化工热力学考试题目8

单项选择题

本大题解答（用A或B或C或D）请填入下表：

1 题号 答案 题号 11 答案 2 12 3 13 4 14 5 15 6 16 7 17 8 18 9 19 10 20 1．关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是（ ） A. 研究体系为实际状态。

B. 解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。 C. 处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。

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 = B0ωB1 B．B = B0 ω + B1 C．BPC/（RTC）= B0 +ωB1 D．B = B0 + ωB 3．下列关于GE 关系式正确的是（ ）。

A. GE = RT ∑Xiln Xi B. GE = RT ∑Xiln a i C. GE = RT ∑Xiln γi D. GE = R ∑Xiln Xi 4．下列偏摩尔自由焓表达式中，错误的为（ ）。 A. Gii



B. dGiVidPSidT

nGC. Gi niT,P,nji

nGD. Gi niT,nV,njisPyPixi的适用的条件（ ii5. 汽液平衡关系

）

A 无限制条件 B 理想气体和非理想溶液

C 理想气体和理想溶液 D 非理想气体和理想溶液

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．乙醇-水在101.3KPa下共沸体系，其自由度为（

A．0

B．1 C．2

D．3

）

8．体系从同一初态到同一终态，经历二个不同过程，一为可逆过程，一为不可逆过程，此二过程环境熵变存在（ ）。

A．（ΔS环）可逆< （ΔS环）不可逆 B. （ΔS环）可逆 >（ΔS环）不可逆 C．（ΔS环）可逆 = （ΔS环）不可逆 D．（ΔS环）可逆= 0

9．如当地冷却水温度为常年18℃，则氨制冷循环的冷凝温度应选 。

A. 18℃； B. 8℃； C. 28℃； D. 48℃。 10．由纯组分形成理想溶液时，其混合焓ΔH 。

A. >0； B. =0； C. <0 ； D. 不确定。 11．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 12．有效能衡算的依据是 。

A. 热力学第一定律； B.热力学第二定律； C.热力学第三定律 ； D.热力学第一、二定律。 13．混合物的逸度与纯组分逸度之间的关系是 。

A.fid

xifi； B. ffi；

fi0 ； D. lnfxilnf xi C. lnfxiln14．纯物质临界点时，对比温度 Tr 。

A.＝ 0； B. > 1； C. < 1 ； D. = 1。

15．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 乙炔 空气 H/bar 1350 72950 气体 乙烷 H/bar 气体 氦气 氢气 H/bar 气体 氮气 H/bar 41850 87650 一氧化碳 5400 30600 126600 甲烷 71600 二氧化碳 1670 乙烯 11550 硫化氢 550 氧气 44380

A 氦气 B二氧化碳 C．乙烷 D．甲烷 16．下列哪个条件不符合蒸汽压缩制冷循环制冷剂的选择要求（ ）。

A. 沸点低 B. 冷凝压力低 C. 汽化潜热大 D. 较低的临界温度 17．在T-S图上，绝热可逆过程工质的状态总是沿着 进行的。

A.等焓线； B.等熵线； C.等干度线 ； D.等压线。 18．关于做功和加热本领的描述，不正确的是（ ） A．压力相同，过热蒸汽的做功本领比饱和蒸汽大。 B．温度相同，高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强。 C．温度相同，高压蒸汽的加热能力比低压蒸汽强。

D．放出的热相同，高温高压蒸汽的作功本领比低温低压蒸汽的大。

二、填充题（每空1分，共15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 __________。 2．剩余性质是指在相同的温度和压力下 与 热力学性质之差。 3．溶液中组分i的活度系数的定义是

i =________________________。

4．高温热源（温度为T1）与低温热源（温度为T2）构成的热机的最大热机效率_______________。

5．某高温高压气体（焓值为H1，熵值为S1）做功后其焓值变为H2，熵值变为S2，环境温

度为T0，则该过程的理想功Wid_____________ ；有效能变化Ex____________ _ 。

6．检验汽液平衡数据可靠性的基本公式为 方程。 7．稳流体系熵方程中熵产生是体系内部 所引起的。

8．理想功是指体系的状态变化在一定的环境条件下，按 过程进行时所产生的

最大功或必须消耗的最小功。

9．在相同始态与相同终态压力下，等熵膨胀引起的温度降低比等焓膨胀的引起的温度降低

要 。

10．在真实气体混合物P→0时，组分i的逸度系数i等于 。

11．Wilson提出的G模型是以 溶液为基础，并用局部体积分率代替总体

E

平均体积分率而得来的。

12．真实气体混合物的PVT性质=纯气体的PVT关系式+ 规则。 13．三参数对比状态原理中，三参数是指 。

三、判断题（请在正确的题后括号内画“√”,错误的画“×”）

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．蒸汽在透平机作可逆绝热膨胀，体系和环境总的火用是守恒的，总的火无是守恒的。( )

