x1=O.6时的平衡压力及气相组成，假设气lny=

i~d(nGe..RT>T,p,n一；②汽液相平衡关系符合关系式j[i]lny=

i~d(nGe..RT>T,p,n一；②汽液相平衡关系符合关系式j[i]p=psxy+psxy111 222。解：RT=Bnnniln，则：lny=

1d(nGe/RT)dn1T,p,n2=Bx2 lny=22，由气液相平衡关系pyt=psxyi及恒沸点关系d(nGE/RT)dn2xaz=y

iT,p,n1yazyaz2=Bx21p2彳，代入数据得：psxpsxyy=1p75.20x0.4x0.47 =0.51027.72B(x2—x2)=山31662 1 75.20，解得B=-2.1当x1=0.4，lny1=-2.1x2=-2.1x0.62=0.756，y1=0.47；同理lny=-2.1x2=-2.1X0.42=-0.336 y=0.7152 1 ，2p=psxy+psxy=75.20x0.4x0.47+31.66x0.6x0.715=27.72(kPa)111 222TJlTJl2/：4．某冷冻装置每小时必需获得冷冻量Q0=4.18x105kJ-h-1，它采用氨蒸汽压缩制冷循环。该循环的运行如下图所示，并已知各关键点的焓值为H1=1450kJ-kg-1，H2=1570kJ-kg-1，题二、4小题附图

H3=H4=405kJ•取-1,试求该制冷循环中每kg氨的冷冻能力q0，氨的循环速率m/kg•h-1,压缩机所需的功WH3=H4=405kJ•取-1,试求该制冷循环中每kg氨的冷冻能力q0，氨的循环速率m/kg•h-1,压缩机所需的功Ws/k「h-1,制冷系数G。已知制冷系数为m=4.18x105解：H-H1450-40514=400(kg•h-i)q=H-H=1045Q•kg-i)014-W=m(H—H)=400x(1570—1450)=48000(kJ•h-i)21Q4.18x105&=7—0-r= =8.71(-W) 48000s5.在温度308K下的PS-环己烷。溶剂，当溶液浓度为°=7.36x10-3kgL,其渗透压为4.3Pa,试根据Flory-Huggins溶液理论求此溶液的第二Virial系数B*、Flory-Huggins相互作用参数X、PS的505和PS