ˆvfˆl,fvfl,fvfl。 ( ) 5．混合物体系达到汽液平衡时，总是有fiiii四、简答题

1．写出①稳定流动系统热力学第一定律的一般形式；②当流体流经泵和③流经换热器时系统热力学第一定律的简化形式。

2．完成相平衡体系求解过程框图。假设体系为部分理想系，已知总压及液相各组成，求该体系温度及汽相组成(ξ为某一有限小数)。

ˆ ，饱和蒸汽中纯组分i的逸度系数 解：汽相中组分i分逸度系数iiVS

No，重新调整 已知P，xi 假设： 计算： 计算： 公式： Yes y-1

i1输出T，yi

五、计算题

1．（ 10分） 6.0MPa，400℃的过热蒸汽（H1=3174 kJ·kg，S1=6.535 kJ·kg·K）在稳流过程中经透平膨胀到0.004MPa、干度x=0.9。（已知0.004 MPa下Hg=2554 kJ·kg，Sg=8.4808 kJ·kg·K，HL=120 kJ·kg，SL=0.4177 kJ·kg·K）。T0=298K。 （1）如该透平是绝热的，求该过程的Wid、Ws、WL及热力学效率η 。 （2）如该透平的热损失为5 kJ·kg

-1汽

-1

-1

-1

-1

-1

-1-1

-1

终态不变。求该过程的Wid、Ws、WL及热力学效率η 。

2．（ 8分）在298K和0.1MPa下二元系焓变

H20.9x1x2(2x1x2) 已知 H1418J/mol x为摩尔分数 以T，p 下纯组分焓为基准，

H2627J/mol求：（1）H1，H2； 2）无限稀释偏摩尔值H1，H2； （3）H1，H2

3．（ 8分）某二元溶液，Lewis-Randall 规则标准态的超额Gibbs自由能可由下式给出： 两纯组元逸度分别为f1*和为常数，GE/RTx1x2 式中：

单位为Pa, Gf2*，

E:Jmol1,

T ：K, 求：以Lewis-Randall 规则为标准态的活度系数1与2的表达式。

S4、（ 14分）纯液体A与B形成部分理想体系，在90℃时蒸气压力为PA800mmHg，22，lnBxA，问： PBS600mmHg，液相活度系数lnAxB（1）与30%(mol)A及70％(mol)B的液相混合物平衡的蒸汽总压为多少？ （2）能否生成共沸物？如生成的话，恒沸点是最高点还是最低点？为什么？

2（3）如已知lnA6xB，导出lnB的组成函数表达式

参考答案

一、单项选择题

本大题解答（用A或B或C或D）请填入下表：

题号 答案 题号 答案 1 B 11 C 2 C 12 D 3 C 13 C 4 D 14 D 5 B 15 A 6 C 16 D 7 A 17 B 8 A 18 C 9 C 10 B 二、填充题

1．0； 2．真实气体，理想气体； 3．i4．1ˆiaxiˆfifiidˆfixifi0

T2T1 ；

5．Wid(H2H1)T0(S2S1)，ExWid(H2H1)T0(S2S1)； 6．Gibbs-Duhem； 7．不可逆性； 8．完全可逆；

9．大； 10．1； 11．无热； 12．混合； 13．Tr，Pr， ω

三、判断题 题号 答案 1 X 2 X 3 √ 4 √ 5 X 四、简答题

1．答：稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：H12ugzQWs 2(1) 流体流经换热器传质设备

Ws=0；另外，考虑动能项和势能项与焓变之间的数量级差别，动能项和势能项可以忽略，即

12u0，gz0；因此，稳流系统热力学第一定律可化简为：HQ 212u0，2

流体流经泵、压缩机、透平等设备

在数量级的角度上，动能项和势能项不能与焓变相比较，可以忽略，即

gz0；即：HQWs

若这些设备可视为与环境绝热，或传热量与所做功的数值相比可忽略不计，那么进

一步可化简为：HWs

ˆ 1 ，ˆ 1 2．组分i在汽相分逸度系数iiVS

已知P，xi 假设： T 计算： Pis 计算： yi 公式：yii ixiPisP No，重新调整 T yi1 输出T，yi

五、计算题

1．解：（1）H2HL(1x)Hgx1200.125540.92310.6KJKg

1S2SL(1x)Sgx0.41770.18.48080.97.6745KJKg1K1

Q0 StS体＝S2-S1＝7.67456.53＝51.139KJ5Kg1K1

Ws＝H＝2310.63174＝863.4KJKg1

WidHT0St＝（2310.63174）2981.1395＝1203KJKg1 WLT0St2981.1395339.6KJKg1

Ws863.4100%71.8% Wid1203Q环5（2）S环＝＝0.0168KJKg1K1

T0298StS体S环＝1.13950.0168＝1.1563KJKg1K1 Ws＝H-Q＝863.45858.4KJKg1

WLT0St2981.1563344.6KJKg1

Wid＝1203KJKg1

Ws858.4100%71.4% Wid1203

2．解：

H20.9x1x2(2x1x2)20.9(x1(1x12))dH20.9(1x12)x1(2x1)20.9(13x13)dx1H1H(1x1)dH20.9(13x13)(1x1)(20.9)(13x12)dx120.9(2x133x121) dH223H2Hx120.9(1x1)x1(20.9)(13x1)41.8x1dx1H1limH120.9J/molx10H1H1H141820.9438.9J/molH2limH241.8J/molx20H2H2H262741.8668.8J/molnGERT3．解：（1）由于 lni niT,p,nj故：对于二元混合物，可以使用二元截矩公式计算活度系数

M1Mx2二元截矩公式为：M2Mx1Ed(GERT)Glnx12则： RTdx2Ed(GERT)Gln2x1RTdx1dMdx2 dMdx12ln1x2将G/RTx1x2代入上式，整理得： 2lnx12E4、（1）P=851.3mmHg

（2）根据相对挥发度在两端一个大于1，一个小于，所以存在恒沸点，又根据A1,B1，所以为最高恒沸点

2（3）lnB6xA

1． C 2． A 3． C 4． D 5． A 6． C、 C 7． C 8． B 9． A 10． B 11． A 13． A

二、填空题 1．

2． 错 3． Tr Pr ω 4． 饱和液体 5． t< tC 6． 对 7． 液 8. 焓、 熵、内能 9． 11.5 10． < > 11. 减少 12. 错

偏摩尔性质(Mi) ˆi ln溶液性质(M) ln  ln f ˆ lnfi三、分析说明题（11分）第1题5分、第2题6分

1、 如果该模型合理，则应满足G-D方程x1d(ln1)x2d(ln2)0 1分

x1d(ln1)d(ln2)d(ln1)x2(1x2)x2(56x2)1分 1分 而 x1dx2dx2dx2d(ln2)x2(1x2)(6x25) 1分 该模型合理 1分 dx2x22、（1）夏天从低温热源（房间）将热量移到高温热源（环境）以实现制冷的效果，（1分）该过程是不能自发进行的（1分）。而借助空调消耗电功，则制冷循环就可自发进行了，即可将热量从低温热源移到高温热源。（1分）

（2）冬天从低温热源（环境）将热量移到高温热源（房间）以实现供热的效果，（1分）该过程是不能自发的（1分）。而借助空调消耗电功，则热泵供热循环就可自发进行了。（1分）

……

四、计算题（共39分）（每题13分）

1.（1） 3+1×2=5分

WidHT0SWid,1(104.892684.9)298(0.36745.4924)1052.8KJ/Kg Wid,2(104.892792.2)298(0.36746.4448)876.3KJ/Kg（2） 3+1×2=5分

QHQ1(104.892684.9)2580.1.8KJ/Kg Q2(104.892792.2)2687.3KJ/Kg(3) 高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强。高压蒸汽的加热能力比低压蒸汽弱，因此用低压蒸汽作为工艺加热最恰当，并可减少设备费用。 1.5+1.5=3分

ˆˆ2、（1）汽液平衡式fifiLg即ixiPiSPyi 3分

（2）

n(GE/RT)lni 2分

niT,P,nJE 而G/RT0.735x1x20.735n1n2 1分 n22ln10.735x2 ln20.735x12 1+1=2分

（3）

SPPy1Py21x1p1S2x2p2169.49e0.735(1x1)2x181.3e0.735x12x2 1.5+1＋0.5＝3分

150.695(Kpa)p150.695(Kpa)Py11x1p1Sy11x1p1SP0.676

2分

y1e0.735x2x1p1s/p=0.676

3、解：（1）H3 = H4=270kJ·kg-1

制冷能力 q0=H1-H4=1430-270=1160KJ·kg-1 （3分）

Q04104 制冷剂循环量 G34.5kgh1 （2.5分）

q01160（2）冷凝过程即2→3，放出热量Q=G(H3－H2)=34.5(270-1690)= - 48645KJ·h-1 （ 2.5

分）

（3）压缩机功率 NG(H2H1)34.5(16801430)2.40kW （2.5分）

36003600（4）制冷系数

H1H4143027011604.64 （2.5分）

H2H116801430250